CN112906465B - 一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法及系统，所述方法包括：对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线依次进行曲线幅度校正和异常值校正；对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线；对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构工作区内全井段的声波曲线。本发明公开的方法不仅能够提高构建煤系地层声波曲线的可靠性、效率和精度，还能够反映岩性、孔隙度的变化，消除井径对声波速度的影响，突出浅埋藏煤系岩石岩的速度差异，提高地震反演的分辨率。
Description
技术领域
本发明涉及煤田测井和地震勘探技术领域，特别是涉及一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法及系统。
背景技术
煤田井网度密，勘探程度高，每个煤矿区均保存有大量的钻探、地震和测井资料，但是由于普遍缺乏声波速度信息，给煤田三维地震数据的高分辨和高保真处理、岩性的高精度解释带来很大的困难。
声波测井在地震数据井控处理、地震岩性解释等方面有着广泛的应用。通过声波速度制做的合成地震数据，不仅可以用来进行煤田的构造解释，而且可以进行围岩、孔隙度、弹性模量和流体性质等岩性和物性的预测。但是，由于历史原因，多数煤田测井资料中缺少声波信息。这一现状已成为当前制约煤田地震资料精细解释的关键因素之一。如何通过电阻率、自然伽玛、伽玛伽玛或密度等曲线重构高品质声波曲线是煤田地震勘探需要迫切解决的问题。
目前，声波曲线的重构主要有曲线环境校正重构(陈钢花等，2005)；常规曲线统计拟合、理论计算(付志方等，2006；熊冉等，2012)；多测井参数统计加权和融合(贺懿等，2008)；小波多尺度分解重构声波(赵继龙等，2013)以及机器学习(张致立等，2008)等。已有大量的研究表明，声波曲线与自然电位、电阻率、自然伽马等多条测井曲线之间存在明显的非线性关系，这给声波曲线的构建带来较大的困难。因此，煤田以往通常利用统计关系或经验公式重构速度曲线，最常用的经验公式是Gadrner、Faust公式。但是，煤田密度测井曲线往往受井眼影响大，而且煤系砂泥岩孔隙度低、成岩作用强，导致密度差异小，Gadrner公式换算的声波曲线不能满足岩性解释要求；Faust公式虽然可将电阻率转换为声波，而且重构的声波曲线对岩性差异敏感，受井径影响小，但是并不适用于所有的岩性，尤其是煤层。针对上述问题，张致立等(2008)、范腾腾等(2013)提出了利用自然电位、电阻率、自然伽马等多个参数基于小波分析或神经网络提高声波测井曲线质量的方法，但是此类方法实现复杂，推广性不强。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法及系统，以提高声波曲线重构的效率和精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法，所述方法包括：
步骤S1：获取工作区内所有井的自然伽玛曲线、对数电阻率曲线和密度曲线；
步骤S2：对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线依次进行曲线幅度校正；
步骤S3：对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线进行异常值校正；
步骤S4：对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线；
步骤S5：对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构工作区内全井段的声波曲线。
可选的，对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线进行曲线幅度校正，具体包括：
步骤S211：基于基准井绘制全井段的自然伽玛概率密度分布直方图；
步骤S212：基于所述自然伽玛概率密度分布直方图采用箱形图法确定所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数；
步骤S213：以所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数为标准，在全井段内分别对剩余井的自然伽玛曲线作整体平移和比例因子校正。
可选的，对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行异常值校正，具体包括：
步骤S311：基于所述自然伽玛曲线的上四分位数和下四分位数计算所述自然伽玛曲线的四分位距；
步骤S312：基于所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数和四分位距确定所述自然伽玛曲线的上内限值、上外限值、下内限值和下外限值；
步骤S313：判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否为异常值；所述样点值大于上外限值或小于所述下外限值作为异常值；如果所述样点值是异常值，则执行步骤S314；
步骤S314：判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否大于所述上外限值；如果大于所述上外限值，则根据公式按比例将所述样点值缩小至所述上内限值和所述上外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Xi为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处的异常值，Qup-in、Qup-out分别为自然伽玛曲线的上内限值和上外限值，Xmax和Xmin分别为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线中的最大值和最小值；否则根据公式将所述样点值缩小至所述下内限值和下外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Qdown-in、Qdown-out分别为所述自然伽玛曲线的下内限值和下外限值；
步骤S315：判断i是否大于或等于n，n为井的总个数；如果i大于或等于n，则输出异常值校正后的所有井的自然伽玛曲线；如果i小于n，则令i＝i+1，返回步骤S313。
可选的，步骤S4具体包括：
步骤S41：基于异常值校正后的各井的自然伽玛曲线计算各井对应的岩层的视泥质含量；
步骤S42：基于反自然对数变换后获得的各井的电阻率曲线确定各井对应的饱和水岩石的电阻率；
步骤S43：确定声波公式；
步骤S44：利用基准井每个采样深度处样点的非煤岩石的电阻率、视泥质含量及对应的声波进行二元非线性数据拟合，确定所述声波公式中的经验系数；
步骤S45：将各井对应所述饱和水岩石的电阻率和所述视泥质含量代入已确定经验系数的声波公式，获得非煤层段各井对应的声波；
步骤S46：根据非煤层段各井对应的声波重构工作区内全井段的声波曲线。
可选的，步骤S5具体包括：
步骤S51：基于异常值校正后的各井的密度曲线确定各井对应的煤的密度值；
步骤S52：判断煤层的厚度是否大于或等于设定值；如果所述煤层的厚度大于或等于设定值，则说明煤层为中厚煤层，执行步骤S53；如果所述煤层的厚度小于设定值，则说明煤层为薄煤层，执行步骤S54；
步骤S53：根据所述煤的密度值计算各井对应的中厚煤层的声波；
步骤S54：在薄煤层的顶、底深度范围内进行密度比例校正；
步骤S55：根据密度比例校正后的密度值确定各井对应的薄煤层的声波；
步骤S56：将每个煤层顶、底深度向外推0.5m，并对深度范围内的声波作高斯滤波，重构工作区内全井段的声波曲线。
本发明还提供一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构系统，所述系统包括：
获取模块，用于获取工作区内所有井的自然伽玛曲线、对数电阻率曲线和密度曲线；
曲线幅度校正模块，用于对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线依次进行曲线幅度校正；
异常值校正模块，用于对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线进行异常值校正；
第一声波曲线重构模块，用于对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线；
第二声波曲线重构模块，用于对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构工作区内全井段的声波曲线。
可选的，所述曲线幅度校正模块，具体包括：
第一曲线幅度校正单元，用于对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线进行曲线幅度校正；
第二曲线幅度校正单元，用于对工作区内所有井的密度曲线进行曲线幅度校正；
第三曲线幅度校正单元，用于对工作区内所有井的对数电阻率曲线进行曲线幅度校正。
可选的，所述第一曲线幅度校正单元，具体包括：
自然伽玛概率密度分布直方图确定子单元，用于基于基准井绘制全井段的自然伽玛概率密度分布直方图；
对比参数确定子单元，用于基于所述自然伽玛概率密度分布直方图采用箱形图法确定所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数；
平移校正子单元，用于以所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数为标准，在全井段内分别对剩余井的自然伽玛曲线作整体平移和比例因子校正。
可选的，所述异常值校正模块，具体包括：
第一异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行异常值校正；
第二异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的密度曲线进行异常值校正；
第三异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的对数电阻率曲线进行异常值校正。
可选的，所述第一异常值校正单元，具体包括：
四分位距确定子单元，基于所述自然伽玛曲线的上四分位数和下四分位数计算所述自然伽玛曲线的四分位距；
限值确定子单元，用于基于所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数和四分位距确定所述自然伽玛曲线的上内限值、上外限值、下内限值和下外限值；
第一判断子单元，用于判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否为异常值；所述样点值大于上外限值或小于所述下外限值作为异常值；如果所述样点值是异常值，则执行“第二判断子单元”；
第二判断子单元，用于判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否大于所述上外限值；如果大于所述上外限值，则根据公式按比例将所述样点值缩小至所述上内限值和所述上外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Xi为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处的异常值，Qup-in、Qup-out分别为自然伽玛曲线的上内限值和上外限值，Xmax和Xmin分别为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线中的最大值和最小值；否则根据公式将所述样点值缩小至所述下内限值和下外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Qdown-in、Qdown-out分别为所述自然伽玛曲线的下内限值和下外限值；
第三判断子单元，用于判断i是否大于或等于n，n为井的总个数；如果i大于或等于n，则输出异常值校正后的所有井的自然伽玛曲线；如果i小于n，则令i＝i+1，返回“第一判断子单元”。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法及系统，所述方法包括：对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线依次进行曲线幅度校正和异常值校正；对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线；对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构工作区内全井段的声波曲线。本发明公开的方法不仅能够提高构建煤系地层声波曲线的可靠性、效率和精度，还能够反映岩性、孔隙度的变化，消除井径对声波速度的影响，突出浅埋藏煤系岩石岩的速度差异，提高地震反演的分辨率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法流程图；
图2为本发明实施例基于地层因素的煤系地层声波曲线重构系统结构图；
图3为本发明实施例重构的声波曲线与实测声波曲线对比示意图；
图4为本发明实施例沁水盆地阳泉矿区利用重构的声波曲线制作的人工合成记录图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于此，本发明的目的是提供一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法及系统，以提高声波曲线重构的效率和精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法流程图，如图1所示，本发明公开一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法，所述方法包括：
步骤S1：获取工作区内所有井的自然伽玛曲线、对数电阻率曲线和密度曲线；
步骤S2：对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线依次进行曲线幅度校正；
步骤S3：对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线进行异常值校正；
步骤S4：对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线；
步骤S5：对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构工作区内全井段的声波曲线。
下面对各个步骤进行详细论述：
步骤S1：获取工作区内所有井的自然伽玛曲线、对数电阻率曲线和密度曲线，具体包括：
步骤S11：确定基准井。
煤田井生产年度跨度大，同类型测井曲线在不同时期施工的井之间，存在基线差异大、数据分布特征值不一等问题，选择工作区内或邻区有声波实测数据且井径变化小、测井响应值范围合理、能较好反映物性差异的井为基准井。
步骤S12：对包括基准井的所有井的电阻率值求对数，得到对数电阻率曲线。
步骤S13：获取工作区内所有井的自然伽玛曲线和密度曲线。
步骤S2：对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线进行曲线幅度校正，具体包括：
步骤S21：对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线进行曲线幅度校正，具体包括：
步骤S211：基于所述基准井绘制全井段的自然伽玛概率密度分布直方图。
步骤S212：基于所述自然伽玛概率密度分布直方图采用箱形图法确定所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数。
步骤S213：以所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数为标准，在全井段内分别对剩余井的自然伽玛曲线作整体平移和比例因子校正，使所有井均统一到相近的刻度水平或数值范围。
步骤S22：对工作区内所有井的密度曲线进行曲线幅度校正。
对密度曲线进行曲线幅度校正的步骤与对自然伽玛曲线进行曲线幅度校正的步骤类似，在此不再一一赘述。
步骤S23：对工作区内所有井的对数电阻率曲线进行曲线幅度校正。
对对数电阻率曲线进行曲线幅度校正的步骤与对自然伽玛曲线进行曲线幅度校正的步骤类似，在此不再一一赘述。
步骤S3：对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线进行异常值校正，具体包括：
步骤S31：对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行异常值校正，具体包括：
步骤S311：基于所述自然伽玛曲线的上四分位数和所述自然伽玛曲线的下四分位数计算所述自然伽玛曲线的四分位距，具体公式为：
IQR＝Q1-Q3(1)；
其中，IQR表示自然伽玛曲线的四分位距，Q1表示自然伽玛曲线的上四分位数，Q3表示自然伽玛曲线的下四分位数。
步骤S312：基于所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数和四分位距确定所述自然伽玛曲线的上内限值、上外限值、下内限值和下外限值，具体公式为：
其中，Qup-in、Qup-out、Qdown-in、Qdown-out分别为自然伽玛曲线的上内限值、上外限值、下内限值和下外限值，IQR表示自然伽玛曲线的四分位距，Q1表示自然伽玛曲线的上四分位数，Q3表示自然伽玛曲线的下四分位数。
步骤S313：判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否为异常值；所述样点值大于上外限值或小于所述下外限值作为异常值；如果所述样点值是异常值，则执行步骤S314。
步骤S314：判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否大于所述上外限值；如果大于所述上外限值，则根据公式按比例将所述样点值缩小至所述上内限值和所述上外限值区间内，即Qup-in～Qup-out；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Xi为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处的异常值，Qup-in、Qup-out分别为自然伽玛曲线的上内限值和上外限值，Xmax和Xmin分别为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线中的最大值数据和最小值数据；否则根据公式/>将所述样点值缩小至所述下内限值和下外限值区间内，即Qdown-in～Qdown-out；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Xi为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处的异常值，Qdown-in、Qdown-out分别为所述自然伽玛曲线的下内限值和下外限值，Xmax和Xmin分别为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线中的最大值数据和最小值数据。
步骤S315：判断i是否大于或等于n，n为井的总个数；如果i大于或等于n，则输出异常值校正后的所有井的自然伽玛曲线；如果i小于n，则令i＝i+1，返回步骤S313。
步骤S32：对曲线幅度校正后的所有井的密度曲线进行异常值校正。
对曲线幅度校正后的所有井的密度曲线进行异常值校正的步骤与对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行进行异常值校正的步骤类似，在此不再一一赘述。
步骤S33：对曲线幅度校正后的所有井的对数电阻率曲线进行异常值校正。
对曲线幅度校正后的所有井的对数电阻率曲线进行异常值校正的步骤与对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行进行异常值校正的步骤类似，在此不再一一赘述。
步骤S34：对异常值校正后的所有井的对数电阻率曲线进行反自然对数变换，获得各井的电阻率曲线。
步骤S4：对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线，具体包括：
步骤S41：基于异常值校正后的各井的自然伽玛曲线计算各井对应的岩层的视泥质含量，具体公式为：
其中，Vsh表示岩层的视泥质含量，Ish表示自然伽玛相对变化值，GR表示实测值，GRmin表示异常值校正后的自然伽玛曲线的最小值，GRmax表示异常值校正后的自然伽玛曲线的最大值。
以上计算岩层的视泥质含量的公式仅适用于除铝土质泥岩层放射性异常之外的非煤层段，即饱和水沉积岩。
步骤S42：基于反自然对数变换后获得的各井的电阻率曲线确定各井对应的饱和水岩石的电阻率。
步骤S43：确定声波公式，具体包括：
步骤S431：根据饱和水岩石的电阻率确定岩石孔隙度，具体公式为：
其中，表示岩石孔隙度，m表示胶结系数，无量纲，Ro表示饱和水岩石的电阻率，单位欧姆·米，Rw表示地层水的电阻率，单位欧姆·米，α表示比例系数，无量纲，与岩性有关，变化范围0.5-1.5，m表示胶结系数，随岩石胶结形式和程度不同而变化，变化范围1.5-3，一般为2。
步骤S432：利用威利声波分析原理，基于所述岩层的视泥质含量确定岩石孔隙度，具体公式为：
其中，Δt为声波，单位为us/m，Δtma为视岩石骨架声波，单位为us/m，Δtf为地层水声波，单位为us/m，Δtsh为视泥质骨架声波，单位为us/m，Vsh为视泥质含量，单位为V/V。
步骤S433：将公式(7)和(8)联立并简化得声波公式，具体公式为：
其中，Δt为声波，单位为us/m，A、B、C和m均为经验系数，常量，与工作区有关。
步骤S44：利用所述基准井每个采样深度处样点的非煤岩石的电阻率、视泥质含量及对应的声波进行二元非线性数据拟合，确定所述声波公式中的经验系数，所述经验系数包括A，B，C和m。
步骤S45：将各井对应所述饱和水岩石的电阻率和所述视泥质含量代入已确定经验系数的声波公式，获得非煤层段各井对应的声波。
步骤S46：根据非煤层段各井对应的声波重构工作区内全井段的声波曲线。
步骤S5：对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构全井段的声波曲线，具体包括：
步骤S51：基于异常值校正后的各井的密度曲线确定各井对应的煤的密度值。
步骤S52：判断煤层的厚度是否大于或等于设定值；如果所述煤层的厚度大于或等于设定值，则说明煤层为中厚煤层，执行步骤S53；如果所述煤层的厚度小于设定值，则说明煤层为薄煤层，执行步骤S54。
步骤S53：根据所述煤的密度值计算各井对应的中厚煤层的声波，具体公式为：
其中，Δt′表示中厚煤层的声波；ρ表示煤的密度值。
步骤S54：在薄煤层的顶、底深度范围内进行密度比例校正，具体公式为：
其中，ρ′表示进行密度比例校正后的密度值，ρ表示煤的密度值，ρmax表示中厚煤层的密度阀值上限；ρmin为表示中厚煤层的密度阀值下限；ρtop表示薄煤层段内密度最大值；ρbottom表示薄煤层段的密度最小值。
步骤S55：根据密度比例校正后的密度值确定各井对应的薄煤层的声波，具体公式为：
其中，Δt″表示薄煤层的声波，ρ′表示进行密度比例校正后的密度值。
步骤S56：将每个煤层顶、底深度向外推0.5m，并对深度范围内的声波作高斯滤波，重构工作区内全井段的声波曲线。
图2为本发明实施例基于地层因素的煤系地层声波曲线重构系统结构图，如图2所示，本发明还公开一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构系统，所述系统包括：
获取模块1，用于获取工作区内所有井的自然伽玛曲线、对数电阻率曲线和密度曲线。
曲线幅度校正模块2，用于对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线依次进行曲线幅度校正。
异常值校正模块3，用于对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线进行异常值校正。
第一声波曲线重构模块4，用于对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线。
第二声波曲线重构模块5，用于对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构工作区内全井段的声波曲线。
作为一种实施方式，本发明所述曲线幅度校正模块2，具体包括：
第一曲线幅度校正单元，用于对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线进行曲线幅度校正。
第二曲线幅度校正单元，用于对工作区内所有井的密度曲线进行曲线幅度校正。
第三曲线幅度校正单元，用于对工作区内所有井的对数电阻率曲线进行曲线幅度校正。
作为一种实施方式，本发明所述第一曲线幅度校正单元，具体包括：
自然伽玛概率密度分布直方图确定子单元，用于基于基准井绘制全井段的自然伽玛概率密度分布直方图。
对比参数确定子单元，用于基于所述自然伽玛概率密度分布直方图采用箱形图法确定所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数。
平移校正子单元，用于以所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数为标准，在全井段内分别对剩余井的自然伽玛曲线作整体平移和比例因子校正。
作为一种实施方式，本发明所述异常值校正模块3，具体包括：
第一异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行异常值校正。
第二异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的密度曲线进行异常值校正。
第三异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的对数电阻率曲线进行异常值校正。
作为一种实施方式，本发明所述第一异常值校正单元，具体包括：
四分位距确定子单元，基于所述自然伽玛曲线的上四分位数和下四分位数计算所述自然伽玛曲线的四分位距；
限值确定子单元，用于基于所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数和四分位距确定所述自然伽玛曲线的上内限值、上外限值、下内限值和下外限值。
第一判断子单元，用于判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否为异常值；所述样点值大于上外限值或小于所述下外限值作为异常值；如果所述样点值是异常值，则执行“第二判断子单元”。
第二判断子单元，用于判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否大于所述上外限值；如果大于所述上外限值，则根据公式按比例将所述样点值缩小至所述上内限值和所述上外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Xi为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处的异常值，Qup-in、Qup-out分别为自然伽玛曲线的上内限值和上外限值，Xmax和Xmin分别为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线中的最大值和最小值；否则根据公式将所述样点值缩小至所述下内限值和下外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Qdown-in、Qdown-out分别为所述自然伽玛曲线的下内限值和下外限值；
第三判断子单元，用于判断i是否大于或等于n，n为井的总个数；如果i大于或等于n，则输出异常值校正后的所有井的自然伽玛曲线；如果i小于n，则令i＝i+1，返回“第一判断子单元”。
作为一种实施方式，本发明所述第一声波曲线重构模块4，具体包括：
视泥质含量确定单元，基于异常值校正后的各井的自然伽玛曲线计算各井对应的岩层的视泥质含量。
电阻率确定单元，基于反自然对数变换后获得的各井的电阻率曲线确定各井对应的饱和水岩石的电阻率。
声波公式确定单元，用于确定声波公式。
拟合单元，利用基准井每个采样深度处样点的非煤岩石的电阻率、视泥质含量及对应的声波进行二元非线性数据拟合，确定所述声波公式中的经验系数。
第一声波确定单元，用于将各井对应所述饱和水岩石的电阻率和所述视泥质含量代入已确定经验系数的声波公式，获得非煤层段各井对应的声波。
第一重构单元，用于根据非煤层段各井对应的声波重构工作区内全井段的声波曲线。
作为一种实施方式，本发明所述第二声波曲线重构模块5，具体包括：
密度值确定单元，基于异常值校正后的各井的密度曲线确定各井对应的煤的密度值。
判断单元，用于判断煤层的厚度是否大于或等于设定值；如果所述煤层的厚度大于或等于设定值，则说明煤层为中厚煤层，执行“中厚煤层的声波确定单元”；如果所述煤层的厚度小于设定值，则说明煤层为薄煤层，执行“密度比例校正单元”。
第二声波确定单元，用于根据所述煤的密度值计算各井对应的中厚煤层的声波。
密度比例校正单元，用于在薄煤层的顶、底深度范围内进行密度比例校正。
第三声波确定单元，用于根据密度比例校正后的密度值确定各井对应的薄煤层的声波。
第二重构单元，用于将每个煤层顶、底深度向外推0.5m，并对深度范围内的声波作高斯滤波，重构工作区内全井段的声波曲线。
本发明对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、对数电阻率曲线和密度曲线进行幅度校正和异常值校正处理，采用基准井每个采样深度处样点的非煤岩石的电阻率、视泥质含量及对应的声波进行二元非线性数据拟合重构获得的声波时差曲线，能够突出煤系砂岩、泥岩、煤及灰岩等的速度变化特征，实现方法简便，速度快，精度高，可以充分发挥煤田井网密度大，控制程度高的优势，并为煤田地震数据井控处理、岩性及沉积相解释提供可靠的井资料。
具体举例：
沁水盆地阳泉矿区某矿仅有一口井有实测声波曲线，其余70余井均无声波信息，采用本发明的声波曲线重构方法重构声波曲线，具体重构的声波曲线与实测声波曲线对比示意图如图3所示，本发明重构的曲线(图3中最右侧道中黑色实线)与实测曲线(同一道中的黑色点线)吻合度较好。而且原曲线受井眼扩径明显，毛刺较多，重构的曲线较为光滑。
图4是本发明在沁水盆地阳泉矿区利用重构的声波曲线制作的人工合成记录图，如图4所示，本发明重构的声波曲线制作的人工合成记录与实际地震资料的波组特征基本一致，而且与各个煤层及标志层的反射波对应关系明显，有效发挥了煤田井在地震资料精细解释中的标定作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (2)
1.一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：获取工作区内所有井的自然伽玛曲线、对数电阻率曲线和密度曲线；
步骤S2：对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线依次进行曲线幅度校正；
步骤S3：对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线进行异常值校正；
步骤S4：对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线；
步骤S5：对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构工作区内全井段的声波曲线；
步骤S21：对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线进行曲线幅度校正，具体包括：
步骤S211：基于基准井绘制全井段的自然伽玛概率密度分布直方图；
步骤S212：基于所述自然伽玛概率密度分布直方图采用箱形图法确定所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数；
步骤S213：以所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数为标准，在全井段内分别对剩余井的自然伽玛曲线作整体平移和比例因子校正；
步骤S22：对工作区内所有井的密度曲线进行曲线幅度校正，对密度曲线进行曲线幅度校正的步骤与对自然伽玛曲线进行曲线幅度校正的步骤类似；
步骤S23：对工作区内所有井的对数电阻率曲线进行曲线幅度校正，对对数电阻率曲线进行曲线幅度校正的步骤与对自然伽玛曲线进行曲线幅度校正的步骤类似；
步骤S31：对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行异常值校正，具体包括：
步骤S311：基于所述自然伽玛曲线的上四分位数和下四分位数计算所述自然伽玛曲线的四分位距；
步骤S312：基于所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数和四分位距确定所述自然伽玛曲线的上内限值、上外限值、下内限值和下外限值；
步骤S313：判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否为异常值；所述样点值大于上外限值或小于所述下外限值作为异常值；如果所述样点值是异常值，则执行步骤S314；
步骤S314：判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否大于所述上外限值；如果大于所述上外限值，则根据公式按比例将所述样点值缩小至所述上内限值和所述上外限值区间内；其中，Xup-cori为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Xi为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处的异常值，Qup-in、Qup-out分别为自然伽玛曲线的上内限值和上外限值，Xmax和Xmin分别为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线中的最大值和最小值；否则根据公式将所述样点值缩小至所述下内限值和下外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Qdown-in、Qdown-out分别为所述自然伽玛曲线的下内限值和下外限值；
步骤S315：判断i是否大于或等于n，n为井的总个数；如果i大于或等于n，则输出异常值校正后的所有井的自然伽玛曲线；如果i小于n，则令i＝i+1，返回步骤S313；
步骤S32：对曲线幅度校正后的所有井的密度曲线进行异常值校正，对曲线幅度校正后的所有井的密度曲线进行异常值校正的步骤与对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行进行异常值校正的步骤类似；
步骤S33：对曲线幅度校正后的所有井的对数电阻率曲线进行异常值校正，对曲线幅度校正后的所有井的对数电阻率曲线进行异常值校正的步骤与对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行进行异常值校正的步骤类似；
步骤S34：对异常值校正后的所有井的对数电阻率曲线进行反自然对数变换，获得各井的电阻率曲线；
步骤S4具体包括：
步骤S41：基于异常值校正后的各井的自然伽玛曲线计算各井对应的岩层的视泥质含量；
步骤S42：基于反自然对数变换后获得的各井的电阻率曲线确定各井对应的饱和水岩石的电阻率；
步骤S43：确定声波公式；
步骤S431：根据饱和水岩石的电阻率确定岩石孔隙度，具体公式为：
其中，φ表示岩石孔隙度，m表示胶结系数，无量纲，Ro表示饱和水岩石的电阻率，单位欧姆·米，Rw表示地层水的电阻率，单位欧姆·米，α表示比例系数，无量纲，与岩性有关，变化范围0.5-1.5，m表示胶结系数，随岩石胶结形式和程度不同而变化，变化范围1.5-3；
步骤S432：利用威利声波分析原理，基于所述岩层的视泥质含量确定岩石孔隙度，具体公式为：
其中，Δt为声波，单位为us/m，Δtma为视岩石骨架声波，单位为us/m，Δtf为地层水声波，单位为us/m，Δtsh为视泥质骨架声波，单位为us/m，Vsh为视泥质含量，单位为V/V；
步骤S433：将公式(7)和(8)联立并简化得声波公式，具体公式为：
其中，Δt为声波，单位为us/m，A、B、C和m均为经验系数，常量，与工作区有关；
步骤S44：利用基准井每个采样深度处样点的非煤岩石的电阻率、视泥质含量及对应的声波进行二元非线性数据拟合，确定所述声波公式中的经验系数；
步骤S45：将各井对应所述饱和水岩石的电阻率和所述视泥质含量代入已确定经验系数的声波公式，获得非煤层段各井对应的声波；
步骤S46：根据非煤层段各井对应的声波重构工作区内全井段的声波曲线；
步骤S5具体包括：
步骤S51：基于异常值校正后的各井的密度曲线确定各井对应的煤的密度值；
步骤S52：判断煤层的厚度是否大于或等于设定值；如果所述煤层的厚度大于或等于设定值，则说明煤层为中厚煤层，执行步骤S53；如果所述煤层的厚度小于设定值，则说明煤层为薄煤层，执行步骤S54；
步骤S53：根据所述煤的密度值计算各井对应的中厚煤层的声波，具体公式为：
其中，Δt′表示中厚煤层的声波；ρ表示煤的密度值；
步骤S54：在薄煤层的顶、底深度范围内进行密度比例校正，具体公式为：
其中，ρ′表示进行密度比例校正后的密度值，ρ表示煤的密度值，ρmax表示中厚煤层的密度阀值上限；ρmin为表示中厚煤层的密度阀值下限；ρtop表示薄煤层段内密度最大值；ρbottom表示薄煤层段的密度最小值；
步骤S55：根据密度比例校正后的密度值确定各井对应的薄煤层的声波，具体公式为：
其中，Δt″表示薄煤层的声波；
步骤S56：将每个煤层顶、底深度向外推0.5m，并对深度范围内的声波作高斯滤波，重构工作区内全井段的声波曲线。
2.一种基于地层因素的煤系地层声波曲线重构系统，采用如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于获取工作区内所有井的自然伽玛曲线、对数电阻率曲线和密度曲线；
曲线幅度校正模块，用于对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线依次进行曲线幅度校正；
异常值校正模块，用于对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线、密度曲线和对数电阻率曲线进行异常值校正；
第一声波曲线重构模块，用于对于非煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的电阻率曲线和自然伽玛曲线重构工作区内全井段的声波曲线；
第二声波曲线重构模块，用于对于煤层段，基于异常值校正后获得的所有井的密度曲线重构工作区内全井段的声波曲线；
所述曲线幅度校正模块，具体包括：
第一曲线幅度校正单元，用于对工作区内除基准井外的所有井的自然伽玛曲线进行曲线幅度校正；
第二曲线幅度校正单元，用于对工作区内所有井的密度曲线进行曲线幅度校正；
第三曲线幅度校正单元，用于对工作区内所有井的对数电阻率曲线进行曲线幅度校正；
所述第一曲线幅度校正单元，具体包括：
自然伽玛概率密度分布直方图确定子单元，用于基于基准井绘制全井段的自然伽玛概率密度分布直方图；
对比参数确定子单元，用于基于所述自然伽玛概率密度分布直方图采用箱形图法确定所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数；
平移校正子单元，用于以所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数、中位数和中位数对应最大频数为标准，在全井段内分别对剩余井的自然伽玛曲线作整体平移和比例因子校正；
所述异常值校正模块，具体包括：
第一异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的自然伽玛曲线进行异常值校正；
第二异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的密度曲线进行异常值校正；
第三异常值校正单元，用于对曲线幅度校正后的所有井的对数电阻率曲线进行异常值校正；
所述第一异常值校正单元，具体包括：
四分位距确定子单元，基于所述自然伽玛曲线的上四分位数和下四分位数计算所述自然伽玛曲线的四分位距；
限值确定子单元，用于基于所述自然伽玛曲线的上四分位数、下四分位数和四分位距确定所述自然伽玛曲线的上内限值、上外限值、下内限值和下外限值；
第一判断子单元，用于判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否为异常值；所述样点值大于上外限值或小于所述下外限值作为异常值；如果所述样点值是异常值，则执行“第二判断子单元”；
第二判断子单元，用于判断曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上各采样深度处样点值是否大于所述上外限值；如果大于所述上外限值，则根据公式按比例将所述样点值缩小至所述上内限值和所述上外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Xi为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处的异常值，Qup-in、Qup-out分别为自然伽玛曲线的上内限值和上外限值，Xmax和Xmin分别为曲线幅度校正后的第i个井的自然伽玛曲线中的最大值和最小值；否则根据公式将所述样点值缩小至所述下内限值和下外限值区间内；其中，/>为第i个井的自然伽玛曲线上某一采样深度处异常值校正后的数据，Qdown-in、Qdown-out分别为所述自然伽玛曲线的下内限值和下外限值；
第三判断子单元，用于判断i是否大于或等于n，n为井的总个数；如果i大于或等于n，则输出异常值校正后的所有井的自然伽玛曲线；如果i小于n，则令i＝i+1，返回“第一判断子单元”；
所述第一声波曲线重构模块，具体包括：
视泥质含量确定单元，基于异常值校正后的各井的自然伽玛曲线计算各井对应的岩层的视泥质含量；
电阻率确定单元，基于反自然对数变换后获得的各井的电阻率曲线确定各井对应的饱和水岩石的电阻率；
声波公式确定单元，用于确定声波公式；
拟合单元，利用基准井每个采样深度处样点的非煤岩石的电阻率、视泥质含量及对应的声波进行二元非线性数据拟合，确定所述声波公式中的经验系数；
第一声波确定单元，用于将各井对应所述饱和水岩石的电阻率和所述视泥质含量代入已确定经验系数的声波公式，获得非煤层段各井对应的声波；
第一重构单元，用于根据非煤层段各井对应的声波重构工作区内全井段的声波曲线；
所述第二声波曲线重构模块，具体包括：
密度值确定单元，基于异常值校正后的各井的密度曲线确定各井对应的煤的密度值；
判断单元，用于判断煤层的厚度是否大于或等于设定值；如果所述煤层的厚度大于或等于设定值，则说明煤层为中厚煤层，执行“第二声波确定单元”；如果所述煤层的厚度小于设定值，则说明煤层为薄煤层，执行“密度比例校正单元”；
第二声波确定单元，用于根据所述煤的密度值计算各井对应的中厚煤层的声波；
密度比例校正单元，用于在薄煤层的顶、底深度范围内进行密度比例校正；
第三声波确定单元，用于根据密度比例校正后的密度值确定各井对应的薄煤层的声波；
第二重构单元，用于将每个煤层顶、底深度向外推0.5m，并对深度范围内的声波作高斯滤波，重构工作区内全井段的声波曲线。
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