复杂地表条件下地球物理场数值模拟方法评述

在将起伏地表、复杂近地表构造以及复杂近地表岩性的任意组合统称为复杂地表的一种广义诠释下，分别对近地表岩层或土层的数学物理模型以及对地震波场、电磁波场、稳定电流场、重力场和磁力场在复杂地表条件下的数值模拟方法进行了分析和评述。结果表明，近地表数学物理模型并不是越复杂越好。实践中，要根据计算量以及所要解决的地质问题综合考虑。目前所用到的诸多数值模拟方法，如有限差分法、有限单元法、广义有限差分法、伪谱法、积分方程法和射线法等各有千秋，只要应用得当都能得到正确的结果。作为非网格法代表的积分方程法在对复杂地表和模型内边界的精确描述方面要优于以有限差分法为代表的网格法，而网格法在对模型的适应程度上要优于非网格法。传统的几何射线法在经过一定的修改和补充后，例如加入自由界面转换系数、采用几何绕射理论和Maslov方法，即可用于解决复杂地表条件下的波场数值模拟问题。对于重力场和磁力场，其在起伏地表条件下的空间换算（转换）问题在实质上也是一种正演问题，可纳入到复杂地表数值模拟的框架内去理解和处理。虽然国内外的研究者在复杂地表数值模拟领域内已经做了大量的工作，但离实际应用还有很大的距离。     

西昆仑山前巨厚黄土区层析静校正深化应用及效果分析

塔西南西昆仑山前带油气资源丰富,是近年塔里油田分公司地震勘探主攻区之一。然而,长期以来,由于受西昆仑山前复杂地表地下的地震地质条件影响,该区地震资料成像效果较差,难以满足地质勘探需要。在众多影响地震资料成像效果的因素中,西昆仑山前普遍存在的巨厚黄土及剧烈的地表起伏使得该区静校正问题尤为突出,为后期去噪、速度分析和偏移成像处理带来不利影响,是导致该区地震资料成像较差的主要原因之一。这里基于波动方程正演模拟结合地震勘探实践,分析了西昆仑山前带静校正问题产生的主要原因,从而有针对性地提出了以层析静校正为主的综合静校正方法,达到了精细刻画巨厚黄土层复杂近地表结构的目的。     

井～地充电法地表电位分布正演数值模拟研究

这里模拟井～地充电法野外实测的模型,通过对三个不同模型的正演模拟研究,分别讨论了异常体的动态变化对地表电位的影响,延长异常体对地表电位的影响,以及异常体埋深变化对地表电位的影响。研究地下低阻地质体在地表电位异常的分布特征,并就井～地充电法用于监测油田开发中的注水推进问题,进行了理论模拟研究。对模拟资料进行了正演定性解释,讨论了地表电位相对于背景场产生的电位差峰值的变化,以及油田注水推进不同时间段地表电位在地表产生的影响。本次正演模拟资料可以用于推断注水推进的位置,流体的走向以及产状,对以后油田注水推进有很大的帮助。     

基于贴体全交错网格的起伏地表正演模拟影响因素

贴体网格有限差分正演模拟算法不仅能够精确模拟任意起伏地形下的波场特征,且计算效率较高,是一种很有应用前景的处理西部复杂地表问题的方法;然而,目前求解波动方程时常用的同位网格和标准交错网格,在处理贴体网格起伏地表正演模拟时存在诸多问题。为此,将全交错网格引入到曲线坐标系下,避免了标准交错网格的插值误差和同位网格中奇偶失联引起的高频振荡现象,提高了模拟精度,减小了算法实现的复杂度。在自由边界条件实施时,采用牵引力镜像法计算速度分量,速度自由边界条件配合紧致交错差分格式更新应力分量,得到了较好的效果。随后,重点研究了贴体全交错网格正演模拟算法的影响因素,考虑了网格正交性、网格间距和网格拼接等的影响,并取得了如下认识：算法对网格的正交性没有过分要求;网格间距的突变会引起虚假反射的产生;不同类型的网格拼接对模拟结果不会造成明显的影响。     

地质条件复杂地区瑞雷波勘探正演模拟

为研究复杂地质条件对瑞雷面波频散曲线的影响,采用有限差分地震数值模拟方法,对3种模型进行正演模拟,得出了某一时刻的波场快照与单炮记录。对模拟记录进行频散分析的结果表明:单层均匀介质没有频散现象;起伏地表两层均匀介质的频散曲线相速度只和介质本身的参数有关,不受地形的影响;水平地表含软夹层介质中,瑞雷波频散现象非常明显。      

基于快速多极子间接边界元法的城市区域沉积盆地三维地震响应宽频模拟

针对城市区域沉积盆地三维地震动模拟问题,发挥边界元法处理无限域波动问题的独特优势和快速多极算法(FMM)处理大规模问题的特性,形成适用于宽频、高自由度模型的快速多极子间接边界元法(FMM-IBEM)。通过精度对比和效率验证发现,FMM-IBEM可精确高效地实现三维复杂场地地震动宽频模拟,同时大幅度降低存储量和计算量。采用该方法对某含起伏基岩面的三维复杂形状沉积盆地进行频域和时域分析,结果表明:入射频率、盆地形状和盆地内部的位置点对沉积盆地地表位移放大作用均有不同程度的影响;总体上低频域的放大作用高于高频域;频谱曲线呈现多个共振频段;沉积盆地中部和边缘处地表位移放大效应差别显著。重要工程选址宜避开沉积盆地中地震能量积聚区域。     

复杂地表起伏多重变加密网格有限差分法波动方程数值模拟

常规变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法采用水平分层加密网格,该网格剖分策略在适应地形起伏和近地表速度结构变化特征方面效果较差。针对该问题,提出一种起伏多重变加密网格有限差分波动方程数值模拟方法。该方法根据地形起伏和近地表低速层到高速层的速度分布特征进行网格加密;采用不同网格中的变系数差分格式离散声波方程,在保证波场模拟精度的同时兼顾计算效率;同时,为了进一步保障地表附近波场模拟的精度,地表附近最细网格中的差分格式不做降阶处理,针对位于地表以上的虚像点的波场值,提出一种融入自由地表边界条件的法向虚像外推法。算例分析验证该算法对速度模型不同区域进行的网格多次加密显著提高了计算效率,以黄土塬实际模型为例,耗时为常规1 m×1 m网格耗时的43.3%,并可达到和细网格基本一致的模拟精度,模拟误差控制在10^-12范围内,同时表现出很好的近地表散射压制和边界吸收效果,且算法能稳定地适应实际复杂地表介质。     

有限元重力任意复杂地形校正方法研究

提出了一种有限元重力任意复杂地形的校正方法,以解决重力勘探中地形改正问题。利用改进的有限元地形体正演模拟算法,计算任意地形条件下地下密度异常体在地表所引起的重力响应。研究结果表明,在任意复杂地形影响下,经过有限元地形校正后,重力响应曲线可更加直观地反映出地下密度异常体赋存状态,与模型设置相符,表明了该方法的有效性。     

2.5维起伏地表条件下坐标变换法直流电场数值模拟

研究起伏地表对视电阻率分布的影响是进行地形校正的基础。由于很难处理不规则边界,计算简洁且效率高的有限差分方法很少用于解决起伏地表问题。为了解决该问题,引入曲化平思想,实现了一种基于坐标变换法的起伏地表条件下的直流电场数值模拟方法。方法从传统的2.5维基本方程及边界条件出发,通过坐标变换将起伏地表问题转化为水平地表问题,并利用有限差分法求解水平地表问题,最后再通过坐标映射得到起伏地表条件下的电位和视电阻率分布。精度分析及计算实例表明：本方法实现简洁,计算误差主要集中在震源附近,整个计算区域内的平均相对误差为1.39%,计算结果满足起伏地表条件下的电位和视电阻率的分布规律。     

层析静校正方法研究与应用

在资源勘探中,由于煤田目的层埋深较浅,地表的起伏引起的静校正量对于煤田勘探影响较为严重;而且煤田勘探主要是寻找断层、陷落柱等小构造,这就对静校正提出了更高的要求。因此,针对煤田勘探复杂地表的静校正问题显得尤为重要。通过对模型正演记录和实际资料进行层析静校正量计算,有效地消除了复杂地表的影响,得到了较高质量的叠加剖面。     

储层地质建模的现状与展望

储层地质建模对于科学的油藏评价、油藏开发管理以及三维油藏数值模拟具有很大的意义。目前已有的建模算法和商业软件可满足地质特征三维分布的图形要求,并可进行初步的井间预测,但预测精度有待于进一步提高。简要介绍了各种建模方法研究现状,分析了已有算法中亟需改进的问题,并从建模算法的改进、原型模型的丰富、地震信息的整合以及加强地质约束等方面论述了储层地质建模的发展前景。     

成矿预测:从二维到三维

随着矿产资源勘探方法以及计算机科学技术的不断发展,成矿预测的理论和方法已从定性发展至定量,从二维拓展到三维。近十年来,随着深部矿产资源勘探工作的推进,三维成矿预测研究得到了迅猛发展,相关理论与方法也已逐步走向成熟。本文总结了国内外二维成矿预测研究的现状,同时对近十年来国内外学者在三维地质建模技术、三维成矿预测方法等方面的主要成果和进展做了系统总结和分析。目前,国内外多个地区已相继开展了三维成矿预测工作,并成功圈定多个深部找矿靶区,相关成果为深部找矿勘探工作提供了新的方法和方向。在此基础上,本文对未来三维成矿预测的发展趋势进行展望,相较于传统的二维成矿预测,三维成矿预测往往受限于三维预测信息的缺乏。如何更好的挖掘二维数据在深度方向的指示能力,将二维数据推演至三维环境,利用数值模拟、机器学习等方法开展数据挖掘、充分发挥已有数据的内蕴信息将在未来推动三维成矿预测理论的深入发展,提高三维成矿预测的理论方法及应用实践水平。     

裂缝性储集层表征及建模方法研究进展

从目前裂缝性储层表征及建模研究现状入手,结合自身实践,详细介绍了裂缝性储层表征及建模研究中的各种方 法,分析了每种方法的优缺点。裂缝表征中主要使用的方法包括：野外露头分析法、岩心分析法、测井分析法、地震预测 分析法、动态响应分析法、岩石力学分析法。裂缝建模中主要使用离散裂缝网格模型和等效连续模型两种方法。其中,重 点介绍了分形理论在野外火山岩露头裂缝分析中的应用、数字岩心技术在微观裂缝表征中的应用、各种最新的地球物理及 岩石力学表征和预测裂缝的方法、动态裂缝在裂缝性油藏开发的作用、近年来国外学者所倡导的裂缝地层学理论、非常规 储层中的裂缝表征,以及上述两种裂缝地质建模方法。在此基础上,讨论了裂缝性储层表征及建模中存在的问题,最终指 出了该项研究未来发展的趋势。     

不同特征矿体的三维建模方法研究

介绍了目前常用的三维矿体建模方法,结合各种构模方法的特点和不同矿床类型的矿体特点,建立了两者之间的对应性。以3个典型的矿床类型为例,分析了各自适用的建模方法。结果表明,通过对矿体特征的分类以及建模方法的适应性评价,可为矿体的实际建模工作提供参考,更准确、有效地建立矿体的三维模型。     

多点地质统计学建模研究进展

从精细油藏描述中地质建模的意义和现状入手,介绍了多点地质统计学建模研究现状及其与传统地质建模方法的差 异。以辽河盆地西部凹陷某蒸汽驱试验区为例,分析了多点地质统计学建模中建模的基础、训练图像的建立、多点地质统计学 建模与传统地质建模相比所具有的优势等内容。指出多点地质统计学在井间预测方面具有明显优于其他传统建模方法的特 点。在文献调研基础上,结合自身工作实践,探讨了多点地质统计学建模目前存在的问题和未来的发展方向。指出未来多点 地质统计学建模的发展方向主要包括多信息综合地质成因分析基础上的训练图像获取、多点地质统计学算法进行改进和完善 和多点地质统计学建模方法应用领域的扩大等。     

异源点集下三维断层建模方法

用于断层建模的异源点集,因其具有不同特征而影响到建模途径和方法。以三维断层模型的3D GIS应用为目标,分析了原始地质观测点集、钻孔点集、剖面点集和平面点集的信息构成特征,提出了异源点集下三维断层数据模型的构建方法和流程。原始地质观测点集和钻孔点集间接表达了断层的空间特征,通过空间平面、曲面和曲线构建了断层面、地层面和断层交线的数学模型,并借助于连续模型的离散化,实现了独立断层建模点集的重建;剖面点集和平面点集可直接用于断层建模。以双TIN面模型为例阐述了断层三维模型的构建方法。      

多点地质统计学建模中训练图像建立方法综述

多点地质统计学建模是近年来储层建模技术的研究热点,其实用性受到训练图像的限制。训练图像的质量决定了多点地质统计学建模的精度和可靠程度,是多点地质统计学建模成功的关键因素。文章阐述了训练图像的特征和意义,从方法的定义、使用情况、实例等方面系统介绍了训练图像建立的方法,包括手工绘制、基于目标模拟、三维地震信息提取或转化、基于原型模型、基于过程模拟和二维图像方法,综合对比了不同训练图像建立方法的数据来源、优势与不足,探讨了多点地质统计学建模依赖训练图像存在的问题。结合文献调研和多点地质统计学建模实践,指出了训练图像及其建立方法的发展方向,为多点地质统计学建模研究者和使用者提供借鉴,为完善多点地质统计学建模方法提供思考。     

地质构造变形数值模拟研究的原理、方法及相关进展

地质构造变形数值模拟实验研究是遵循自然科学规律,依据数学、物理学、化学等学科中已为人们认识的规律为原理;依靠计算机先进的综合处理系统;以固体地球科学资料为基础所构建的地质模型为实验研究本体。因而,地质构造变形数值模拟是采用数学物理方法对相关地质学问题的科学描述,并采用理论分析和数值模拟实验方法,对所描述的相关地质学过程进行定量化求解。由于数值模拟可以综合利用其它学科的研究成果,建立和模拟不受时空限制的各种地质模型,为定量化地解决一些复杂的地质学问题,提供有效的分析工具,已经引起了国内外地学界的重视和深入研究。数值模拟实验研究方法的发展,将极大地促进我国地学界从采用了多年的传统的描述性研究方法向科学的定量化研究方法的转变。     

现代新技术新方法与工程地质

本文阐述了瓣技术，新方法应用于工程地质研究取得的进展，内容涉及原位测试技术，数值模拟技术，物理模拟技术和物探测技术，这些方面的研究推动了工程地质学的发展。     

地质构造三维可视化模型探讨

地质构造的三维可视化技术包括数学建模和可视化显示两方面。建立地质构造三维可视化模型的典型方法包括三维规则网格法、TIN表面法、四面体法以及综合法。针对地质构造模型中断层处理的特殊性，提出了基于TIN表面法的局部法和整体法两种处理技术。将地质构造三维模型的可视性归纳为5种方式。