灰色理论在地球物理勘探中应用的研究

董健 刘守君

【摘 要】简要介绍了灰色理论的基本原理及基本方法.通过回顾灰色理论的发展历程及研究现状，以及灰色理论在地震解释、地质评价、测井解释三方面应用研究的最新进展，指出灰色理论的发展趋势和方向。随着油田勘探开发进程的不断深入，灰色理论将受到越来越广泛的重视，在油气的勘探开发中所发挥的作用将越来越明显。

【关键词】灰色理论；灰色预测；灰色建模

1.灰色理论及实现方法

1.1 灰关联度分析

关联度分析是灰色系统最主要也是目前在地球物理勘探开发领域应用最广泛的方法之一。它主要用于分析不同数据项之间相互影响、相互依赖的关系，根据事物序列（母序列和子序列）曲线几何形状的相似程度，定量的评判事物（因素）间的关联程度.两条曲线的形状彼此越相似，关联度就越大，反之，则关联度越小。其中的关键是对灰关联矩阵进行分析，找出其中起主导作用的因素。

1.2灰色聚类

灰色聚类是以灰色关联度为基础的聚类方法，实质上是将聚类对象归纳成若干个灰色系统类型，以判断该聚类对象属于哪一类灰色类型.它能给出定量的评价，比定性的地质分析更具客观性。

1.3灰色预测和灰色建模

灰色预测通过原始数据的处理和灰色模型的建立，发现和掌握系统发展的规律，对系统的未来状态做出科学的定量预测.灰色理论认为，原始地震数据本身就是一种多因素的组合作用的结果。与其进行因素的多层剖析，不如就以原始依据进行预测.在地震资料的预测处理中这是一种新的思想、新的角度。

2.灰色理论的发展历程及研究现状

灰色理论把一般系统论、信息论、控制论的观点和方法延伸到社会、经济、生态等抽象系统，结合运用数学方法形成了一套解决信息不完备系统的理论和方法。从思维逻辑的发展来看，灰色理论是从“黑箱”、“灰箱”概念演进而来的。1953年英国科学家艾什比首先使用黑箱一词，用来定义那些内部结构、特性、参数全部未知，只好从对象外部信息来研究的一类事物.然而在现实中，面对的常常是对其有了部分了解的“系统”，艾什比称之为“部分可察黑箱”或“灰箱”。1982年邓聚龙在灰箱概念的基础上首次提出了灰色系统的概念，主张从事物内部去研究系统。邓聚龙在提出灰色系统概念以后，对其经过逐步的完善和发展，渐渐形成了灰色系统理论。1992年召开的灰色系统学术会议引起了广大学者重视，由此将灰色理论和实际应用推向了一个高潮。灰色理论从上世纪80年代问世，经90年代的迅速发展，到21世纪的广泛应用，虽然只有20多年的发展历程，但却引起了人们的高度重视和极大关注。目前灰色理论已基本建立起灰色朦胧集为基础的理论体系，灰色关联空间为依托的分析体系，灰色序列生成为基础的方法体系，灰色模型（GM）为核心的模型体系。它作为一门新兴学科广泛的应用于地球物理勘探开发的各个方面。

3.灰色理论在地球物理勘探开发中的应用

3.1地震解释

灰色理论在地震资料解释中的应用主要包括层位标定、岩性分析以及地震剖面的异常值提取等。其中层位标定和岩性分析作为地震解释的基础环节和描述地层地质情况的重要信息，一直倍受关注。当然也是灰色理论在地震资料解释中应用的重点.其典型的方法是从测井资料中提取与层位、岩相有关的信息，将地层剖面、岩性分成若干个测井评价参数范围，然后采用这些测井地质评价参数与岩心录井剖面进行详细对比，统计确定出地质评价参数的标准，最后用参数特征值白化灰色系统，以达到精细划分地层层位和岩性的目的。这种做法最大优点就是使测井资料得到了充分的利用，同时这也是灰色理论在地震资料解释中应用的最显著的一个特点。

3.2储层评价

储层评价所涉及的内容很多，应用范围也相当广泛，但目前储层评价还没有一套公认的评价标准和工作规范，各家的评价方法都不尽一致如模糊判别法和专家打分法等。这些方法往往要求数据量较大，而且还要求数据间存在典型的统计规律，实际计算是很困难的。灰色理论在储层评价中的应用则有效的克服了上述方法的不足。它的基本思路是通过选取储层的各评价参数特征值，利用灰色理论的基本方法去白化储层系统发展的态势，确定评价指标和实际数据之间的关联度，据此定量描述储层的特征，具有数据量小、模型简单等优点，很好地满足了实际生产的需要.另外，灰色理论是一个动态的预测过程，对于油气井的储量、储层产能等这样每时每刻都在发生变化的预测目标，不仅能够很好的预测出油气井以及储层储量长期的情况，而且还能进行时时的监控预测。

4.灰色理论的发展方向

4.1加强基础理论的研究

灰色理论基本方法的研究深度不足，数学证明不够完善。比如灰关联分析不适用于负相关序列的分析和计算；由灰色关联系数构成的灰色关联度不满足灰色关联公理中的整体性和偶对对称性原则；灰色建模方法的累加生成不能减弱原始数列的随机性时，用一阶微分方程作为预测模型必然存在原理性误差等问题，都是灰色理论基本方法中存在的问题，都直接间接地影响了最终的预测结果.特别是灰色理论的一些核心内容，如累加生成数列能够提高预测精度等结论，在现有的灰理论专著中均末经予严格的数学证明.而这些结论作为灰色理论的核心内容正广泛地应用于地球物理勘探开发的各个方面，对最终的预测结果和精度的影响很大。

4.2拓宽应用范围

从目前的研究成果来看，灰色理论在地球物理勘探开发中的应用主要集中在地震资料解释、地质评价和测井解释三个方面，归根到底还是主要应用在解释方面，应用领域过于单一，解决实际问题的能力还不足，且灰色理论在储层预测中的应用目前尚限于单系列预测，存在着一定的风险。另外，灰色理论主要研究方法的应用范围也还十分有限。如：利用灰色建模、灰色关联分析作为研究工具的例子较为普遍，其它方法的应用则相对较少。

4.3与其它方法相结合

由于灰色理论自身的理论基础这不够完善，解决勘探开发中出现的各种问题的能力稍显不足。近年来虽然出现了将灰色理论与分形、神经网络、模糊理论等方法联合应用的实例，但应用的范围和深度都还远不能满足实际需要。可以尝试将其与其他优化、仿真方法相结合，如遗传算法、混合离散变量多目标寻优算法以及小波变换、最小二乘方法等。

【参考文献】

[1]刘思峰，郭天榜.党耀国等.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学出版社，2000.

[2]胡齐凯，关丽.利用灰色模型预测储层孔隙度[J].江汉石油学院学报，2003.

[3]刘刚.灰色聚类分析在圈闭评价中的应用[J].天然气地球科学版，2001.