海域油氣化探數據處理技術研究 摘要 數據處理是化探找油方法的數據重要組成部分 其開發深度和研究水平直接 影響著化探方法的持續發展 本人應用研究生學習過程中獲得的知識 在參與國家高技術研究發展計劃 8 6 3 計劃 船載地球化學快速測試系統研制與應用研究 課題中 注 課題 編號 2 0 0 1a a6 1 1 0 2 0 0 2 0 2 依據數據處理方法的基本原理 結合海域油氣化 探實踐資料和計算機處理系統新技術對陸地傳統的油氣化探數據處理方法進行 改進 開發出提取指標油氣信息的數據處理系統 包括以下五個子系統 數據使用價值分析的預處理子系統 指標的組合計算 定性數據的定量 化 變量組合運算 數據標準化 離群點識別與處理 優選指標組合的子系統 應用相關分析理論對指標進行分類 提取不同級 次的找油直接指標 間接指標及輔助指標 抑制干擾因素子系統 針對影響指標含量的海水 取樣 深度 沉積物粒 度 碳酸鹽含量等因子 建立了定量校正干擾因素的方法 確定異常子系統 對有監督和無監督兩種測量形式 分別采取不同的判別 方法確定異常 開創了與傳統思維方式及作法截然不同的圈定異常技術 異常定量評價子系統 首次提出單指標和多指標兩級綜合指數定量評價 異常的方法 使化探異常含油氣性優勢次序的排列 從定性評價走向定量評價 論文的主要創新點有以下三點 1 針對海域油氣化探特點的隨機性 同一點不同介質樣品 大氣 水體和沉 積物 分析數據繁雜的特點 建立了數據預處理系統 為指標優化和提取可靠油 氣信息奠定了基礎 2 在我國首次提出抑制與校正近代生物地球化學作用干擾的技術方法 3 開拓了定量確定異常和評價異常的數據處理方法 論文通過典型探例說明數據處理系統的有效性 實踐證明 該系統是當今海 域油氣化探比較系統和新穎的方法 具有功能齊全 方法豐富 重點突出 實用 性強的特點 為海域油氣化探的持續發展與提高提供了技術支撐 關鍵詞 數據處理 油氣化探 指標 異常評價 干擾因素 參數 s t u d y o nt h ed a t a p r o c e s s i n gt e c h n i q u e i nm a r i n e o i la n dg a sg e o c h e m i c a l e x p l o r a t i o n a b s t r a c t d a t a p r o c e s s i n gi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n tp a r to f o i la n dg a se x p l o r a t i o n t e c h n i q u e a n d i t sd e v e l o p m e n td e p t ha n ds t u d yl e v e ld i r e c t l yi n f l u e n c et h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fo i l a n d g a sg e o c h e m i c a lt e c h n i q u e b y m e a n so f u s i n g t h ek n o w l e d g ea c q u i r e dd u r i n gh i sg r a d u a t es c h o o l a n db a s e do nt h e b a s i c p r i n c i p l e o fd a t ap r o c e s s i n gm e t h o d t h ea u t h o rh a s i m p r o v e d t h ec o n v e n t i o n a l d a t a p r o c e s s i n gt e c h n i q u eu s e d i nc o n t i n e n t a lo i la n dg a sg e o c h e m i c a l e x p l o r a t i o n a n dm a d e i ts u i t a b l ef o rd a t ap r o c e s s i n gi nm a r i n eo i la n dg a sg e o c h e m i c a le x p l o r a t i o n t h en e w l y i m p r o v e dd a t a p r o c e s s i n gs y s t e m c o n s i s t so f t h e f o l l o w i n g5s u b s y s t e m s 1 p r e l i m i n a r yp r o c e s s i n gs y s t e mf o rd a t a v a l u ea n a l y s i s t h i ss u b s y s t e mi n c l u d e s c a l c u l a t i o no ft h ei n d i c a t o r c o m b i n a t i o n q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s o ft h e q u a l i t a t i v ed a t a c a l c u l a t i o no fc o m b i n e dv a r i a b l e s s t a n d a r d i z a t i o no ft h e d a t a a n di d e n t i f i c a t i o n a n d p r o c e s s i n go f t h e s c a t t e r e dv a l u e s 2 s y s t e m f o ri n d i c a t o ro p t i m i z a t i o n t h i ss u b s y s t e mt a ns e l e c tv a r i o u sl e v e l so f d i r e c t i n d i r e c ta n d a u x i l i a r y i n d i c a t o r sf o ro i la n d g a sg e o c h e m i c a le x p l o r a t i o nt h r o u g h t h e c l a s s i f i c a t i o na n a l y s i so f a l lg e o c h e m c i a li n d i c a t o r s 3 s y s t e mf o ri n f l u e n c e f a c t o ro p p r e s s i o n t h i ss u b s y s t e mp r o v i d e st h eq u a n t i t a t i v e c o r r e c t i o nm e t h o d sf o rt h ei n f l t w a e ef 融o r s s u c ha s s a m p l i n gd e p t hu n d e rs e a g r a i no f s e d i m e n t s a m p l e s a n d c o n t e n to f c a r b o n a t e si nt h es e d i m e n t s a m p l e s e t c 4 s y s t e m f o ra n o m a l yd e t e r m i n a t i o n t h i ss u b s y s t e mu t i l i z e sd i f f e r e n td i s t i n g u i s h i n g m e t h o d st od e t e r m i n eo i la n dg a sa n o m a l i e s a n dc r e a t e st h eu n i q u ea n o m a l yd e l i n e a t i n g t e c h n i q u e t h a ti st o t a l l yd i f f e r e n tf r o mt h ec o n v e n t i o n a lo n e 5 s y s t e m f o r q u a l i t a t i v ea n o m a l y e v a l u a t i o n t h i s s u b s y s t e mp r o p o s e s t h e q u a n t i t a t i v em e t h o d t oe v a l u a t eo i la n d g a sa n o m a l i e sb y n a l r 一 gt h ei n t e s r a t e de v a l u a t i o n i n d e xo ft h es i n g l ei n d i c a t o ra n dt h em u l t i p l ei n d i c a t o r s r e a l i z i n gt h eq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o n o f t h e g e o c h e m i c a l a n o m a l i e s t h ep a p e rh a sb r o u g h tf o n l lt h i n en e wa c h i e v e m e n t si no i la n dg a s g e o c h e m i c a l e x p l o r a t i o n 1 i te s t a b l i s h e dp r e l h n i u a r yd a t a p r o c e s s i n gs y s t e m w h i c hp r o v i d e st h eb a s ef o r e x t r a c t i n gt h eo i la n dg a si n f o r m a t i o n a n d o p t i m i z i n gt h eg e o c h e m i c a li n d i c a t o r s 2 i tp r o p o s e df o r t h ef i r s tt i m ei nc h i n at h eo p p r e s s i n ga n d c o r r e c t i n gt e c h n i q u e f o rt h e i n f l u e n c ec a u s e d b y t h er l 砌m t b i o g e o e h e m i e a ir e a s o n 3 i t i n i t i a t e dt h eq u a n t i t a t i v ea n o m a l yd e t e r m i n a t i o na n de v a l u a t i o nt e c h n i q u e t h e p a p e r i l l u s t r a t e x lt h ee f f e c t i v e n e s so f t h ed a t a p r o c e s s i n gs y s t e m b y t h et y p i c a lc a s e s a sa r e l a t i v e l ys y s t e m a t i ca n dn e wd a t a p r o c e s s i n gs y s t e mu s e di nt h ep r e s e n tm a r i n eo i la n d g a sg e o c h e m i c a le x p l o r a t i o n t h i ss y s t e mp r o v i d e st h et e c h n i q u es u p p o r tf o r t h ei m p r o v e m e n t a n dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f m a r i n eo i la n d g a sg e o c h e m i c a le x p l o r a t i o n k e y w o r d s d a t ap r o c e s s i n g o i la n dg a sg e o c h e m i c a le x p l o r a t i o n i n d i c a t o r a n o m a l y e v a l u a t i o n i n f l u e n c ef a c t o r p a r a m e t e r 獨創性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果 據 我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 論文中不包含其他人已經發表或撰寫過的 研究成果 也不包含為獲得金鰉王些盔雯或其他教育機構的學位或證書而使用過的 材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝 意 學位論文作者簽名 雷j 伽 簽字日期 力呼長r 月上礦日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解盒目墨至些盔堂有關保留 使用學位論文的規定 有權保留并 向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤 允許論文被查閱和借閱 本人授權 盒壁 王些太堂可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索 可以采用影印 縮 印或掃描等復制手段保存 匯編學位論文 保密的學位論文在解密后適用本授權書 學位論文作者簽名 簽字日期 卿年 月巧日 導師簽名 簽字日期 工作單位 黼t 婊焉鐫孑耘目慚乒鉀電話 聲叨 黟夕口 通訊地址 洮孑商垣臣孑撇油移肛短蚴 唧夥 致謝 我是從生產實踐中認識到自己知識的不足和計算機技術的重要性 所以在進 入碩士研究生學習階段 我非常珍惜這次學習機會 幾年的學習生活 使我更深 刻的體會到理論與實踐結合 以及多學科結合的必要性和好處 也認識到 學無 止境 的真正含意 今后還要付出更大的努力不斷地學習和實踐 以報答母校和 諸位老師的教導與付出的辛勤勞動 在學習中 我的導師胡學鋼教授自始至終給予了精心的指導 胡教授不僅傳 授給我知識 而且他的嚴謹作風 實事求是的態度 以及敬業精神深深的影響和 教育著我 這將成為我以后學習和工作的寶貴財富 這里我首先向我尊敬的導師 一胡學鋼教授表示衷心的感謝 我還要特別感謝研究生院的各位授課老師 是他們給了我知識和技術 對于 他們付出的心血 我將永遠銘記在心中 研究生學習的艱辛和歡樂 使我難忘 也為結識許多同窗好友而高興 在此 我要感謝研究生院的同學以及周圍 包括我的家人 所有曾關心過我的人 作者 剖偉 2 0 0 4 掣5 月2 0e t 第一章海域油氣化探的基本特點 油氣化探是在石油地質學和地球化學基礎上發展起來的一門新興的綜合學 科 在系統的分析測試自然界中含礦物質過程中 發現與油氣有關的化探異常 從而評價區域的含油氣遠景 尋找油氣藏 上世紀三十年代初 德國的g 勞伯梅耶 l a n b m e y e r 和前蘇聯的b a 索 科洛夫 c o k o l o b 等首次將近地表的烴類氣體與地下油氣藏聯系起來 創建了 現在所稱的油氣化探方法 該方法經過不斷完善和發展成為陸地石油 天然氣 勘探的一種方法 由于它是檢測油氣的物質成分被視為新的找油氣技術與方法 由于化探找油的成功率遠遠高于地質 物探等方法 而且成本低 速度快 受 到勘察家的推崇與歡迎 石油和天然氣是重要的基礎工業 在國民經濟中占有重要地位 為了爭奪 油氣資源 世界各國 尤其是經濟發達的國家 在海域開展油氣地質調查 其 中化探是普遍應用的方法 美國 英國 法國 澳大利亞 日本 加拿大 德國 前蘇聯等在海域油 氣化探中投入了較大的工作量 綜觀之有以下幾方面的特點 1 1 應用的化探方法 指標多 海域油氣化探的初期 應用了烴類氣體法 用抓斗采樣器采取近海底表層 沉積物 在船上晾干后送至陸上化驗室 脫出氣體分析測試甲烷及其同系物 由于采樣過程中 沉積物經過擾動和晾曬 游離烴均己釋放 所以測出的烴氣 含量普遍較低 同時 由于海底表層沉積物中含有大量生物遺體 給測試結果 帶來外界干擾 影響成果的解釋與評價 經過試驗研究 逐步改進了取樣方法 即用重力取樣器 在基本上保持沉積物結構的情況下 通過加壓和自身重量將 取芯管插下海底 取深度為1 1 5 米的沉積物 目前多數國家將采樣深度定為 2 米 取出樣品后 一分為二 一部分樣品立即裝入特制的密封管內保存 運 回陸地分析測試游離烴氣中的甲烷及其同系物 另一部分樣品晾干 粉碎后 包裝運回陸地分析測試吸附烴類氣體中甲烷及其同系物 上述采樣的新方法避 免了一部分生物干擾和游離烴氣的逸散 后來 國外油氣化探工作者又對樣品 采取密封加熱的辦法 分解出吸留烴 進而完善了從沉積物中全面獲得不同賦 存狀態烴類氣體 使測試結果更加逼近客觀實際 提高了海域油氣化探的應用 效果 前述的游離烴 吸附烴和熱釋烴都是研究油氣組成的烷烴部分 而對油氣 芳烴組分的研究遲后了十余年 首先由英國的化探技術人員開發了用熒光光譜 儀器 測試與分離了海域沉積物中的芳烴組成 提出了用2 6 5 n m 激發 在3 0 0 3 5 0 n m 區段是輕芳烴產生的熒光 3 5 0 4 0 0 n m 區段是中等分子量芳烴形成的 熒光 4 0 0 n m 以上區段是重分子量芳烴造成的熒光 因此 他們提出了用3 2 0 n m 3 6 5 n m 4 0 5 n m 等波段作為找油氣的指標 l h o r v t z 和j b r o o k s 又進一步證實 3 6 5 n m 3 2 0 n m 指標是區分石油與天然氣的有效指標 美國油氣化探工作者從上世紀四十年代 研究沉積物蝕變碳酸鹽的形成 他們認為油氣垂向微運移經氧化是碳酸鹽積累的主要因素 其理論依據是 c i i 甲烷 2 0 2 2 h 2 0 c 0 2 2 c 2 h 6 乙烷 7 0 2 6 h 2 0 4 c 0 2 c 3 h s 丙烷 5 0 2 4 h 2 0 3 c 0 2 2 c 4 h l o 丁烷 1 3 0 2 1 0 h 2 0 c o 生成的c 0 2 同沉積物中鈣鎂鹽 或離子 化合生成一種特殊的c a c 0 3 蝕變碳酸鹽 它具有特殊的物理化學性質 在5 8 0 時 又可分解成c a 和c 0 2 測得c 0 2 含量的高值 是找油氣的重要指標 前蘇聯油氣化探工作者提出了沉積物中微生物 金屬微量元素和大氣中放 射性元素的找油氣指標組合 并在一些主要含油氣區域進行研究 德國的地質一地球化學家認為沉積物中烴類的碳同位素是判斷氣體成因的 唯一標志 在油氣化探中具有重要的指示意義 日本的科技工作者對水中溶解芳烴組分的找油氣意義做了大量 深入的研 究 指出水中苯 酚是找油氣的直接指標 此外 歐美國家的地球化學工作人員還探索海水中溶解烴的找油效果 并 且創造性的發明了隨船連測水中烴的新技術 不僅提高了工作效率 而且可以 同地球物理方法 主要找油氣的技術方法 同步 同點進行測量 有較高的應 用價值 近年來 隨著航天一遙感技術的飛躍發展 在海域油氣化探中開始引 進空中激光光譜和機載紅外光譜等方法 我國油氣化探是解放后從前蘇聯引進的 上世紀七十年代初開始在海上進 行方法試驗 由于我國海域遼闊 地質條件優越 蘊藏著豐富的油氣資源 在 3 0 余年的油氣化探歷史中 引吸了國內 外十余家單位參加了方法實驗和應用 研究 包括不同精度的工程項目 國家科技攻關研究項目 自然科學基金項目 環境保護項目 綜合地質 水文調查項目 油氣勘探及國家高新技術研究發展 計劃 8 6 3 計劃 項目等 在渤海 黃海 東海 南海四大海區進行了不同程度 的地球化學調查 各個國家和單位應用了自己開發的新技術方法和專利技術 爭奪我國海域油氣化探的市場 所應用的化探方法與指標概括起來有以下四大 類 1 1 1 沉積物中的指標 烷烴部分有 游離烴 主要是甲烷和重烴 吸附烴 也稱酸解烴 分析測試c 卜c 2 c 3 i t 4 n c 4 i c 5 n c 5 及c 畸的烯烴 吸 留烴 也稱熱釋烴 主要是甲烷 其次是乙烷 丙烷 丁烷 但這些組分在一 2 個樣品中全部測出者不多 芳烴部分有 熒光光譜 3 2 0 n m 3 6 0 n m 4 0 5 n m 4 5 0 n m 及有關比值 紫外吸收光譜 2 1 2 n m 一3 4 0 n m 六個波段及比值 金屬 微量元素 f e m n c o n i c u p b z n 等 微生物 甲烷菌 乙烷菌 丙 烷菌 蝕變碳酸鹽 熱釋汞 磁化率 三價鐵與二價鐵 p h e h 值 甲烷 丙烷的穩定碳同位素 吸附絲主要有 正戊烷 正已烷 正庚烷 3 一甲基 庚烷 正壬烷 正葵烷 正十一烷 正十二一十六烷等4 8 個組分 放射性一氦 1 1 2 海水中的指標 在深海區分別取海水表層 中層和底層水樣 分析的 指標有 溶解烴 甲烷與重烴 苯 酚系列 苯 甲苯 乙苯 鄰二甲苯 對二甲苯 間二甲苯 酚 間甲酚 鄰甲酚 對甲酚 二甲酚等 三維熒光與 同步熒光的主要單體化合是 萘 蒽 菲 藐 芴等 二氧化碳 斯尼法 s i n f f e r 連續測定與水中總烴及p a k 技術測試水中痕量芳烴法 1 i 3 大氣指標 取海水表面上的氣體 測試的指標有 大氣汞 c 0 2 h 2 s 甲烷 1 1 4 遙感指標 根據衛星圖片解釋的油膜 熱膜及激光 熒光的特征波 長對 綜上所述 在我國海域所用化探方法與指標多達1 0 0 多個 在國際上是罕 見的 為海域油氣化探研究提供了豐富的資料 1 2 在同一觀測點上取得不同介質的樣品 烴類垂向微運移是油氣化探的理論依據 這種運移又為運移過程中所處的 地質條件 物理 化探環境所制約 影響 因此 油氣化探需要查明地球化 學空間場和時間場兩個方面的變化規律 換句話說 既要在平面上區分背景區 和異常區的分布范圍和異常類型 又要查明指標在縱向上的聚散特點 為異常 的解釋提供地球化學依據 正確認識和判斷指標的暈 源關系 這就要求在野 外調查和采樣時 不僅要在平面上均勻布點 而且在垂向有點控制 從而構成 立體空間的地球化學測量 準確地襯托出與深部油氣有關的異常 在陸地油氣 化探中 由于采樣條件與介質的限制 只能側重于化探指標在平面上分布特征 地球化學空間場 的研究 而對化探指標在垂向上變化規律 地球化學時間 場 的研究比較薄弱 因此 化探成果的可信度受到影響 究其原因 主要是 在同一采樣點難易或不可能采到不同介質的樣品 尤其是沉積物和地下水樣品 做不到同點采取 為了彌補這一缺陷 化探技術人員常在地質解釋時 采取異 常迭合的辦法 即分別作沉積物和水的異常圖 而后兩張圖迭加 其結果必然 導致異常增多 異常面積加大 降低了化探成果的可靠性 在地質解釋困難時 打少量的控制水井 這樣不僅增加了工作量和經費 影響了進度 而且不可能 在每一個觀測點上都打井 化探質量必然受到影響 海域油氣化探的一個突出優點是在同一觀測點能取得不同介質的樣品 如海 水表面大氣樣 不同深度 一般分表層 中間及底層 的海水樣 海底表面沉積物 樣 淺層 1 3 米 柱狀樣 海底生物樣等 構成了立體空間的地球化學調查 在同一 采樣點內獲得時間場和空間場的地球化學資料 為追蹤油氣垂向微運移的地球化 學形跡奠定了基礎 例如1 9 7 3 1 9 7 4 年在北黃海進行化探調查時 共布觀測點 1 2 6 個 每個點在垂向上采到3 米深和o 5 米深沉積物樣各一個 底層水 深度 3 0 5 4 米 中層水 深度2 0 米左右 和表層水樣各一個 并在每個觀測點附 近采集了大氣樣 1 9 9 2 年在南海的南沙地區在同一觀測點上采到深層 深1 0 米 淺層 深3 米 和近海底表層沉積物樣 不同深度的三層水樣及大氣汞樣 并有航空激光熒光 紅外及航天遙感資料 為本區油氣勘探提供了較詳細的地 球化學依據 事實證明海域油氣化探之所以能全面準確的揭示深部油氣信息 成 功率比較高與多層次的取得樣品 多方位的獲得信息有一定的關系 1 3 勘探程度低 以隨機布點為主 油氣化探是通過布置的采樣點了解區域地球化學特征 每一個化探點代表 著一定面積或控制范圍內指標含量的平均值 按照油氣化探規范要求 以測點的 密度為準則 油氣化探分為概查 普查 詳查 精查四個不同級次階段 目前陸 地的大部分沉積盆地 尤其是我國中 東部 完成了化探普查 1 點 k m 2 進入油氣 化探詳查階段 4 點瓜m 2 局部做了每平方公里1 6 個點的化探精查 油氣化探是 按照先概查 后普查 進一步作詳查 最后是精查的級次程序連續進行調查的 即工作的范圍由區域到局部 調查的比例尺由小到大 異常的可信度由低到高 等 其任務與評價目標是由勘探階段決定的 在油氣勘查的初期階段 投資具 有較大的風險性 利用化探簡便 快速 成本低的優勢 通過中一小比例尺低 精度的化探概查和普查 預測盆地含油氣的可能性 指出找油氣的有利區帶 從戰略上為油氣勘查提供依據 此時的化探異常反映了油氣分布的區域性變化 特征 隨著油氣化探調查精度的不斷提高和深入 大比例尺高精度的詳查和精 查可評價圈閉的含油氣性或圈定油氣藏的有效范圍 化探異常指示了油氣聚集 的具體特征 然而我國海域油氣化探測點布置的隨意性很大 許多測區布點密 度達不到化探最基本的要求 給資料研究和油氣遠景評價帶來很大的困難 我 國海域油氣化探雖然起步較早 但由于認識上的誤區和資金 設備的不足 進展緩 慢 勘探程度很低 處于小比例尺的化探概查階段 各海區只有很稀的化探點或幾 條剖面線控制 而且取樣點的均勻程度極差 以隨機布點為主 在平面上呈現以點 帶面或以線帶區的特點 近幾年來 世界各國為了控制海域油氣資源 海域地盤爭奪異常激烈 南海尤 為突出 黃海和東海次之 我國加快了海洋油氣資源調查和勘探步伐 為油氣化探 帶來了生機 我國海域油氣化探調查由于跨越年代與間隔時間長 調查單位又各 自為戰 缺乏可遵循的統一勘探規范和分析標準 因此制約了資料的應用 加之我 4 國海域遼闊 面積大 地質條件復雜 化探樣品的巖性與深度 包括海水深度 變化 大 干擾因素甚多 導致各測點化探數據變異大 含量高低相差懸殊 給資料的統一 應用和研究帶來一定的困難 1 4 千擾因素集中且強烈 化探檢測到的深部油氣信息 一般比較微弱 而且研究的課題又是十分復雜 多變 化探指標極易受到工業 農業 大氣 人文等諸多污染源及地形 地貌 植被 氣候及巖性等因素的影響 引起化探指標含量的起伏變化 使化探成果具 有多解性 從某種意義上講 油氣化探的地質效果與異常的可靠性 取決于對 干擾因素的抑制程度 與陸地相比 海洋油氣化探的干擾因素較為 單一 其主要影響因素是現 代生物地球化學作用和沉積物巖性 包括 顏色 粒度 碳酸鹽含量 其中前 者影響最為突出 眾所周知海洋中生物群極為發育 在低溫 缺氧及低硫酸鹽 環境下 厭氧細菌對其改造 分解形成與油氣成份相似的烴類 從分析測試技術 上很難區分油氣與非油氣形成的烴類氣體 如何消除或約束干擾 關系到海洋 油氣化探持續發展的重要課題 也是必須解決的難題 所以在石油天然氣地球化 學勘探技術規范中 明確規定了干擾因素調查與研究的具體內容 1 5 本文的研究目標和主要內容 油氣地球化學勘查 簡稱油氣化探 是系統地從沉積物 巖石 氣體 水 體及動植物等介質中檢測烴類及其伴生物和蝕變產物 預測盆地的含油氣遠景 指出油氣富集區帶 評價區塊 構造 的含油氣性提供探井試油層段的一種方 法 是尋找油氣藏的直接方法 但受諸多因素的干擾和影響 所以正演都有唯 一的解 而反演具有多解性 這就要求技術人員根據工區具體的地質條件 借 助于計算機技術 應用多元統計與處理方法 約制干擾 選取指標 提取油氣 信息 從而達到尋找深部油氣藏的目的 海域油氣化探數據處理技術研究的目的在于從分析測試的大量數據中 剔 除各類誤差和干擾因子 為油氣化探最優提取化探指標 建立有效指標組合 合理的背景值和異常值提供科學依據及軟件系統 作者在參與國家高技術研究發展計劃 8 6 3 計劃 船載地球化學快速測試 系統研制與應用研究 課題中 注 課題編號 2 0 0 la a6 1 1 0 2 0 0 2 0 2 結合 海域油氣化探實踐資料和計算機處理系統新技術對陸地傳統的油氣化探數據處 理方法進行改進 實現了多指標 多約束條件下的最優提取指標的新方法 建 立了海域油氣化探數據處理子系統 該項研究具有較高的應用價值和良好的用 戶界面 提出了從分析數據 地質觀測參數等原始資料的可利用程度和合成開始 按照化探工作流程及評價程序 分別建立了具有共同理論基礎的不同的處理方 法 即 優選指標組合 抑制干擾因素 確定異常及定量評價異常等子系統 它們既是獨立的 又是環環相扣 缺一不可的數據處理方法 提出了數據使用價值分析的多種方法 將前人認為不能參加運算的定性參 數 如沉積顏色差異 粒度分級等 賦予定量化數值 將不同含量單位 量綱 及數值大小的定量數據標準化后 均可直接參加運算 增強了用于定量研究的 可能性 提高了數據的應用范圍 開拓了定量校正干擾因素的處理方法 在這之前只有個別化探工作者對干 擾進行過定性研究 例如巖性對指標含量的影響 一般不予考慮 常用主巖性 代替全部巖性進行研究 也有的學者采用對巖性進行分類的定性校正方法 而 作者提出的定量校正方法 是將全部樣品的巖性校正到均一粒度或相同巖性的 背景上 求取異常 使化探成果更加科學 合理 建立了量化確定與評價異常方法 提出了用判別函數值等量化異常 用綜 合評價指數劃分異常級別 進行分級評價 這些技術在油氣化探中首次提出 是帶有方向性研究課題 并且在實踐中展現了良好的應用效果 6 第二章海域油氣化探數據處理現狀及 建立數據處理方法的意義與原則 2 1 數據處理方法的引進過程 借助于計算機應用數理統計的方法來研究和解決地球化學問題是在長期實 踐中逐漸發展起來的 f 新興科學 早在1 9 世紀初 萊伊爾 l y e l l t 8 4 0 應 用統計方法研究地層中的生物種屬及其對比 2 0 世紀3 0 年代地學界引進統計檢 驗和方差分析 4 0 年代回歸分析和簡單相關分析用來研究化學元素含量之間的 相互關系 5 0 年代電子計算機的發展也使地學界的科技進步進入一個新的階段 6 0 年代 一些多變量統計方法解決了地質學中長期以來不能解決的問題 礦 床和礦物含量的變化趨勢預測等 作為地質學的新流域 地球化學是以大量 的分析數據為研究目標 它的興起與成長更加依賴于數理統計技術的發展 在油氣化探領域中化學分析測試首先應用數理統計方法 如為了判斷分析 結果是否準確可靠 通常用方差和標準偏差來衡量 為了消除系統誤差和偶然 誤差 除進行重復分析外 也借助于數理統計方法 在油氣化探資料整理研究 過程中 化探技術人員于上世紀6 0 年代開始重視數理統計方法的應用 從最初 的對分析測試數據進行簡單對比 用其相對的高值確定異常 由于高含量存在 許多不確定因素 異常與油氣關系不明確 到7 0 年代中期應用統計方法確定背 景值 將大于背景值者定為異常 提高了化探異常的可信度 后來又引入迭代 統計 穩健主分量分析等方法研究地球化學場特征 在背景的基礎上加上標準 差作為異常下限劃分異常 使異常更加逼近油氣藏的空間范圍 有效地提高了 化探的預測成功率 近二十年來 油氣化探分析測試方法基本穩定 一直沿用著己成熟的烴類 氣體和芳烴等方法 但化探成效及其成功率提高很快 被勘查家視為油氣資源 調查的重要方法之一 之所以如此 同計算機技術的飛躍發展有直接關系 數據 處理技術與方法 已是當前油氣化探科研與生產不可缺少的手段 我國油氣化探 工作者在上世紀七十年代中期開始引進多元統計方法 使化探異常的確定 從依 靠指標的絕對含量發展為異常下限的概念 八十年代中后期初步建立起陸地化 探數據處理方法 提出了包括背景分析 異常確定 異常識別和解釋 質量檢查 等數據統計方法 九十年代初 數據處理技術與方法被列入了石油天然氣地球化 學勘查技術規范 從此海域油氣化探也就沿用著陸地油氣化探的數據處理程序 與方法 2 2 海 陸化探數據處理的背景 已有的陸地化探數據處理方法基本出發點是運用多元統計分析和地質統計 方法 建立區域均一背景值加標準偏差作為異常下限 提取高濃度或局部相對高 濃度的異常 其主要方法有 2 2 1 多母體 含多個異常總體時 混合總體篩分的方法用以確定背景與異 常母體并計算各自均值 標偏 從而確定背景與異常下限 一般采用背景母體 右拐點 即牙 1 9 6 s o 為異常下限 2 2 2 實際工作中 通過作直方圖的方法來確定異常母體與背景母體 并依 據均值加n 倍標準偏差作異常下限 n 值一般取0 5 2 0 有時直接從直方圖上 讀取 這在背景母體與異常母體分離很好時尤其適用 2 2 3 由于以上n 值的選取帶有經驗性 常利用等直線圖中異常形態規則及 已知區吻合程度 動態確定異常下限并反推n 值 從而較好地確定異常下限 2 2 4 采用迭代切尾法是在求取背景母體的基礎上 大致確定異常 但當背 景母體不服從正態分布時 有時樣本點迭代去了一半仍不服從正態 用偏度 峰度檢驗 此時應改用其它方法為宣 2 2 5 也也有人利用工區內異常幾率1 0 2 0 為準則并參照異常形態大致確 定異常 但是在完全背景區 即無油氣區 作油氣化探時 強制性確定異常 1 0 2 0 將導致異常解釋和評價的誤解和困惑 在油氣藏大比例尺測量時 異 常母體樣本數可能占有百分比高于2 0 2 2 6 迭代切尾 均值加標準偏差法 把背景當作一個水平面 然而許多工 區園地質背景單元不同 具有不同的背景母體 常采用分區作圖拼結法確定異 常 分區邊界異常拼結有許多處理方法 2 2 7 當研究區背景為一變化的規則曲面時 常用趨勢面或泛克立格法來確 定背景與異常 實際應用中 考慮與已知區和經驗成果 采用2 4 階次為宜 也有采用剩余值總和與經驗系數比值作為異常下限并取得了較好效果 2 2 8 有些地區采用以上方法均不理想 其化探數據離散度很大 變異系數 大于3 數據結構不穩定 為了突出低背景中的異常和分離高濃度區的背景 常用窗口滑動平均或框架濾波的辦法提取異常 2 2 9 依據油氣化探異常主要為 邊高中低 環狀異常模式 用數據空間上 的變化梯度來圈定異常的梯度分析法被廣泛采用 2 2 1 0 依據分形理論 變差函數圖 基臺值 作為劃分異常的準則具有重要 意義 上述系統適合于指標含量高低差別不大 正態程度較高 且測網規則或均勻 布點條件下的專門面積化探調查 但是 海域化探工作 都是隨航與其它調查項目同時進行的 調查范圍一般很 大 測點稀少 布點的隨機性很強 多以剖面為主 均勻程度差 一般屬于查明區域 含油氣性的化探概查 總之 海域油氣化撩從布點 調查精度 目地任務及地 質一地球化學背景等均有別于陸地 當前海域油氣化探數據處理技術 是沿用 陸地油氣化探與金屬化探的傳統方法 由于缺乏有效的針對性 未能最大限度 地抑制干擾 突出化探異常 至使化探應用效果在很多地區不理想 制約了海 域油氣化探的發展 所以結合海域油氣化探特點 建立多參數 多約束條件下 的最優提取指標技術 有一定的理論意義與應用價值 2 3 數據處理的重要性 油氣化探是從大量的分析測試數據和諸多地質參數中 通過技術人員的歸納 分析 提取油氣信息 獲得規律性的總結 達到尋找油氣藏的目的 顯而易見 數 據處理在油氣化探中起著十分重要的作用 數據處理是以數學和計算機作為基本工具進行運作的 有利于將地球化學 的問題用數學形式表達出來 將定性資料變成定量的概念 油氣化探中有較 多數據與工作 需要采取多種多樣的方案試驗比較 或者是多次反復的試驗 從中挑選出最佳方案或者計算結果 更有意義的是 利用數理統計技術 可 以進行原來技術人員無法進行的計算 模擬及尋找化探數據和參數之間的內 在聯系 追蹤數據 規律 與油氣藏的關系 為地球化學工作者的綜合研究 與地質解釋提供新的途徑和方法 換句話講 數據處理技術引入油氣化探 將會使該學科及找油氣方法發生一個深刻的變革 我國是世界上僅次于美國的能源消耗大國 油氣產量遠遠不能滿足國民經 濟發展的需要 油氣供需矛盾日益突出 面臨大量進口石油的嚴峻形式 發 展新的找油氣技術 開拓油氣新領域 增儲上產是每個石油工作者不可推卸 的責任 化探是尋找石油與天然氣的直接方法 速度快 成本低 效果好 油氣生產的日益需要 促使該學科發展和相關技術的日臻完善 建立相應的 海域化探數據處理系統 開發實用的數據處理方法 包括軟件 具有一定的 意義 作者認為化探是以大量分析數據為依據 研究油氣聚散規律 傳統的 經驗性和宣觀性的資料整理方法 已不適應和滿足工組需要 我們開發了以 計算機為基本工具 以數學作為科學語言的新的數據處理技術與方法 使化 探工作者從費時繁雜的手工計算中解脫出來 將更多的精力和時間用在綜合 地質解釋和研究化探異常分布規律上 也為定量校正干擾因素 突出異常及 模擬試驗等莫定了基礎 2 4 建立數據處理方法的基本原則 2 4 1 數據處理方法必須建立在可靠的數學理論基礎上 將地球化學問題用 數學形式合理地表達出來 通過算法語言進行迅速計算 2 4 2 由于海洋油氣化探分析測試的數據在成因上具有多源性 在統計上具 有隨機性不確定性的特點 同時還有區域化交量的結構性差異 因此 要求提 取指標組合或確定異常的數據處理方法需多樣化 便于驗證和映照 對比 避 9 免單一方法的偏面性和失真 從而找出研究體內地球化學數量特征與內在統計 規律 2 4 3 所選用的數據處理方法 不僅有提取指標組合的定性功能 而且還要 有 量 的概念 便于定量校正和定量評價 2 4 4 數據處理系統的算法及其過程 力求嚴謹 易行 穩定 計算功能齊 全 操作方便 計算結果具有精度高 準確性強 2 4 5 數據處理系統最終要有利于油氣礦床的預測 評價 適應于海域油氣化探數據處理技術與方法設計的具體功能如圖1 指標組合計算 定性數據定量化 變量組合運算 定量數據標準化 卜 極差正規化 i 極差標準化 1 i 標準差標準化 卜中心標準化 卜 總和標準化 l 最大值標準化 概率統計 正態分布檢驗 離群點識別與處理 i 識別 卜 處理 線性插值 i 卜l a g r a n g e 插值 l ra i t k e n 插值 j i a k m i r n a 插值 l 卜h e r m i r g 插值 l拋物線插值 一三次樣條插值 平面 插值 象限近點距離法 二元全區間插值 圖l 油氣化探數據處理方法設計 方差分析 單因素方差分析 舶分t 耋 黧 趨勢分析 判斷分析 二類判別分析 多類判別分析 聚類分析l q 型聚類分析 i f r 型漿類分析 因子分析i q 型因子分析 r 型因子分析 對應分析 相關分析 2 5 小結 本章主要簡述了海域油氣化揉數據處理的現狀及處理方法的引進過 程 針對海域油氣化探的特殊性 提出了建立海域油氣化探數據處理的意義和 原則 避免單一方法的偏面性和失真 從而找出研究體內地球化學數量特征與 1 0 內在統計規律 將地球化學問題用數學形式合理地表達出來 便于定量校正和 定量評價 計算結果具有精度高 準確性強 有利于油氣礦床的預測 評價 第三章化探的數據處理 3 1 數據使用價值分析 油氣化探數據資料 一般有兩部分組成 一是實驗室中各指標的分析測試 數據 二是地質一地球化學調查的觀測數據 它們不僅數據量大 而且是性質 不同的數據對 前者數據中大部分與油氣藏有一定的關系 包括成因關系 演 變關系 環境關系等 但也混滲有與油氣藏無關的干擾因素 如 人文污染 近代生化作用 生物排泄 分析誤差等 而后者數據中大部分是影響或控制前 者的環境因子 如樣品的質量一沉積物的顏色 粒度 化學成分 采樣條件一 深度 年份與季節等 這兩類數據從性質上講 分析化驗資料是定量的 而地 質觀測資料是定性的 油氣化探技術人員需要或想辦法創造統一的尺度和條件 將這兩類表面上互不相干 實為因果關系的資料融匯在一起 提取油氣信息 達到預測油氣藏的目的 要實現或達到這個目的 在數據處理之前 一方面要 鑒別數據的使用價值 了解數據的貢獻或可信度 對數據去偽存真顯得尤為重 要 另一方面由于化探指標的含量單位不一致 地質觀測數據的量綱不同 將 原始數據 包括分析化驗與地質觀測的 直接用于計算往往是不合適的 因此 在進行正式計算之前需要對觀測數據進行預處理 形成供進一步計算使用的數 據 化探數據預處理一般包括變量的組合及參數計算 定量數據的標準化 定 性數據的定量化變換 原始數據均勻化和增補 離散數據的判定及處理等步驟 在本次海域的應用研究中的流程如圖2 其中原始數據文件應該為一個行列式排 列的數據體 圖2 數據使用價值分析方法與流程 乎 3 1 1 指標的組合計算 根據成因不同 將眾多的指標以不同的數學方法組合在一起而構成新的變 量 以提高信息的綜合性及充分使用 這些算法包括累加指數 比例指數 對 數指數 變量乘除等等 計算每個變量的和 均值 均方差 平均差 標準差 等參數 例如 在本次的應用中 由c 1 c 5 計算輕烴總烴 計算甲烷干燥系 數c l c l c 2 c 3 c 4 濕度比 c 2 c 3 c 4 c 1 c 2 c 3 c 4 1 0 0 平衡比 cl c 2 c 3 c 4 特征比 c 4 c 3 等等 3 1 2 定性數據定量化 為了使定性數據能夠用于定量研究 直接參加運算 必須將定性數據的符 號或代碼賦予定量數值 在本次設計中定量化分為二態定量和有序型多態定量 兩種 二態即 非此即彼 例如 可根據對氣態烴的吸附性把海底砂質沉積物賦 值0 泥質沉積物賦值l 有h 2 s 氣味道樣品賦值1 沒有此氣味道賦值0 此 變換后的0 l 可與極差正規化變換后的定量數據混合使用 極差正規化是將數 據均壓縮n o 1 內 因此 經0 1 變換后的定性數據可看作是定量數據的兩種 極端狀態 多態定量 可以把描述性的關鍵詞根據其地質含義分別賦值 例如 將海 底沉積物分為中細粒砂 粉砂 粉砂質粘土 粘土 定量為0 1 2 3 也可 根據需要非等差式賦值為0 l 3 5 等 這樣在程序中可把不同的數據賦不同 的顏色或圖標 為以后的繪圖設計提供方便 3 1 3 原始數據的均勻化和增補 由于和陸地化探不一樣 海洋化探取樣往往受局限性大