海域油氣化探綜合評(píng)價(jià)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)_圖文

1、2010年6月 第30卷第3期海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)V ol. 30, No. 3Jun. , 2010M ARINE GEOLOGY &QUA TERNARY GEOLOGYDOI:10. 3724/SP. J. 1140. 2010. 03143海域油氣化探綜合評(píng)價(jià)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)張勇1, 2, 肖國(guó)林1, 2, 何擁軍1, 2, 郭家樹(shù)3(1國(guó)土資源部海洋油氣資源和環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青島266071; 2青島海洋地質(zhì)研究所, 青島266071; 3中國(guó)石油大學(xué)(華東, 東營(yíng)257061摘要:參考 石油天然氣地球化學(xué)勘查技術(shù)規(guī)范 數(shù)據(jù)處理、異常評(píng)價(jià)與解釋的要求, 充分應(yīng)用地理信息系

2、統(tǒng)(GIS 可視化技術(shù)、空間分析功能、圖層疊置功能, 智能計(jì)算出海域油氣化探異常系數(shù), 包括異常強(qiáng)度、異常面積、異常襯度、異常點(diǎn)數(shù)等指標(biāo)。結(jié)合相關(guān)地質(zhì)條件, 耦合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識(shí)別等數(shù)學(xué)模型, 開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海域油氣化探綜合評(píng)價(jià)軟件, 并將該軟件應(yīng)用于實(shí)際工作中, 取得了較好的效果。關(guān)鍵詞:海域油氣化探; 綜合評(píng)價(jià); 軟件中圖分類號(hào):P 208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0256 1492(2010 03 0143 06油氣化探以有效、簡(jiǎn)便、快速以及價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)已成為尋找油氣資源的一種重要手段1。在當(dāng)前能力以及非常直觀的圖形化表現(xiàn)形式而得到諸多行業(yè)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。GIS 不但具

3、有空間數(shù)據(jù)管理、查詢和圖形處理的強(qiáng)大功能, 而且具有空間數(shù)據(jù)綜合分析的能力, 將成為地球化學(xué)場(chǎng)時(shí) 空結(jié)構(gòu)分析的重要工具。通過(guò)已經(jīng)發(fā)表的文獻(xiàn)分析, 對(duì)海域油氣化探綜合評(píng)價(jià)的文章很少。海域具有特殊地化條件, 即干擾少, 滲逸烴易于保存, 使海上化探能獲得比陸上化探更好的地質(zhì)效果, 但取樣條件與技術(shù)復(fù)雜, 取樣間距大, 成本相對(duì)高。因此, 解決海域取樣中的一系列技術(shù)難題, 降低成本, 提高取樣密度, 加強(qiáng)與海域其他勘探方法的有機(jī)配合與資料的互補(bǔ)性, 將是今后發(fā)展海域化探的重要途徑。本文結(jié)合多年來(lái)在海域油氣化探領(lǐng)域的工作經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn), 運(yùn)用GIS 技術(shù)、耦合數(shù)學(xué)模型, 充分利用GIS 空間分析技術(shù), 建

4、立一套具有自主產(chǎn)權(quán)的海域油氣化探綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng), 并經(jīng)過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的檢驗(yàn)與測(cè)試, 取得了一定的成果。因此, 本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn), 具有一定的理論與實(shí)際意義。76的油氣化探評(píng)價(jià)中, 將化探數(shù)據(jù)與物探數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)以及遙感數(shù)據(jù)相結(jié)合的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。從理論上講, 各種數(shù)據(jù)只是反映地質(zhì)體(如油氣藏、各種構(gòu)造、圈閉等 不同側(cè)面的性質(zhì), 因此, 只有將這些數(shù)據(jù)綜合起來(lái)分析才能全面地從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)油氣形成及垂向微運(yùn)移的機(jī)理。實(shí)踐過(guò)程中, 各種綜合評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用, 各種綜合軟件的研制, 使這種綜合分析成為可能1。中國(guó)新星石油公司化探中心于1997開(kāi)發(fā)油氣化探異常模式及現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)價(jià)系統(tǒng), 系統(tǒng)(主控系統(tǒng)及子系統(tǒng) 以Win

5、dow s 為平臺(tái), 采用VC 、VB 、VFP 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)而成, 運(yùn)行環(huán)境為硬盤(pán)大于4G 的CPU 80586以上微機(jī)。系統(tǒng)中包含油氣化探數(shù)據(jù)庫(kù)、地理底圖庫(kù), 可以從庫(kù)中隨時(shí)提取所需的有用信息或數(shù)據(jù), 具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)處理、圖形檢索、成圖等功能模塊, 各功能模塊及庫(kù)之間實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫聯(lián)結(jié)2 4。蘭州西北地質(zhì)研究所研制 COM PAK 多元油氣綜合評(píng)價(jià)技術(shù), 制定了綜合評(píng)價(jià)流程, 并進(jìn)行了軟件開(kāi)發(fā)5。在評(píng)價(jià)方法上, 前人也嘗試運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行化探評(píng)價(jià), 并取得了一定的成果。除常規(guī)方法, 如主因子得分、多指標(biāo)迭加等方法外, 模糊數(shù)學(xué)、模式識(shí)別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法也被用于多指標(biāo)綜合分析和有效地圈定、評(píng)價(jià)異

6、常。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 地理信息系統(tǒng)(GIS 以其強(qiáng)大的空間計(jì)算基金項(xiàng)目:沿海經(jīng)濟(jì)帶多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)系列圖編制(1210820508作者簡(jiǎn)介:張勇(1970! , 男, 博士, 主要研究方向?yàn)楹Ｑ蟮刭|(zhì), E mail:Rob ot_zhang263. n et: 03 16. 1 海域油氣化探軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1. 1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用構(gòu)件設(shè)計(jì)思想, 按照 總體規(guī)劃、分模塊實(shí)施 的策略, 通過(guò)數(shù)據(jù)顯示、異常編輯、評(píng)判、輸出等模塊的開(kāi)發(fā), 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能及性能需求。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中遵循了以下原則:使用性、擴(kuò)充性、標(biāo)準(zhǔn)性、安全性和以數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計(jì)原則。根據(jù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)的功能要

7、求, 設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體構(gòu)架邏輯模型(圖1 與流程圖(圖2 。 可視化分析, 結(jié)合其他的數(shù)據(jù)確定相應(yīng)構(gòu)造的油氣可能性, 獲得定量的結(jié)果。第三層是綜合評(píng)價(jià)層, 主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識(shí)別、決策分析等模塊, 對(duì)聯(lián)機(jī)分析的結(jié)果進(jìn)行分析獲得相應(yīng)的分析結(jié)果。最頂層是數(shù)據(jù)展示層, 它利用GIS 工具提供數(shù)據(jù)解釋與評(píng)價(jià)結(jié)果的圖件, 作為應(yīng)用主題的成果數(shù)據(jù)。1. 2 系統(tǒng)主要功能系統(tǒng)包括2個(gè)部分, 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)與異常評(píng)價(jià)子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要通過(guò)對(duì)原始測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析, 分析區(qū)域背景場(chǎng), 剝離背景, 圈定圖1 海域油氣化探綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)邏輯模型F ig. 1 A log ic model o f co

8、 mprehensiv e ev aluatio n sy st emfo r mar ine o il &g as geochemical ex plo ratio n海域油氣化探異常區(qū)域, 為進(jìn)行異常評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)。異常評(píng)價(jià)子系統(tǒng)是在地質(zhì)、構(gòu)造、鉆井、物探資料等基礎(chǔ)上, 運(yùn)用數(shù)學(xué)模型與GIS 等技術(shù), 對(duì)異常進(jìn)行分類、評(píng)價(jià)。1. 2. 1 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)海域油氣化探數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分為3個(gè)步驟進(jìn)行(圖3 :多變量分析、數(shù)據(jù)預(yù)處理、異常背景/異常分析。其中多變量分析部分包括聚類分析、對(duì)應(yīng)分析、因子分析、多變量趨勢(shì)面分析(M PT A 等, 其可視化成果有聚類譜系圖、因子載荷散點(diǎn)圖、RQ 對(duì)

9、應(yīng)關(guān)系圖等。數(shù)據(jù)預(yù)處理部分包括數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)分析、環(huán)境校正、9點(diǎn)圓滑等, 其可視化成果有等值線圖、數(shù)據(jù)點(diǎn)圖、直方圖等。異常背景/異常分析部分包括滑動(dòng)平均、趨勢(shì)面分析、穩(wěn)健分析、低通濾波、高通濾波等, 其可視化成果有異常等值線圖等。圖4為數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)軟件界面。圖2 海域油氣化探評(píng)價(jià)流程Fig. 2 T he flo w chart o f marine o il &gasg eo chemical explorat ion系統(tǒng)由4層組成, 由下向上依次為:數(shù)據(jù)預(yù)處理層、聯(lián)機(jī)分析處理層、綜合評(píng)價(jià)層、成果展示層。最底層是數(shù)據(jù)預(yù)處理層, 它包括油氣化探數(shù)據(jù)預(yù)處理、背景異常分析、局部異常分析、

10、局部異常, 以化探數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理獲得相應(yīng)的背景與局部異常; 第二層是數(shù)據(jù)的聯(lián)機(jī)分析處理層, 它利用 圖3 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)模塊Fig. 3 Data pro cessing mo del for marineoil &gas g eo chemical explorat ion1. 2. 2 異常評(píng)價(jià)子系統(tǒng)異常評(píng)價(jià)是從眾多變量中提取油氣化探多個(gè)側(cè) 圖4 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)界面Fig. 4 T he interface of data pro cessing fo r mar ine oil &g as geochemical ex plo ratio n評(píng)價(jià)子系統(tǒng)包括圖

11、形管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、背景場(chǎng)分析、異常背景分析、異常評(píng)價(jià)、工程管理等模塊(圖5 。主要包括以下模塊:主界面顯示控制模塊:主要完成數(shù)據(jù)的顯示、功能模塊的調(diào)用以及系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置等;主題管理模塊:包括主題的創(chuàng)建、修改、刪除;聯(lián)機(jī)分析展示模塊:聯(lián)機(jī)分析、評(píng)價(jià)打分等模塊;綜合評(píng)價(jià)模塊:包含神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(訓(xùn)練值設(shè)置、訓(xùn)練、評(píng)價(jià) 、決策分析(權(quán)值設(shè)置、評(píng)價(jià) 、模式識(shí)別(權(quán)值設(shè)置、評(píng)價(jià) 等模塊; 評(píng)價(jià)結(jié)果展示及成圖:含自動(dòng)圖元填充、成果圖的輸出和保存等主要功能等模塊;輔助圖形工具:含散點(diǎn)圖、聚類圖、等值線圖等模塊。1. 3 系統(tǒng)特點(diǎn)(1 實(shí)現(xiàn)了按照工作階段目的進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)軟件編制油氣化探勘查階段是根據(jù)油氣地質(zhì)工作程度

12、和勘查的目標(biāo)來(lái)確定的, 各階段異常的含義概括為: 建立不同級(jí)次的異常概念是非常重要的, 這對(duì)合理地獲取油氣信息、正確地解釋和應(yīng)用化探成果十分重要, 對(duì)提高化探找油氣效果無(wú)疑是有益的8。本系統(tǒng)充分體現(xiàn)這一特點(diǎn), 嚴(yán)格按照工作階段來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 從目前國(guó)內(nèi)發(fā)表的相關(guān)文章看, 本綜合評(píng)價(jià)軟件是首個(gè)按照工作階段來(lái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的。(2 充分運(yùn)用了GIS 空間分析能力, 軟件具有更加強(qiáng)大的分析功能GIS 具有可視化、直觀等特點(diǎn), 但最重要的特點(diǎn)是進(jìn)行空間分析。本軟件充分利用GIS 空間分析等功能進(jìn)行異常面積計(jì)算、異常中心計(jì)算、異常強(qiáng)度計(jì)算、異常疊置計(jì)算。針對(duì)海域化探數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)復(fù)雜、測(cè)試指標(biāo)多等特點(diǎn),

13、GIS 疊置功能可以高效地解決這一問(wèn)題。在異常分析過(guò)程中, 由于要將地震剖面與化探剖面進(jìn)行對(duì)比分析, 這樣可以更好地進(jìn)行油氣判別。GIS 剖面分析可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一功能, 本系統(tǒng)在剖面分析上很好地實(shí)現(xiàn)了這一功能。(3 系統(tǒng)耦合了多種數(shù)學(xué)模型, 針對(duì)不同海域環(huán)境具有多種選擇性海域油氣化探綜合評(píng)價(jià)具有影響因素多、非定量數(shù)據(jù)種類多等特點(diǎn)。本系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn),型, 利用數(shù)量化理論實(shí)現(xiàn)了靶區(qū)的定量評(píng)價(jià)。護(hù)性, 降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度。但是采用何種方式進(jìn)行系統(tǒng)集成, 就成為一個(gè)必須解決的問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題, 本文采用Window s 的管道技術(shù)較好地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集成, 并在本軟件的開(kāi)發(fā)中使用此技術(shù), 取得了良

14、好的效果。通常, Shell 程序中缺省狀態(tài)下有3個(gè)I/O 通道, 標(biāo)準(zhǔn)輸入(stdin 、標(biāo)準(zhǔn)輸出(stdout 、標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出(stderr 。標(biāo)準(zhǔn)輸入通常情況下為鍵盤(pán)輸入, 標(biāo)準(zhǔn)輸出與標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出通常情況下為計(jì)算機(jī)屏幕。為了實(shí)現(xiàn)主控系統(tǒng)和子系統(tǒng)的通信, 須把Shell 子系統(tǒng)的3個(gè)I/O 通道重定向?yàn)橹骺叵到y(tǒng)所建立的輸入、輸出管道。為了實(shí)現(xiàn)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I/O 管道的重定向, 在主控程序中建立新的匿名輸入、輸出管道, 并在啟動(dòng)子系統(tǒng)時(shí)將子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)I/O 管道重定向?yàn)樾陆⒌妮斎胼敵龉艿?。Net 平臺(tái)System. Di agnostics 命名空間下提供了一個(gè)Pro cess 對(duì)象類型, 通

15、過(guò)其可以實(shí)現(xiàn)其他進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用, 然后通過(guò)對(duì)目標(biāo)進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出重定向?qū)崿F(xiàn)跨進(jìn)程的系統(tǒng)通信, C#下實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下:System. Diagnostics. Process process =new System. Diagnostics. Process( ;process. StartInfo. FileName=" Dyfx. exe" /shell 程序的文件名process. StartInfo. U seShellEx ecute=false; /允許啟用輸入輸出管道重定向功能process. StartInfo. RedirectStandar dInput

16、=true; /重定向標(biāo)準(zhǔn)輸入process. StartInfo. RedirectStandardOutput =true; /重定向標(biāo)準(zhǔn)輸出圖5 海域油氣化探異常評(píng)價(jià)子系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖F ig. 5 T he model structure of t he co mpr ehensive ev aluation systemprocess. StartInfo. RedirectStandardError =true; /重定向標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出process. Start( ; /啟動(dòng)shell 程序process. StandardInput. WriteLine (this. tex t

17、Box2. Tex t+", " +this. textBox3. Tex t ;process. Standar dInput. WriteLine(" 1, 2" ; /寫(xiě)入數(shù)據(jù)process. WaitFo rExit( ; 2. 2 模式識(shí)別模型把每一個(gè)化探局部異常當(dāng)作一個(gè)模式樣品, 對(duì)于這樣的模式樣品, 可以測(cè)量或計(jì)算出m 個(gè)異常參數(shù)組成的m 維隨機(jī)變量即特征量與之對(duì)應(yīng)。由于化探局部異常所屬類型的不同, 其相應(yīng)的m 維特征量必然存在不同程度的差異。對(duì)各樣品特征空間的, , 2 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)2. 1 管道通信集成方法在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中, 采

18、用軟件工程逐步求精的思想, 把系統(tǒng)劃分為2個(gè)子系統(tǒng), 每個(gè)子系統(tǒng)完成各個(gè)具體的功能, 最后采用一種合適的方式把子系統(tǒng)有機(jī)地集成為一個(gè)完整的整體。在本系統(tǒng)中, 主控系統(tǒng)負(fù)責(zé)用戶的交互操作, 具有圖形用戶界面, 子系統(tǒng)主要是對(duì)一些算法的封裝, 并不需要復(fù)雜的用戶交互操作, 常常以Shell 程序的方式建立。系別未知模式的類型。模式識(shí)別方法按以下步驟進(jìn)行:(1 分析資料, 根據(jù)目的確定模式, 并取相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)志。(2 使用數(shù)量化理論#將非數(shù)量化標(biāo)志數(shù)量化。(3 進(jìn)行初步分類, 包括:形成標(biāo)志協(xié)方差矩陣; %求特征根和特征矢量; &計(jì)算各異常因子得分。(4 用自學(xué)模式識(shí)別分類, 即在數(shù)量化理論

19、#計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分類, 包括:建立核參數(shù), 并用Kalman 濾波估計(jì)各類核參數(shù); %構(gòu)造隸屬函數(shù), 設(shè)定決策規(guī)則, 并作出判別; &根據(jù)隸屬函數(shù)和決策規(guī)則以及設(shè)定的閾值和馬氏距離準(zhǔn)則, 對(duì)逐一輸入的樣品進(jìn)行分類。(5 對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行地質(zhì)解釋。2 湯玉平, 丁湘玉. 井中油氣化探異常模式及現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)價(jià)系統(tǒng)J . 物探化探計(jì)算技術(shù), 1997, 19(2 :158 162. T ANG Yuping, DING Xiangyu. Geochem ical anomaly patterns and a quick site evalu ation sys tem in w ell ge

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24、m ical prospecting for hydrocarbons in foreign countriesJ. Petroleum Exploration and Development, 1995, 22(2 :34 37. 8 趙克斌, 程軍, 劉祟禧. 我國(guó)油氣化探近幾年來(lái)的成果與問(wèn)題J. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 1997, 19(2 :153 157. ZH AO Kebin , CH ENG Jun, LIU Ch on gxi. Results and problems of oil/gas geochem ical ex ploration in the recent years

25、in C hina J . Petroleum Geology and Experiment, 1997, 19(2 :153 157. exploration J . Com puting T echniques forGeophys ical an d Geochemical E xploration, 2004, 26(1 :433 系統(tǒng)應(yīng)用前景本系統(tǒng)總結(jié)了相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn), 參照 石油天然氣地球化學(xué)勘查技術(shù)規(guī)范 進(jìn)行開(kāi)發(fā), 完成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海域油氣化探綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)(軟件著作權(quán)編號(hào):2008SR06025 的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā), 并在鶯歌海盆地、南黃海盆地進(jìn)行了應(yīng)用, 效果良好, 具有

26、一定的理論與實(shí)際意義。同時(shí), 在應(yīng)用過(guò)程中, 也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題, 表現(xiàn)在:模型的使用還需要更加嚴(yán)格的測(cè)試, 使模型具有更加廣泛的應(yīng)用; 系統(tǒng)人工智能還需要進(jìn)一步改進(jìn); 應(yīng)該充分發(fā)揮GIS 的空間分析功能, 充分運(yùn)用格網(wǎng)化進(jìn)行計(jì)算。參考文獻(xiàn)(References1 裴韜. 油氣化探數(shù)據(jù)處理發(fā)展趨勢(shì)J . 天然氣地球科學(xué), 1998(3 :30 34. PE I T ao. T he development of oil an d gas geochemical exploration data pr oces sing J . Natural Gas Geoscience, 1998(3 :30

27、 34. 148 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì) 2010 年 AN EVALUATION SYSTEM FOR OFFSHORE OIL & GAS GEOCHEMICAL SURVEY ZH ANG Yong 1, 2 , XIAO Guo lin 1, 2 , H E Yong jun1, 2 , GUO Jiashu3 ( 1 The Key Laboratory of Marine Hydrocarbon R esources and Environment G eology, M inist ry of Land and Resources, Q ingdao 266071, China; 2 Q ingdao Inst it ut e of M arine G eol ogy, M inis t ry of Lan