贝叶斯优化的XGBoost在小断层地震解释中的应用

为了进一步提高小断层地震解释的精确度,提出了利用信息价值对地震属性进行约简,结合改进的贝叶斯优化算法,优化XGBoost参数以识别小断层。首先,对采区地震属性数据进行预处理,去除异常样本和大噪声样本;然后针对处理后样本的每一个特征进行卡方分箱,计算每一个分箱中的证据权重(WOE),进而得到每一个特征的信息价值(Ⅳ),以此作为各个特征的重要度,对信息价值小的特征进行约简,去除高噪声特征属性;同时,给小断层地震数据增加一定程度的噪声来增强模型的抗噪能力;接着,构建XGBoost模型,因正负样本分布不均衡,提出了一种改进XGBoost目标函数的方法来平衡正负样本的训练权重。针对其重要参数选择问题,选用贝叶斯算法优化XGBoost模型的参数。因为贝叶斯优化算法不易平衡“开采”(Exploit)和“探索”(Explore)的过程,导致寻优效率不高,易陷入局部最优点,提出一种自适应平衡因子变化算法,动态地平衡pi采集函数“开采”和“探索”的过程,提升参数优化过程的鲁棒性。实验数据表明:利用采集函数优化的贝叶斯算法,用来优化目标函数改进的XGBoost,构建的新XGBoost模型框架(SAPI-Bay-ImpXGBoost)相比于BP神经网络、支持向量机(SVM)、K近邻(KNN)、AdaBoost预测精度更高,有助于提高小断层地震识别的准确率。

基于地震属性优化和机器学习的煤层厚度预测方法

煤层精准定位是无人采煤的关键技术,煤层厚度预测是煤田地震资料解释的重要研究内容之一。参考实际地层厚度及物性参数,构建含楔形煤层的正演模型,通过地震剖面正演和地震属性提取、优化,对比分析信噪比和多种回归方法对煤层厚度预测的影响。研究结果表明:部分地震属性与煤厚相关性较强,可以用于煤厚预测;地震属性间的信息冗余不可忽略,但基于主成分分析和多维标度的地震属性优化结果无本质区别;当信噪比较低(10 dB)时,随机森林回归算法的均方根误差最小(1.07),支持向量机回归算法的误差居中(1.15),多元线性回归算法的误差最大(1.84);当信噪比较高(25 dB)时,支持向量机回归算法的误差最小(0.05),随机森林回归算法的误差居中(0.11),多元线性回归算法的误差最大(0.20);输入数据信噪比对煤厚预测有明显影响,信噪比越高、预测效果越好。基于地震属性优化及支持向量机回归的煤厚预测方法,是实现薄煤层厚度高精度解释的一种有效途径。

基于PCA和KNN的侏罗系煤层断层预测研究

为提高断层解释精度及效率,以布尔台矿区侏罗系煤层为研究对象,正演模拟与实际资料分析相结合,分析了侏罗系煤层中的断层响应特征,基于机器学习理论研究了侏罗系煤层中的断层预测方法,并在4-2上煤层中进行了应用。研究结果:断层在地震正演剖面上表现出同相轴错断扭曲、能量减弱、属性值突变等特征,1-2煤、2-2煤、4-2上煤的断层响应特征明显,5-2煤的断层响应特征相对较差。对各煤层地震属性做主成分分析,发现前3个主成分的累计贡献率大于80%,可以表征地震属性的大部分有效信息。结合正演模型断层位置和属性主成分信息,利用最邻近算法(KNN)预测断层断点,在模型参数K=9时,预测效果最优。以布尔台矿实测地震数据为输入,预测了4-2煤断层,预测的断层位置在地震剖面上可见清晰反映,验证了基于KNN和PCA的断层预测方法的有效性。研究成果可以较准确地预测侏罗系煤层断层,提高断层解释效率和客观性。

地震属性定位采空区边界的对比研究

为了提高采空区边界的定位精度,综合正演模拟、地震属性和主成分分析,研究了地震属性及其主成分定位采空区边界的效果。结果表明,采空区反射波明显区别于煤层反射波,在地震剖面上易于识别。但由于冒落带和裂隙发育带的影响,在地震剖面上直接定位采空区边界较困难。地震属性有助于提高采空区边界的定位精度和可靠性,其中谱分解、振幅能量和几何特征类属性效果较好。但在多数情况下,地震属性主成分定位采空区边界的精度和可靠性更高。

基于方位AVO正演的HTI构造煤裂隙可探测性分析

通过建立6类HTI构造煤的理论模型,利用Hudson等效介质理论和Schoenberg所定义的传播矩阵,正演煤层顶板的方位AVO记录,最终获得了6类模型的多方位AVO记录。通过对HTI构造煤方位AVO曲线的分析可知:①不同方位AVO曲线的P值为小于零的常量,G值较大并随方位角φ的增大而减小(φ[0,90°]);②当裂隙密度增大时,P值减小,G值增大;③相对于泥岩顶板来说,砂岩顶板的P值较小,G值较大。通过对HTI构造煤GVAz曲线的分析可知:①GVAz曲线的周期为180°,并在裂隙法向方位取最小值;②随着裂隙密度的增大,GVAz曲线的波幅相应增大;③当裂隙水填充时,GVAz曲线的波幅大于裂隙气填充时的情形。因此,方位AVO的P值可以被用来识别煤层的顶板岩性,GVAz曲线的极值和波幅可分别用来获得裂隙发育法向和裂隙密度信息。就实际地震数据来说,较高信噪比(>5)是进行方位AVO分析的前提。

煤田采区三维地震精细构造解释方法

虽然煤田三维地震勘探已经过了十多年的发展,但构造解释问题仍是目前需要解决的主要问题之一.随着三维地震资料解释方法的不断发展,小波分析技术、相干体技术、地震属性技术、图像处理等提高解释精度的方法相继在地震勘探领域中得到应用.另一方面,由于煤矿采区三维地震勘探资料一般具有高信噪比和高分辨率的特点,为做好三维地震资料精细构造解释提供了物质基础.本文结合小波分析技术、相干体技术、地震属性技术等多种方法,结合两个采区的实例,对小断层和小规模陷落柱做了精细构造解释.解释结果显示联合使用以上几种解释技术,能提高三维地震资料的构造解释精度和可靠信.

VTI型构造煤AVO正演模拟

通过对原生煤、构造煤、软分层构造煤和VTI型构造煤的P波AVO的正演模拟,探讨上述多种煤层岩性的可探测性.对于厚煤层来说,通过Zoeppritz方程获得了原生煤、构造煤和软分层构造煤的P波AVO曲线.对于厚层的VTI型构造煤,首先利用等效介质理论求出其刚度矩阵,再利用基于各向异性理论的传播矩阵法求解出其P波AVO曲线.在此基础上,通过和地震子波的褶积获得合成地震记录,同时对薄煤层的AVO曲线和合成地震记录进行了正演模拟.发现当煤层为厚煤层时,煤层顶板反射P波的AVO曲线为IV类AVO,并且不同类型煤层间的AVO曲线斜率和截距差别较大.当煤层是薄煤层时,煤层反射波是复合波.此时,原生煤和普通构造煤的反射波振幅较小,AVO曲线具有较明显的IV类AVO特征;而软分层构造煤和VTI型构造煤的反射波振幅较大,AVO曲线变化剧烈.因此,通过AVO技术可以定性识别原生煤、普通构造煤、软分层构造煤和VTI型构造煤.

基于SVR和地震属性的构造煤厚度定量预测

为了提高谱分解和甜面属性组合预测构造煤厚度的精度和可靠性,利用回归型支持向量机(SVR)的非线性处理能力,将SVR和地震属性相结合,研究采区构造煤厚度定量预测方法。在SVR预测模型建立时,以正演模型数据为基础,通过训练和测试获得SVR预测模型的主要参数;结合井旁道数据,建立了采区构造煤厚度SVR预测模型。通过输入实际谱分解属性和甜面属性,定量预测了构造煤厚度。相对于传统地震属性预测来说,本次所预测的构造煤厚度精度较高、误差较小。当核函数类型为径向基核函数、输入为谱分解属性和甜面属性时,预测模型的预测效果最好。由于模型建立时未考虑地震资料信噪比的影响,预测模型不能克服其造成的不确定性。

构造煤AVO特征及正演模拟研究

瓦斯突出是当前影响我国煤矿安全生产的主要因素之一.由于不同性质的煤层其瓦斯突出的可能性不同,原生煤具有低瓦斯突出可能性,构造煤瓦斯突出可能性较大,而具有软分层特征的构造煤其瓦斯突出的可能性极高.由于不同性质煤层间的岩性差异较大,构造煤的泊松比要比原生煤的泊松比大0.1-0.2.因此,不同煤层与其顶、底板岩性差异不同,从而其顶、底板反射波的AVO曲线存在较大差异.从而可以通过AVO分析技术探测瓦斯突出可能性较高的构造煤的分布,特别是具有软分层特征构的造煤的分布.通过这种方式可以为煤矿安全生产提供第一手的地质资料.但目前AVO技术是以石油工业为基础发展而来的,并不完全适用于煤系地层.通过对煤层顶、底板AVO曲线的对比分析,发现目前常用的AVO近似方程对煤系地层来说精度较低,严重影响AVO分析精度.本文通过对Zoeppritz方程及其主要近似方程的分析对比,提出了一种改进的Hilterman近似方程,从而极大地提高了煤系地层AVO曲线的近似精度,使高精度的煤系地层AVO分析成为可能.另外,通过对构造煤顶、底板AVO曲线的分析,发现构造煤底板反射波较复杂并不适合AVO分析,而其顶板反射波规律性较强有利于AVO分析.

煤层岩浆岩侵入区的交会图定量预测技术——以卧龙湖煤矿为例

以卧龙湖煤矿某采区实际钻孔资料为基础,建立了8个符合采区实际情况的煤层模型。通过合成地震记录方法,获得了所有模型的正演合成地震记录。并通过地震属性技术,提取了上述模型10号煤层反射波的波峰振幅、波谷振幅、瞬时振幅、瞬时频率和甜面体值等属性。在此基础上,利用交会图技术分析了正常煤层和不同岩浆岩侵入煤层在属性交会图分布上的对应位置;并且利用蒙特卡罗模拟法模拟了更接近真实情况的属性交会图。通过分析蒙特卡罗模拟后的属性交会图,确定了属性交会图预测岩浆岩侵入区的定量划分标准。将此标准应用到实际采区,所划分的正常煤与变焦区、变焦区与岩浆岩完全替代区边界与钻孔数据和井下采掘数据一致,平面摆动误差较小。

谱分解技术在预测煤层岩浆岩侵入区的应用

岩浆岩的侵入问题一直严重影响着煤矿的安全和高效生产,如何准确地划分出岩浆岩侵入区范围是急需解决的关键问题之一。通过对正演模型数据和实际数据的谱分解分析,发现正常煤层与岩浆岩侵入煤层间存在着明显的频谱差异。正常煤层反射波在其主频对应的谱分解切片上的能量较强,而岩浆岩侵入煤层反射波在同一谱分解切片上的能量较弱。对于实际煤层数据来说,通过钻井标定,即可以定量、准确地划分出岩浆岩侵入区的范围。以大屯煤电公司徐庄煤矿为例,对7煤层谱分解沿层切片与振幅沿层切片进行了对比解释,结果证实谱分解技术对预测煤层岩浆侵入范围是切实可行的。

数据库静校正系统

基于模型法静校正原理和数据库方法,提出了数据库静校正,并开发了DBRSC数据库静校正系统。利用实际资料进行了浅层折射静校正与数据库静校正的对比分析,研究表明,数据库静校正能提高基准面静校正精度,尤其能提高长波长静校正精度,提高计算效率并节约施工成本。

浅层折射静校正方法

依据浅层折射法静校正的原理和解释方法,分析目前在使用的浅层折射法静校正解释方法中存在的问题,提出了改进其解释精度的方法。并且,应用正演模型模拟的方法,验证了改进方法的正确性。

利用地震P波确定煤层瓦斯富集带的分布

查明煤层瓦斯富集区域,对可能的瓦斯突出点进行预报,是当前煤矿生产中亟待解决的重要课题。利用地震P波对裂缝性地层所表现出的方位各向异性特征,根据地震属性随方位角变化可以预测裂隙发育方向和密度的基本原理,应用多种地震P波方位属性预测裂隙发育带。通过对淮南张集煤矿西三采区三维地震P波资料的处理,获得6个方位地震数据体,从中提取多种与煤层和围岩裂隙相关的地震属性,并计算出裂隙的发育方向和密度,为确定瓦斯富集带的分布提供了一种新的途径。

岩石力学地层理论方法及其煤系气高效勘探开发应用基础述评

煤系气高效勘探开发是当前中国煤地质与非常规油气地质研究关注焦点,"岩石力学地层与非常规油气"是当前非常规油气勘探开发国际前沿研究领域,煤系岩石力学地层与煤系气研究具有理论和实际意义。本文综述了岩石力学地层经典学术思想和新学术思想,评述了岩石力学地层理论方法及其非常规油气勘探开发现状进展,分析了煤系岩石力学地层理论方法构建的基础和条件,展望了岩石力学地层理论方法应用于煤系气高效勘探开发的前景。研究表明:煤系气共储共采与高效开发机理是制约煤系气高效勘探开发的关键科学问题,岩石力学地层具有有机衔接非常规油气地质与储层工程理论的天然属性和优势,有望成为破解关键科学问题的地质理论技术利器;岩石力学地层经典学术思想核心内涵为沉积地层及其岩石力学特征控制岩层天然裂隙为主的构造发育规律,新学术思想凝练为沉积岩(地)层既控制致密储层天然裂隙发育和非常规油气成藏,又控制致密储层人工诱导裂隙发育和非常规油气开发;聚焦煤系岩石力学地层的独特性及其与煤系气成藏、开发的响应关系,揭示煤系气共储共采岩石力学地层控制机理,创新和构建煤系气勘探开发的岩石力学地层理论方法体系,成为煤系岩石力学地层研究的目标任务;以典型煤系含煤段煤系叠合型气藏为示例,构建和应用煤系岩石力学地层模型,开展煤系气甜点预测、产层优选、开发工艺优化,是我国煤系气(含煤段)高效勘探开发实践当前急需。

煤层顶板砂岩富水性AVO预测技术

煤层顶板砂岩富水性预测是有待解决的重要问题。以实际测井曲线数据为输入,利用Gassmann方程和AVO(Amplitude Variation with Offset)技术探讨煤层顶板砂岩富水性的预测方法。首先,利用实际测井曲线计算顶板砂岩的纵波速度、孔隙度和泥质含量;其次,以Han经验公式为基础,曲面拟合纵波速度、孔隙度和泥质含量间的关系式,并导出砂岩骨架纵波速度;再次,利用Castagna经验公式计算砂岩骨架的横波速度,并建立14种顶板砂岩模型;最后,利用Gassmann方程进行流体替换,计算各模型的纵横波速度和密度,从而正演模拟顶板砂岩的AVO响应。结合理论分析和实例预测,发现截距–梯度交会图可以区分砂岩孔隙度和干湿性,是顶板砂岩富水性预测的一种有效手段。

基于阻尼最小二乘法的煤层裂隙P波方位属性预测

以宏面元P波方位属性随方位角的变化规律为基础,利用阻尼最小二乘法,研究了佛洼区3号煤层裂隙发育带。分析初始阻尼因子取值与最终计算结果间的关系,认为初始阻尼因子λ应介于(120,200)区间。通过对比佛洼区3号煤层裂隙发育与底板构造间的对应关系,证实了所述计算策略的有效性。

构造煤厚度定量预测技术新进展

构造煤与原生煤的物性差异明显,是煤层气储层建模需要考虑的关键因素之一。针对构造煤厚度分布预测这一关键问题,以测井曲线和地震属性为数据输入,综合分析了构造煤识别和厚度预测的最新研究进展。相对于交互式测井曲线识别来说,基于小波多尺度分析和聚类分析的构造煤识别方法精度更高、可靠性更好。结合地震属性和机器学习算法,可以获得精度更高的构造煤厚度确定性预测结果。结合地震属性和地质统计学随机模拟,可以获得可靠性更高的构造煤厚度非确定性预测结果。尽管构造煤厚度预测已研究多年,但构造类型和空间位置预测仍然需要进一步研究。

含煤地层各向异性介质有限差分数值模拟

煤储层是一种双重孔隙介质,其孔隙由基质孔隙和裂隙组成,并具有自身独特的割理系统。传统的煤田地震勘探将煤层假设为单一的各向同性介质,没有考虑其中裂隙对煤层的影响。利用交错网格高阶有限差分算法,分别对不同厚度VTI和HTI型煤层的弹性波传播特征进行数值模拟,获得波场快照和含煤层状介质的地震模拟记录。从波场快照中可以看出,弹性波在VTI和HTI型煤层中传播存在明显差异;煤层厚度变化对波场的敏感性要强于煤层类型的变化。

谱分解和C3相干联合识别煤层小断层研究

C3相干具有较好的煤层小断层识别能力,但其易受随机噪声的影响,在信噪比较低的情况下容易产生假异常.另一方面,基于S变换的谱分解可以提高地震资料的时频分辨率,并对随机噪声具有一定的压制作用.为提高煤矿采区煤层小断层解释精度,结合谱分解技术与C3相干技术,以提高煤层小断层的解释精度和可靠性.本文分别利用正演剖面和实际三维地震数据,对所提出的方法进行了验证.首先建立了含不同落差的单一煤层模型,利用正演模拟方法获得了其正演剖面和含白噪声剖面.对于这两类剖面,利用S变换获得了其对应于不同频率的谱分解剖面.通过沿煤层反射波提取C3相干属性,获得了不同剖面所对应的C3相干值.对于无噪声地震剖面来说,文中所述方法能明显提高小断层的识别率;对于含白噪声的地震剖面来说,文中所述方法能显著提高所有落差断层的识别率,并基本克服了C3相干算法在低信噪比低情况下容易产生假异常的缺点.将文中所述方法应用到济宁二号煤矿15301工作面的实际三维地震数据中,发现较高频段的谱分解剖面所计算的C3相干同样比常规剖面所计算的C3相干有更好的小断层识别能力.对于煤系地层地质构造较简单的采区来说,利用较高频段谱分解剖面计算的C3相干对落差小于3m的小断层有明显反映.经过井巷工程的实际验证,所解释小断层的可靠性和精度都较高.但当煤系地层地质构造较复杂时,识别落差小于3m小断层的难度较大,还需进一步研究.总之,将谱分解技术和C3相干技术相结合,利用较高频段谱分解剖面计算C3相干,能够明显压制低信噪比所产生的假相干异常,提高煤层小断层的识别精度和可靠性.