CN116047617A

CN116047617A - 一种井间地质特征识别方法及装置

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Publication number: CN116047617A
Application number: CN202310226760.3A
Authority: CN
Inventors: 欧洋; 李洋; 贾定宇
Original assignee: Institute of Geophysical and Geochemical Exploration of CAGS
Current assignee: Institute of Geophysical and Geochemical Exploration of CAGS
Priority date: 2023-03-10
Filing date: 2023-03-10
Publication date: 2023-05-02
Anticipated expiration: 2043-03-10
Also published as: CN116047617B

Abstract

本发明提供了一种井间地质特征识别方法及装置，将井间电磁波数据表示为多重信息平面，场值分布具有明显的规律，在多重信息平面上开展数据处理和解释方法，能够充分利用场值平面的特征，在多重信息平面下对数据圆滑处理，考虑场值的变化趋势，能够有效去除噪声干扰，并保留异常的特征，提高了数据处理的效果；在多重信息平面下能够准确计算背景场，为相对衰减层析成像提供了基础；采用这种反演方法计算能够抑制虚假背景异常的产生，突出局部异常特征，从而提高解释的准确性，为进一步的井间地质特征识别提供了基础，使得识别结果更加准确。

Description

一种井间地质特征识别方法及装置

技术领域

本发明涉及地质特征识别技术领域，具体而言，涉及一种井间地质特征识别方法及装置。

背景技术

井间电磁波法是一种通过分析人工源电磁波在地下介质中的传播特性，研究地质体特征的地下物探方法。井间电磁波测量通过分布在两个钻孔中发射和接收电磁波，经过对数据处理解释后能够获得井间剖面的电磁参数分布特征。随着勘探深度和钻探成本的增加，井间电磁波测量提供的信息对于识别井间的地质特征尤为重要，因此在矿产资源勘查，工程与环境地质调查等方面具有广泛的应用。由于其特殊的观测方式，相邻观测剖面之间的场值具有明显变化的规律。井间电磁波法的一些解释方法，如射线交会法、层析成像等取得了良好的地质效果，然而没能充分利用场值的变化规律，同时还存在难以准确确定初始辐射场和天线方向因子的问题，导致反演结果的准确性和精确度降低，影响了地质解释的效果。

因此，如何提出一种准确性和精确度更高的井间地质特征识别方法，是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了改善上述问题，本发明提供了一种井间地质特征识别方法及装置。

本发明实施例的第一方面，提供了一种井间地质特征识别方法，包括：

获取待识别地区井间电磁波的观测数据，建立多重信息平面；

在多重信息平面中对观测数据进行预处理；

在多重信息平面中进行背景场的计算，得到背景场曲线数据；

利用计算得到的背景场曲线数据和观测数据，进行相对衰减层析成像；

通过成像结果对井间地质特征进行识别。

可选地，所述建立多重信息平面的步骤，具体包括：

将不同频率、不同发射深度和不同接收深度的观测数据按照相应的三维坐标表示方式网格化得到多重信息空间，其中，x轴对应观测数据的频率，y轴对应观测数据的发射点深度，z轴对应观测数据的接收点深度；

沿着x轴切取信息空间，得到需要对应频率的信息平面。

可选地，所述在多重信息平面中对观测数据进行预处理的步骤，具体包括：

将观测数据的曲线异常按照多重信息空间的结构网格化，得到场值的平面数据；

对平面数据采用滑动平均法进行圆滑处理，得到圆滑后的平面网格数据；

最后在圆滑的平面数据上根据发射点深度和接收点深度进行插值得到圆滑后的曲线数据。

可选地，所述在多重信息平面中进行背景场的计算，得到背景场曲线数据的步骤，具体包括：

根据预先设置的梯度阈值，筛选出梯度值小于所述梯度阈值的数据点，作为计算背景场的数据点；

利用筛选出的数据点，采用趋势分析法得到背景场计算公式；

带入深度坐标得到背景场曲线数据。

可选地，所述利用计算得到的背景场曲线数据和观测数据，进行相对衰减层析成像的步骤，具体包括：

将所述背景场曲线数据和观测数据作为已知量，带入到相对衰减电磁波层析成象方法的线性方程组中；

对线性方程组求解，得到井间地下介质相对衰减的二维分布图像。

本发明实施例的第二方面，提供了一种井间地质特征识别装置，包括：

平面建立单元，用于获取待识别地区井间电磁波的观测数据，建立多重信息平面；

预处理单元，用于在多重信息平面中对观测数据进行预处理；

背景计算单元，用于在多重信息平面中进行背景场的计算，得到背景场曲线数据；

数据成像单元，用于利用计算得到的背景场曲线数据和观测数据，进行相对衰减层析成像；

特征识别单元，用于通过成像结果对井间地质特征进行识别。

可选地，所述平面建立单元，具体用于：

沿着x轴切取信息空间，得到需要对应频率的信息平面。

可选地，所述预处理单元，具体用于：

可选地，所述背景计算单元，具体用于：

计算多重信息平面中平面数据的梯度值；

带入深度坐标得到背景场曲线数据。

可选地，所述数据成像单元，具体用于：

综上所述，本发明提供了一种井间地质特征识别方法及装置，将井间电磁波数据表示为多重信息平面，场值分布具有明显的规律，在多重信息平面上开展数据处理和解释方法，能够充分利用场值平面的特征，在多重信息平面下对数据圆滑处理，考虑场值的变化趋势，能够有效去除噪声干扰，并保留异常的特征，提高了数据处理的效果；在多重信息平面下能够准确计算背景场，为相对衰减层析成像提供了基础；采用这种反演方法计算能够抑制虚假背景异常的产生，突出局部异常特征，从而提高解释的准确性，为进一步的井间地质特征识别提供了基础，使得识别结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的井间地质特征识别方法的方法流程图；

图2为本发明实施例在多重信息平面计算出背景场数据的方法流程图；

图3为本发明实施例的井间地质特征识别方法的方法实施流程图；

图4为本发明实施例的井间地质特征识别装置的功能模块框图。

附图标记：

平面建立单元110；预处理单元120；背景计算单元130；数据成像单元140；特征识别单元150。

具体实施方式

井间电磁波测量通过在两个钻孔的不同深度点发射和接收电磁波，能够获得井间剖面的电磁参数分布。随着勘探深度和钻探成本的增加，井间电磁波测量提供的信息对于识别井间的地质特征尤为重要，因此在矿产资源勘查，工程与环境地质调查等方面具有广泛的应用。由于其特殊的观测方式，相邻观测剖面之间的场值具有明显变化的规律。井间电磁波法的一些解释方法，如射线交会法、层析成像等取得了良好的地质效果，然而没能充分利用场值的变化规律，同时还存在难以准确确定初始辐射场和天线方向因子的问题，导致反演结果的准确性和精确度降低，影响了地质特征识别的效果。

在以往的解释中，初始辐射场通常直接凭经验取值或者由“迭代线性拟合”得到，刘立振在论文“重建地下介质相对衰减的分布:新的成象方法”中，提出了“相对衰减层析成像”的方法，回避了估算辐射参数，但对于背景场的计算并没有详细阐述。

鉴于此，本发明设计者设计了一种井间地质特征识别方法及装置，充分了利用场值平面的特征，有效去除噪声数据，并保留异常的特征，提高了数据处理的效果；实现了一种在多重信息平面准确计算背景场的方法，为相对衰减层析成像提供了基础。相对传统经验取值或者“迭代线性拟合”方法，可以有效避免直接利用初始辐射常数和方向因子计算带来的误差；相对单独利用曲线数据计算背景场，能够充分利用井间电磁波的所有观测数据，获得准确的背景场；而相比双频透射电磁波电导率层析成象方法，不受电导率大小的限制，应用范围更为广泛。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，本实施例提供的一种井间地质特征识别方法，该方法包括：

步骤S101,获取待识别地区井间电磁波的观测数据，建立多重信息平面。

多重信息平面由实际工作时观测到的场值经过计算得到，按设计好的三维框架进行重排，形成立体的数据集。

具体地，将不同频率、不同发射深度和不同接收深度的观测数据按照相应的三维坐标表示方式网格化得到多重信息空间，其中，x轴对应观测数据的频率，y轴对应观测数据的发射点深度，z轴对应观测数据的接收点深度。

其中，坐标表示方式如表1所示，将离散的数据点( x, y, z, v)（对应于实际观测数据（ f, z₁, z₂, v））网格化得到信息空间，空间信息包含了多种频率在不同发射点和观测点的数据，信息空间不同方向的切片图代表了不同模式下场值的平面图。

表1 信息空间建立的坐标对应关系

坐标轴	内容
		轴	工作频率，单位MHz
轴	<![CDATA[发射点深度<i>z</i><sub>1</sub>]]>
		轴	<![CDATA[接收点深度<i>z</i><sub>2</sub>]]>

通常采用单个频率的数据进行分析，可以沿着x轴切取信息空间，得到需要对应频率的信息平面。

步骤S102，在多重信息平面中对观测数据进行预处理。

在单个频率数据中，背景场和异常场的场值平面分布都具有规律变化的特征，不是孤立的异常点，这与随机干扰噪声是不同的，因此对场值的平面数据圆滑，可以达到保留场值特征同时去除噪声干扰的目的。

具体的做法是：

作为优选的实施方式，在此基础上，还可以进一步进行处理，补偿因距离衰减产生的影响。具体的处理方式如下式所示：

其中 D _s为观测数据，预处理后的观测数据为 f( z ₁, z ₂)，发射点深度为 z ₁，接收点深度为 z ₂，发射点和接收点之间的距离为 r。

步骤S103，在多重信息平面中进行背景场的计算，得到背景场曲线数据。

在多重信息平面数据中计算出背景场，是本发明区别于上述的“相对衰减层析成像”方法核心点之一。

在该方法中提到，实现相对衰减层析成像的理论基础是，假设在同样的观测条件下，地下全部为均匀的介质，并设观测场值为，均匀介质的吸收系数 β _b，将背景场与实际观测的异常相除得到：

对等式两边同时取对数，并设Δm= β- β _b，，Δm是探测区域内任一点绝对衰减与背景衰减的差，因此称作“相对衰减”，可建立线性方程组：

AΔ m=Δ b

其中A是与射线长度有关的矩阵，上式与初始辐射场和方向因子无关，与Δb有关，因此关键在于如何求出Δ b，显然，当Δm=0，则 β _b= β，说明在相对衰减为零的区域，实测场强即背景场。

可以看出，实现相对衰减层析成像的一个关键步骤是计算出背景场。在该方法中，对于背景的计算是在已有的观测数据曲线基础上，利用最小二乘多项式拟合或低通数字滤波等方法估算正常曲线其余部分，得到背景场的场值。本发明与之不同的是，在多重信息平面数据中计算出背景场，在这种表示模式下背景场和异常场的特征区别更为明显，因此更易准确计算出背景场，同时还能保留场值的规律变化特征。

本发明实施例中，在多重信息平面数据中计算出背景场的方法如图2所示，具体包括：

步骤S201，计算多重信息平面中平面数据的梯度值；

步骤S202，根据预先设置的梯度阈值，筛选出梯度值小于所述梯度阈值的数据点，作为计算背景场的数据点；

作为本发明实施例的优选实施方式，为了能够更好地拟合背景场，应该尽量使用背景场区域的数据点计算，为此将满足下式的点参与最小二乘拟合计算。

其中，为场值45°方向导数模量的平均值，其中系数k用于控制数据点的分布范围。

步骤S203，利用筛选出的数据点，采用趋势分析法得到背景场计算公式;

步骤S204，带入深度坐标得到背景场曲线数据。

本发明实施例所采用的趋势分析法，假设背景场 G( z ₁, z ₂)可以用以下形式表示：

。

经过上述筛选后，数据点在深度坐标为( z _i, z _j)的观测值为 f( z _i, z _j)，则需要使多项式曲面和实际多重信息平面在最小二乘意义下得到最佳拟合，多项式系数 a _ij应满足：

根据多元函数求极值法，令上式的偏导数为零，得到关于系数 a _ij的线性方程组，求解后即得到多项式系数 a _ij，再带入到背景场 G( z ₁, z ₂)的公式中，便可计算各个点上的背景场。

在构建背景场公式时， p和 q为多项式的阶数。其中，从背景场的特征分析，由于发射点深度和接收点深度对背景场的影响程度是一致的，因此设多项式的阶数 p= q。根据背景场的复杂程度，选择合适的 p和 q值。作为优选的，可令 p= q=2，当 p= q=2时，背景场与均匀介质中的场值平面分布图相似，后续的成像结果中能更加突出显示异常区域。

通过上述过程得到背景场 G( z ₁, z ₂)的表达式后，将实际发射点 z ₁和接收点 z ₂的深度带入到上述背景场计算方程的公式中，计算得到背景场曲线数据 R( z ₁, z ₂)。

步骤S104，利用计算得到的背景场曲线数据和观测数据，进行相对衰减层析成像。

计算得到的背景场曲线数据后，代入相对层析成像的方程，即可以实现相对衰减层析成像的计算。具体的方法是：

需要主要的是，将所述背景场曲线数据和观测数据作为已知量，带入到相对衰减电磁波层析成象方法的线性方程组中并进行求解的过程，在论文“刘立振. 重建地下介质相对衰减的分布:新的成象方法. 地球物理学报, 1990, 33(01): 98-105.”中有具体的说明，在此不再进行详细的说明。

步骤S105，通过成像结果对井间地质特征进行识别。

通过得到的成像结果，从图像上识别出井间地质特征中异常的区域。

本实施例提供的井间地质特征识别方法，其具体的实施过程如图3所示，首先建立多重信息平面，对观测数据预处理，消除因距离衰减产生的影响后，将处理后的数据在多重信息平面上网格化得到平面数据。然后计算平面数据的梯度，设置梯度阈值，利用梯度值小于阈值的数据点，采用趋势分析法得到背景场计算公式，带入深度坐标得到背景场曲线数据。最后通过背景场曲线数据和观测数据进行相对衰减层析成像。通过这样的方式，一方面在多重信息平面下对数据圆滑处理，实现有效去除噪声干扰，保留异常的特征；另一方面，在多重信息平面下采用趋势分析法准确计算背景场，将计算的背景场作为相对衰减层析成像的基础，然后采用相对衰减层析成像方法计算，抑制虚假背景异常的产生，突出局部异常特征，从而提高解释的准确性。

综上，本实施例提供的井间地质特征识别方法，将井间电磁波数据表示为多重信息平面，场值分布具有明显的规律，在多重信息平面上开展数据处理和解释方法，能够充分利用场值平面的特征，在多重信息平面下对数据圆滑处理，考虑场值的变化趋势，能够有效去除噪声干扰，并保留异常的特征，提高了数据处理的效果；在多重信息平面下能够准确计算背景场，为相对衰减层析成像提供了基础；采用这种反演方法计算能够抑制虚假背景异常的产生，突出局部异常特征，从而提高解释的准确性，为进一步的井间地质特征识别提供了基础，使得识别结果更加准确。

如图4所示，本发明实施提供的井间地质特征识别装置，所述装置包括：

平面建立单元110，用于获取待识别地区井间电磁波的观测数据，建立多重信息平面；

预处理单元120，用于在多重信息平面中对观测数据进行预处理；

背景计算单元130，用于在多重信息平面中进行背景场的计算，得到背景场曲线数据；

数据成像单元140，用于利用计算得到的背景场曲线数据和观测数据，进行相对衰减层析成像；

特征识别单元150，用于通过成像结果对井间地质特征进行识别。

作为本实施例的优选实施方式，所述平面建立单元110，具体用于：

沿着x轴切取信息空间，得到需要对应频率的信息平面。

作为本实施例的优选实施方式，所述预处理单元120，具体用于：

作为本实施例的优选实施方式，所述背景计算单元130，具体用于：

计算多重信息平面中平面数据的梯度值；

带入深度坐标得到背景场曲线数据。

作为本实施例的优选实施方式，所述数据成像单元150，具体用于：

本发明实施例提供的井间地质特征识别装置，用于实现上述井间地质特征识别方法，因此具体实施方式与上述方法相同，在此不再赘述。

在本申请所公开的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims

1.一种井间地质特征识别方法，其特征在于，包括：

在多重信息平面中对观测数据进行预处理；

通过成像结果对井间地质特征进行识别。

2.根据权利要求1所述的井间地质特征识别方法，其特征在于，所述建立多重信息平面的步骤，具体包括：

沿着x轴切取信息空间，得到需要对应频率的信息平面。

3.根据权利要求2所述的井间地质特征识别方法，其特征在于，所述在多重信息平面中对观测数据进行预处理的步骤，具体包括：

4.根据权利要求3所述的井间地质特征识别方法，其特征在于，所述在多重信息平面中进行背景场的计算，得到背景场曲线数据的步骤，具体包括：

计算多重信息平面中平面数据的梯度值；

带入深度坐标得到背景场曲线数据。

5.根据权利要求4所述的井间地质特征识别方法，其特征在于，所述利用计算得到的背景场曲线数据和观测数据，进行相对衰减层析成像的步骤，具体包括：

6.一种井间地质特征识别装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的井间地质特征识别装置，其特征在于，所述平面建立单元，具体用于：

沿着x轴切取信息空间，得到需要对应频率的信息平面。

8.根据权利要求7中所述的井间地质特征识别装置，其特征在于，所述预处理单元，具体用于：

9.根据权利要求8所述的井间地质特征识别装置，其特征在于，所述背景计算单元，具体用于：

计算多重信息平面中平面数据的梯度值；

带入深度坐标得到背景场曲线数据。

10.根据权利要求9所述的井间地质特征识别装置，其特征在于，所述数据成像单元，具体用于：