主成分分析法識別白云巖

摘 要：巖性的準確識別是白云巖儲層預測的基礎。采用主成分分析法，根據巖性變化引起測井響應特征不同，優選特征曲線構建了T1-T5等五個主成分變量。結果表明，T1和T2的方差累計貢獻率達到了85.48%，可以有效的代替原始多測井信息。在此基礎上，通過主成分T1、T2交匯圖分析看出，白云巖與灰巖有了明顯的區分界限，通過該方法對白云巖儲層巖性識別取得了很好的應用效果。

關鍵詞：特征測井曲線；主成分分析法；白云巖；茅口組

引言

近年來，主成分分析法在國內外作為一種優秀的降維提取主要信息的方法，先后在地質學、地球物理學等領域都取得了一定的成果。目前，在識別巖性過程中，大多采用常規測井解釋方法，但是由于本區白云巖儲層形成在早起東吳運動以及后期拉張的構造背景下，白云巖與泥質灰巖在部分測井曲線響應特征基本相似，使得基于常規的測井曲線解釋方法遭遇困難。本文采用了主成分分析識別巖性的方法，在保證原始信息利用率較高的情況下，得出主成分變量，然后交匯分析，更加簡單有效地識別出白云巖，為后期儲層預測工作提供了很好的服務。

1 研究區地質背景

川東臥龍河氣田位于四川盆地東部，為川東氣區明月峽與茍家場高陡背斜之間的一個低背斜構造帶，是具有多產層、多儲集類型、多氣藏類型和多縫洞系統的復合氣田。下二疊統茅口組是本區天然氣的重要產層，根據已有的巖心錄井資料顯示，茅口組儲層以灰巖為主，上部深灰，深灰帶褐色灰巖，淺灰色燧石條帶、燧石結核灰巖及硅質灰巖，中間夾深灰色泥質灰巖，深灰帶黑色白云巖，且白云巖分布廣泛，偶見連續厚層[1]，鉆井測試顯示，具有良好的油氣勘探前景[2]；中下部為黑灰色灰巖夾泥質條帶及薄層灰黑色泥巖。

2 主成分分析法原理

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是一種簡化數據集的技術。是以揭示大樣本、多變量數據或樣本間內在關系，旨在利用降維的思想，將多個變量通過線性變換用少量變量替代的一種多元統計分析方法，又稱主分量分析[3]。主成分指標表達式如下：

Tm=am1X1+am2X2+…+ampXp

3 研究區內主成分分析法的應用

對于川東臥龍河地區二疊系茅口組，根據巖性對測井響應敏感程度以及現有的巖心錄井資料參考分析，選取了6口目標井的5條測井曲線：聲波時差測井、自然伽馬測井、密度測井、中子孔隙度測井和自然電位測井作為樣本變量（圖1），根據圖表分析可知，白云巖在測井響應上通常表現為高聲波速度、高密度、低自然伽馬；而灰巖表現為低聲波速度、低密度、高自然伽馬等。

首先利用z-score方法將原始樣本數據進行標準化處理[4]。然后根據標準化之后的數據值，計算得出相關系數矩陣R。最后，利用以上矩陣求取特征值和各個主成分方差貢獻率及累計方差貢獻率。最終得出，T1的方差貢獻率最大，占總方差貢獻率的52.556%，T2的方差貢獻率占總方差貢獻率的32.919%，主成分T1和T2的累積方差貢獻率已超過85%，達到了85.475%?？梢哉J為，T1、T2可以代表了原始變量的大部分信息，因此，可以利用他們進行交匯分析，識別巖性。由成分矩陣可以寫出主成分T1、T2的函數表達式為：

T1=-0.733*ZAC-0.721*ZDEN+0.640*ZGR+0.538*ZCNL+0.934*

ZSP （1）

T2=0.572*ZAC+0.534*ZDEN+0.648*ZGR+0.752*ZCNL-0.041*

ZSP （2）

根據以上的方程轉換模型，對研究區內的測井資料進行主成分計算，利用得出的主成分T1、T2進行交匯分析[5，6]。相比常單一的常規測井數據交匯圖（圖1），由主成分交匯得出的圖上，白云巖與灰巖的界限明顯，并且在灰巖中，灰巖與泥質灰巖的分布范圍也易于分辨，巖性的識別率有明顯的提高（圖2）。同時，從測、錄井剖面中也可以看出，應用主成分析的方法對研究區的巖性解釋與巖心錄井資料解釋的結果吻合度非常高。

4 結束語

采用主成分分析的識別方法，更加簡單明顯的突出了巖性特征。且由主成分變量Ti交匯圖研究可以看出，在碳酸鹽巖中，白云巖與灰巖的區分度有了明顯的提高，說明主成分分析法在本區識別白云巖巖性中獲得了顯著的應用效果。對于直接利用常規測井曲線識別精度低這一難題，提供了有效的解決方法。

參考文獻

[1]劉樹根，黃文明，張長俊，等.四川盆地白云巖成因的研究現狀及存在問題[J].巖性油氣藏，2008，20（2）.

[2]陳軒，趙文智，張利萍，等.川中地區中二疊統構造熱水白云巖的發現及其勘探意義[J].石油學報，2012，33（4）：562-569.

[3]楊兆栓，林暢松，王清龍，等.主成分分析在塔中地區奧陶系鷹山組碳酸鹽巖巖性識別中的應用[J].天然氣地球科學，2015，26（1）：54-58.

[4]王永剛.基于spss的主成分分析在復雜碎屑巖油水層識別中的應用-以準葛爾盆地腹部中1區為例[J].內蒙古石油化工，2012，13：41-143.

[5]徐德龍，李濤，黃寶華.利用交會圖法識別國外M油田巖性與流體類型的研究[J].地球物理學進展，2012，27（3）：1123-

1132.

[6]吳慶巖，張愛軍.測井解釋常用巖石礦物手冊[M].北京：石油工業出版社，1998：26-115.