地质统计学与变差函数

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地质统计学.

地质统计学.

2、统计概率
频率:设随机事件A,在次试验中发生m次,其比值m/n称为随机事件A 的频率
显然 当重复试验的次数充分大时,随机事件A的频率(A)常常稳定在 一个确定的数字附近,这就是概率。
概率:在一定的相同条件下,重复作n次试验中发生了m次,当n充分大 时,随机事件A的频率m/n稳定在某一数字P附近,称数值P为该随机事件 的概率。 记为 P(A)=P
3、经典概率统计学所研究的变量原则上都是可以无限次重复试验或大量观 察的,但地质变量则不行。因为一旦在矿体某处取一样品后,严格说来, 就不可能在同一地方再次取到样品了。
4、经典统计学一般要求每次抽取样品必须是独立进行的,但地质变量在两 个相邻样品中的值就不见得一独立的,往往有某种成都的相关性。
地质统计学的优点
4、随机模拟
随机模拟是从一个随机函数(RF)模型中提取多个等 概率的所有随机变量(RV)的联合实现。 在随机模拟中,研究的内容包括随机模拟的定义及 其与插值的区别,随机模拟的基本原理,随机模拟 的分类,典型的随机模拟方法及其计算机实现。
本课程还将介绍地质统计学在储层建模中的应用 包括资料的准备建模的步骤,成果的显示等。
第二章 预备知识
一、概率论基础 二、随机变量及其概率分布 三、随机变量的数字特征 四、统计推断基础
一、概率论基础
1、随机事件 概率论是研究自然界偶然现象的科学,在概率论中把
偶然现象称为随机现象。 在自然界,介于“必然事件”和“偶然事件”之间的
即是“随机事件”。这类事件的特征是在一定条件下可 能发生,也可能不发生,或者在一定条件下有多个可能 发生的结果,而其结果事先不能预测。
3、不但可以进行样品的整体估计,最重要的是可以进行样品的局部估计
4、应用地质统计学方法得到的地质变量的精度比传统方法要精确,可以避 免系统误差。

第四、五讲 地质统计学理论基础

第四、五讲 地质统计学理论基础

当空间一点x固定之后,Z(x)(表示x点处的矿石 品位)就是一个随机变量,体现了其随机性。
在空间两个不同点x及x+h(此处h也是个三维向量
(hu,hv,hw)。它的模
h
h h h 2 2 2
u
v
w
表示x点与(x+h)点
的距离)处的品位Z(x)与Z(x+h)具有某种程度的
相关性,这就体现了其结构性的一面。
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区域化变量的属性
• 1、空间局限性 • 2、连续性 • 3、异向性 • 4、相关性 • 5、叠加性
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1、空间局限性
区域化变量被限制 于一定的空间,该 区间称为区域化变 量的几何域。例如, 矿体的范围,油藏 的范围,断块的范 围等都可以看成是 区域化变量的几何 域。
Z(xi)
Z(xk) Z(xj)
第三章 区域化变量与变差函数
区域化变量及其基本特征 变差函数的定义 变差函数曲线 变差函数的理论模型 变差函数的结构分析
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第一节 区域化变量
区域化变量(Regionalized Variable) 是地质统计学研究的对象,它是一种在空
间上具有数值的实函数(G Matheron),也就 是说,它在空间的每一个点取一个确定的数 值,即当由一个点移到下一个点时,函数值 是变化的
2 (x, h) Var[Z(x) Z(x h)]
E[Z (x) Z (x h)]2 {E[Z (x)] E[Z(x h)]}2
Z(x1)
观测前是一个随机场,
Z(x2)Z(x7) NhomakorabeaZ(x3) Z(x6) Z(x8)
依赖于坐标(xu,xv,xw)
Z(x4) Z(x5)

地质统计学中变差函数参数估计的新方法

地质统计学中变差函数参数估计的新方法

本文1997年11月收到,张启芳编辑。

3本研究得到“九五”攻关课题(95-B02-02-02)资助。

地质统计学中变差函数参数估计的新方法3 黄诗峰 金菊良 段进军 文玉明(中国科学院地理研究所・北京・100101) (河海大学・南京・210098) (中国科学院地理研究所・北京・100101) 遗传算法是一种模拟生物进化规律的全局优化算法。

对传统的遗传算法进行改进,并应用于地质统计学变差函数参数估计中。

实例分析表明,该方法简便、通用,具有较高拟合精度,是非线性、不连续可微模型参数估计的方法。

关键词 地质统计学 变差函数 遗传算法 参数估计 地质统计学已广泛应用于空间分布数据的空间结构性和随机性分析及其最优线性无偏内插估计之中,在地质、地球化学领域得到大力推广[1],现也引起地球信息科学研究者的注意[2,3]。

变差函数(Var 2iogram )是地质统计学基本工具,其定义为:r (h )=12E [z (χ)-z (χ,h )]2(1) 式中,h 为距离滞后,或称步长,E 表示数学期望,z (x )为在位置x 处的变量值,z (x ,h )为在位置x 偏离h 处的变量值。

由于采样点往往是离散的,上式被改写为:r (h )=12N (h )∑N (h )i =1[z (χi )-z (χi +h )]2 (2)称为实验变差函数,式中,N (h )是距离等于h 的点对数,z (x i )为处于点x i 处变量实测值,z (x i +h )为与点x i 偏离h 处变量的实测值。

随着步长h 的变化可计算出一系列的变差函数值。

以h 为横坐标,r (h )为纵坐标作图,得到实验变差函数曲线。

变差函数理论模型有球状模型、指数模型、高斯模型、幂函数模型、对数函数模型、纯块金效应和空穴效应模型等。

其中球状模型应用最为广泛,大多数情况下可用球状模型进行拟合。

对于变异性很大的空间变量,其变差函数还常需采用多个模型进行套合模拟,如二级套合球状模型。

地质统计学(5)_变差函数及结构分析cjg2011

地质统计学(5)_变差函数及结构分析cjg2011

证:性质④
Ck’k(-h) =E[Zk’(x-h)Zk(x)]-mk’mk 令:y=x-h, 则x=y+h 代入上式得: Ck’k(-h) =E[Zk(y+h)Zk’(y)]-mk’mk= Ckk’(h) 因E[Zk(y+h)Zk’(y)]不一定等于E[Zk’(y+h)Zk(y)] ,故Ckk’(h)不一定等于 Ck’k(h) ,即交叉协方差函数Ckk’(h)对h和(-h)无对称性,这是较特殊的情 况。 因此,在两个变量出现迟后效应时,应采用交叉协方差函数进行研究。
证:性质⑤
2 k k (h ) = zk (x + h ) - z k (x )zk (x + h ) - zk (x )
= zk (x + h ) - mk - z k (x ) - mk zk (x + h ) - mk - z k (x ) - mk = zk (x + h ) - mk z k (x + h ) - mk - z k (x + h ) - mk z k (x ) - mk = zk (x + h )z k (x + h ) - mk mk - z k (x + h )z k ( x ) - mk mk = Ck k (0) - Ck k (h ) - Ckk (h ) + Ckk (0) = 2Ck k (0) - Ck k (h ) + Ckk (0) - zk ( x + h )z k (x ) - mk mk + z k (x )zk (x ) - mk mk - z k (x ) - mk z k (x + h ) - mk + z k (x + h ) - mk z k (x ) - mk

地质统计学原理

地质统计学原理

地质统计学原理
1 变差函数(Variogram)基础
变差函数是用来描述油藏属性空间变化的一种方法,可以定量的描述区域化变量的空间相关项。

变差函数的原理是空间上相近的样品之间的相关性强,而相距较远的样品之间的相关性较小,当超过一个最小相关性时,距离的影响就不大了。

这种空间上的相关性是各向异性的,因此需要从不同方向上描述某个属性的变差函数。

通过从输入数据中得到变差函数,在属性模型中利用变差函数建模,从而可以在最终模型中体现出实验数据的空间相关性。

1.1 变差函数原理与数据分析
1.1.1 变差函数的原理
变差函数图即变差函数与滞后距(空间的距离)的关系图。

计算方法是:对一组滞后距相近的数据,计算这组数据的变差,最后做出不同滞后距的变差曲线。

Sample variogram
从一组实验样本数据中计算结果。

Variogram model
根据理论变差函数模型拟合的结果。

Transition
曲线类型。

常用的变差函数类型有指数型、球状模型、高斯模型。

Plateau
在变差函数曲线上,随着横坐标距离的增加,纵坐标变差值不再增加,即为Plateau。

Range
变程:当曲线达到高台水平段(Plateau)时的距离。

变程范围之内,数据具有相关性,变程范围之外,数据之间互不相关,即变程之外的观测值不对估计结果产生影响。

1。

变差函数的概念与计算分析

变差函数的概念与计算分析

变差函数的概念与计算谷跃民编写在地质统计学随机模拟工作中,统计归纳区域变量的分布和变差函数,是用好随机模拟技术最关键的两项工作,其中区域变量分布统计比较容易理解,变差函数计算过程相对复杂,影响了解释人员对它的直观理解,为了使解释生产人员快速了解变差函数,准确使用相关工具软件,并能依据现有的资料和对工区地质情况的先验信息,统计归纳出合乎实际的变差函数,作者在学习相关知识的基础上,对学习材料进行了初步总结,试图用通俗的方式,对变差函数的概念和统计归纳方法与大家共同进行探讨。

一、变差函数的基本概念在地质统计学中,变差函数是最基本与最重要的模拟工具,它用于描述数据值的空间互相关,数据点在空间上相距越远,相关性就变得越小,变差函数就是模拟这种现象的数学函数,通常用一张图来展示,用X轴表示滞后距离,用Y轴表示方差,可以从区域变量抽取的样本值中计算归纳出来,见图1,它通过变程来反映变量的影响范围,V(h)为变差函数值,Lag(h)为滞后距。

变差函数可以用四个参数来描述:1、变差函数类型:决定了随着滞图1 变差函数图示后距的增加变差(方差)变化的快慢,在JASON STATMOD MC中,使用GAUSSIAN和EXPONENTIAL曲线类型;2、变程a:指的是在超过这个距离后,数据点之间就不再有明显的相关性,也称作影响距离;3、块金效应C0:表示在距离为0时的方差值,用来表示相距很近的两点的样品变化情况;4、先验方差:Sill=C+C0也叫基台值,它反映变量的变化幅度。

二、变差函数的估算与拟合1、变差函数的计算公式与估算变差函数的定义是:区域化变量Z(x)和Z(x+h)两点之差的方差之半,定义为Z(x)的变差函数,数学定义如下:h为滞后距。

如果有了区域化变量Z(x)的一部分采样,就可以估算该区域化变量的Z(x)变差函数,具体计算公式如下:i为样本序号。

2、变差函数的估算示例为了能更直观、更深刻地体会它的具体意义,下面举两个计算实例,各具体计算两个变差函数值,通过具体计算过程,就会知道什么样的资料可以满足变差函数估算的要求,具体在资料条件会出现怎样的异常,这两个实例分别为两种区域变量类型,一个是垂向区域变量类型,可以理解为井曲线等,一个是平面区域变量类型,可以理解为孔隙度平面变化等。

地质统计学与随机建模原理2-变差函数

地质统计学与随机建模原理2-变差函数


m
m
,不存在
但:zx zx h y y 0 0 ,存在且为0
1) 二阶平稳假设的第二个条件可以推出本征假设条件之二 在二阶平稳假设满足时:
2 h zx zx h zx
2
由二阶平稳假设条件之二 Varz x =C(0),x ,当h=o
2Hale Waihona Puke D2 Z x 或 varZ x
2
D2 Z x VarZ x EZ x EZ x
2
2. 变差函数与变差图
假设空间点x只在一维的x轴上变化,我们把区域化变量Z(x)在x ,x+h两点处的值之差的方差之半定义为Z(x)在x 轴方向上的变差函数 ,记为r (x,h),即:
第二章 地质统计学理论基础
第一节 区域化变量的理论
一、随机场与区域化变量
1.定义:以空间点x的三个直角坐标xu, x v, xw为自变量的随机场
Z(xu,xv,xw)=Z(x)称为一个区域化变量。
[区域化变量具有两重性]:
观测前,将Z(x)看作随机场;观测后,将Z(x)看作一个普通的三元
实值函数。即空间点函数,一次观测后,就得到它的一个实现Z(x)。
二阶矩且平稳就够了。→ 二阶平稳(弱平稳)。
② 二阶平稳假设
满足下列两个条件 1)整个研究区内,Z(x)的数学期望存在,且等于常 数,
zx m(常数),x
2)整个研究区内,Z(x)的协方差函数存在且平稳( 即只依赖于滞后h,而与x无关)
Covzx , zx h zx zx h zx zx h zx zx h m2 ch, x, h
如一维随机游走:
1 xi 1 Z n xi

地质统计学(3)_实验变差函数的计算cjg2011

地质统计学(3)_实验变差函数的计算cjg2011

1 2 v
2
1 C y t dydt 2 v v
2 —
C y tdydt
v
— —
2 v2
C y ydydy
v
C (V ,V ) C (v, v) 2 C (V , v)
以变差函数*表示为:
— — — C (0) (V ,V ) C (0) (v, v) 2C (0) (V , v) 2
n
Z v m cv, v
2



2
n 1 n 1 x z x i m z j m n j 1 n i 1
x z

1 n i 1 1 n n i 1
Cov xi , z x j z j 1 C xi x j cv, v j 1
n

1 n 1 Cov[ z y , z xi ]dy n i 1 v 1 n 1 Cov y xi dy cv, v n i 1 v
2 (V , v) (V ,V ) (v, v)
2 E



若v是n 个中心点 xi’ (i=1,2,…,n)的钻孔岩心的点集,则:
1 n z z xi n i 1

n
上述 公式仍然成立。
2
1 事实上: ( z ) z xi m ,而 E(Zv)=m
2 i V , xi V ,V i j xi x j
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Geostatistical methods are optimal when data are - normally distributed and - stationary (mean and variance do not vary significantly in space) Significant deviations from normality and stationarity can cause problems, so it is always best to begin by looking at a histogram or similar plot to check for normality and a posting of the data values in space to check for significant trends. The posting above shows some hint of a SW-NE trend, which we will check later.
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Exploratory Analysis of Example Data Our example data consist of vertically averaged porosity values, in percent, in Zone A of the Big Bean Field (fictitious, but based on data from a real field). Porosity values are available from 85 wells distributed throughout the field, which is approximately 20 km in east-west extent and 16 km north-south. The porosities range from 12% to 17%. Here are the data values posted at the well locations:
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Spatial Covariance, Correlation and Semivariance You have already learned that covariance and correlation are measures of the similarity between two different variables. To extend these to measures of spatial similarity, consider a scatterplot where the data pairs represent measurements of the same variable made some distance apart from each other. The separation distance is usually referred to as “lag”, as used in time series analysis. We’ll refer to the values plotted on the vertical axis as the lagged variable, although the decision as to which axis represents the lagged values is somewhat arbitrary. Here is a scatterplot of porosity values at wells separated by a nominal lag of 1000 m:
C.V. Deutsch, 2002, Geostatistical Reservoir Modeling, Oxford University Press, 376 pages. o Focuses specifically on modeling of facies, porosity, and permeability for reservoir simulation. C.V. Deutsch and A.G. Journel, 1998, GSLIB: Geostatistical Software Library and User's Guide, Second Edition, Oxford University Press, 369 pages. o Owner's manual for the GSLIB software library; serves as a standard reference for concepts and terminology. P. Goovaerts, 1997, Geostatistics for Natural Resources Evaluation, Oxford University Press, 483 pages. o A nice introduction with examples focused on an environmental chemistry dataset; includes more advanced topics like factorial kriging. E.H. Isaaks and R.M. Srivastava, 1989, An Introduction to Applied Geostatistics, Oxford University Press, 561 pages. o Probably the best introductory geostatistics textbook; intuitive development of concepts from first principles with clear examples at every step. P.K. Kitanidis, 1997, Introduction to Geostatistics: Applications in Hydrogeology, Cambridge University Press, 249 pages. o A somewhat different take, with a focus on generalized covariance functions; includes discussion of geostatistical inversion of (groundwater) flow models. M. Kelkar and G. Perez, 2002, Applied Geostatistics for Reservoir Characterization, Society of Petroleum Engineers Inc., 264 pages. o Covers much the same territory as Deutsch's 2002 book; jam-packed with figures illustrating concepts. R.A. Olea, 1999, Geostatistics for Engineers and Earth Scientists, Kluwer Academic Publishers, 303 pages. o Step by step mathematical development of key concepts, with clearly documented numerical examples.
Some spatially autocorrelated parameters of interest to reservoir engineers: facies, reservoir thickness, porosity, permeability
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Some Geostatistics Textbooks
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Looking at the histogram (with a normal density superimposed) and a normal quantile-quantile plot shows that the porosity distribution does not deviate too severely from normality:
Links to some software and online resources are available at /~gbohling/geostats
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Basic Components of Geostatistics (Semi)variogram analysis – characterization of spatial correlation Kriging – optimal interpolation; generates best linear unbiased estimate at each location; employs semivariogram model Stochastic simulation – generation of multiple equiprobable images of the variable; also employs semivariogram model
INTRODUCTION TO GEOSTATISTICS And VARIOGRAM ANALYSIS
C&PE 940, 17 October 2005
Geoff Bohling Assistant Scientist Kansas Geological Survey geoff@ 864-2093
Geostatistical routines are implemented in the major reservoir modeling packages like Petrel and Roxar’s Irap RMS; used in the generation of grids of facies, permeability, porosity, etc. for the reservoir.
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