基于分形理论的地裂缝成因机制研究.

依据分形理论分析了清徐境内交城断裂带、地裂缝以及地貌的分形结构特征.同时根据分析结果讨论了地裂缝、断裂以及地貌之间的内在联系,并对清徐地裂缝的成因机制进行了研究.     

地震资料多重分形裂缝检测技术方法

在讨论了多重分形理论后,结合地震多重分形的存在性、可行性等问题的分析,针对灰岩裂缝带地震记录特征,研究了适于研究区灰岩裂缝地震多重分形检测方法.在所研究方法中,针对以往地震记录离差、求和、极值等分形测度存在的问题,设计了能够揭示地震变化的全信息分形测度刻划方法.同时对窗口函数的选取、配分函数计算中的幂次的选择及拟合计算问题进行了讨论.在理论模型验证方法正确合理性的基础上,研究了实际资料的应用.应用结果表明:1)多重分形计算结果是保幅的,并且能够揭示地震振幅异常信息;2)对较小断层甚至是裂缝带在相干体等一般技术方法不能识别这一问题上,得到了较好地解决,并通过多口井资料证实了所解决问题的有效性和效果.     

分形与混沌理论在地震学中的应用与探讨

分形与混沌理论的研究与发展，揭示了自然界中一大类无规几何形体物理过程的内在规律性及其动力演化过程的内在随机性。这给我们探索自然界中分形客体的几何形态及其与内部物理本质的关系提供了一条暂新的途径。特别是这一理论给我们探讨地震问题，例如：探讨地震活动时空分布的确定性图像、地震演化过程的动力学行为、临界特征以及未来大地震的发生等问题，带来了某些希望。本文较详细地综述了近年来分形与混沌理论在地震学中的应用研究。全文共分５部分。第１部分是孕震过程的一般概述。第２部分描述单分形与多分形在地震学中的某些应用．文中第３部分介绍了混沌动力学中的某些研究在测震学与模型中的应用。第４部分综述了自组织临界现象和闪变噪声的研究．最后，第５部分是分形理论与混沌动力学在地球科学中的应用前景与展望．     

模拟井中油气水三相泡状流流型的分形与混沌特征

应用分形及混沌理论,对油气水三相流模拟装置中采集的油气水三相泡状流混合密度波动信号进行了表征,提取的分形维数及混沌吸引子相关维分别在1.1-1.282及4.13-5.87之间.对分相含率(含水率、含气率、含油率)相同而总流速不同的情况,其分形维数及混沌吸引子相关维随总流速呈现相同的变化趋势,从功率谱特征曲线的波动程度上也验证了分形维数及混沌吸引子相关维随总流速变化趋势的正确性.另外,还对混合密度时间序列波动信号提取了最大Lyapunov指数,证明了垂直上升管中油气水三相泡状流是-混沌系统.     

随机动力系统最优控制准则研究

根据线性二次最优控制理论,给出了系统随机最优控制的控制律一般形式。从目标控制量的物理意义出发,提出了基于系统概率密度演化分析的最优控制准则,建立了递阶层次的演化过程控制准则类。以线性单自由度体系随机地震反应最优控制为例,分析了各控制准则类的权矩阵参数优化结果,并根据最优控制律进行了系统随机最优控制研究。结果表明,本文提出的系统随机最优控制的控制律确定方法可以对系统性态进行有效的控制。     

电成像测井储层非均质性评价方法在川东北G地区FC段地层的应用

岩心、成像测井资料表明川东北G地区FC段碳酸盐岩储层溶孔、裂缝发育,非均质性较强.根据溶孔、裂缝的发育程度与分布特征,可划分为6种典型储层类型.因此,有效评价储层非均质、划分储层类型是该区油气勘探与开发工作的关键.电成像测井资料能通过定性识别孔洞与裂缝对储层非均质性进行定性评价,但是由于缺乏能综合表征溶孔、裂缝等特征的定量参数,使得电成像测井资料对储层非均质性的定量表征存在问题.为此,基于分形理论,提出一种电成像测井定量评价方法,即计算电成像测井图像的分形维数来定量描述储层非均质性.储层类型与分形维数相关分析表明,分析维数可综合表征储层溶孔、裂缝,评价储层非均质性.应用实例表明,基于电成像测井分形维数的非均质性表征与储层类型划分应用效果较好,推动了该区的油气勘探与开发工作.     

工程结构能量系统中地震损耗能量的分形与混沌规律

旨在探讨工程结构中出现的分形与混沌规律,即探讨工程结构能量系统中,地震损耗能量活动强度Ed与其标度地震损耗能量矩活动强度Ie动力系统的分形与混沌现象的内在本质与规律．根据Ie动力系统的分形与混沌内在属性,重建了动力系统的3种近似动力学模型: 指数自回归模型、门限自回归模型与局域近似法自回归模型;阐述了系统演化行为内在规律、本质以及系统误差原因;探讨了动力系统的短期行为可预测特征和长期行为概率特征．为工程结构抗震理论与分析方法提供了一定的参考依据．      

工程结构能量系统中地震损耗能量的分形与混沌现象

旨在探讨工程结构中出现的分形与混沌现象,即探讨工程结构能量系统中地震损耗能量活动强度Ed与地震损耗能量矩活动强度Ie动力系统的分形与混沌现象,在建立了工程结构能量系统、损耗能量活动强度Ed和损耗能量矩活动强度Ie概念的基础上,由纯理论推导发现了Ed和Ie构成的动力系统的混沌现象;理论分析和数值计算又发现了Ed和Ie动力系统的分形现象;依据大量本地实测地震数据获得了具体Ie和Ed动力系统的关联维吸引子d2．二阶Renyi熵k2和平均预报时间尺度1/k2等参数．各参数是其动力系统分形与混沌现象的具体表征,为实际工程结构的抗震理论与分析方法提供了一定的参考依据．      

一种裂缝流体因子的提出及应用

为了解决各向异性下的流体识别问题,将纵波各向异性裂缝预测以及Russell的流体因子融合到直角坐标系中,提出了一种能够同时检测裂缝发育情况以及流体性质的新的裂缝流体因子(Factor of Fluid-filled Fracture,FFF),并通过一组岩性参数检验了裂缝流体因子在裂缝预测及流体识别中的有效性.在理论研究的基础上,选取松辽盆地某地区的火成岩裂缝及流体识别研究为应用实例.通过与测井流体及裂缝信息的对比验证,裂缝流体因子能够较为准确地预测研究区裂缝和流体的分布情况,且裂缝流体因子在单井上的计算结果与单井含气饱和度吻合度较高.此外,根据实际应用效果,指出裂缝流体因子在应用中的局限性:裂缝流体因子在平面成图时受地层厚度影响较大,且无法预测裂缝方向.     

岩石分形断裂的统计理论

本文研究了岩石分形断裂的统计理论.认为岩石断裂是岩石内部微裂缝成核、形成和传播的非平衡过程,导出了描述这个过程的微分方程.运用位错塞积成核机理,得到了岩石发生分形断裂的微裂缝大小的统计分布函数和平均长大速率.从理论上得出了岩石非弹性体积应变与微裂缝数目成正比,从而解释了实验室研究的结果.另外发现岩石的分维是决定岩石脆性的一个重要因素,分维值愈小,岩石愈脆.但岩石的分维值与岩石强度无明显关系.最后,从微裂缝大小的统计分布函数出发,导出了b值与岩石分维值的关系.     

油田压裂井地电法双参数联合监测技术与仪器研究

目前世界上水力压裂技术是老油田增产和低渗透油气田开发所应用最为广泛、最为有效的技术措施,油气储层裂缝分布规律监测对于油田勘探开发具有重要意义.本文利用压裂液在地层中的低阻特性与极化特性,基于井地电阻率法与激发极化法联合,根据位场理论镜像原理,采用三维有限差分,计算了多种压裂模型的地表传导电位与极化电位;通过非等权值的数据融合算法,计算了地表双参数异常,仿真数据的研究结果表明,双参数融合技术在异常提取方面具有明显优势.在此基础上,基于双波大功率联合发射技术、时分复用低噪声接收技术,研制了井地电法双参数联合监测仪器系统,共模抑制比达110 dB,有效地提取了微弱异常信号.通过陕西省富县华北局油田的压裂野外联合监测试验,表明了井地电法双参数联合监测仪器系统在水力压裂裂缝监测中具有较好的监测效果和较高的分辨率,解决了在低电阻率储层压裂或深井压裂情况下监测困难以及单一方法的监测结果多解性等问题,实现对油田水力压裂裂缝的实时监测.     

水力压裂微地震井地联合监测系统及仪器

水力压裂技术是油气田增产和低渗透油田开发的有效技术手段,通过监测油层裂缝延展过程中产生的微地震事件,能够有效地判断裂缝走向.现有的井中监测方法存在成本较高、施工难度大的问题;地面监测存在信号信噪比低、垂向分辨能力差等问题.本文采用井地联合微地震监测的方法,在地面布置采集仪器的同时,选择邻近的单口监测井放置井中仪器,对微地震事件进行联合监测定位.采用联合监测的方法,在水平方向和垂直方向上都能够获得较好的监测视角,对比单一监测方法提高了微地震事件的定位精度.在此方法的基础上研制的井地联合微地震监测仪器系统,解决了现有仪器系统在进行联合监测时通讯链路不通的问题,实现了在压裂施工现场对微地震联合监测数据的实时回收、处理及结果呈现.应用本系统在大庆油田进行现场监测,获取的微地震事件对压裂裂缝进行了有效评价;通过对已知射孔点进行反演定位,采用井地联合监测将定位误差由地面监测的32 m降低至14 m,验证了本文技术的有效性.     

震源物理:进展和趋势

本文根据第二十届IUGG大会交流的情况和提供的材料,结合作者以往的文献积累,评述了近四年震源物理的主要进展和趋势.主要内容分为地震动力学破裂复杂性的研究,摩擦本构行为和失稳机制的研究,线弹性断裂力学的应用,分形和混沌等四个方面.     

页岩气井产出剖面测井资料分析及应用

产出剖面测井技术是页岩气井生产动态监测及压裂后评估的有效方法,能够认识压裂层段产出、返排规律,了解井下生产动态情况,为完井和生产优化提供依据.目前,国内水平井产出剖面测井工艺相对成熟,但是资料解释多解性强及解释结果应用程度较低是存在的主要问题.针对以上问题,本文首先根据阵列仪器的特点,分析了水平井产出剖面测井资料解释方法,给出了资料解释的一般步骤及需要注意的问题,并对四川地区一口页岩气井的测井资料进行了解释分析,计算出每个压裂段的产量贡献率和连续流量.根据资料解释结果进行了井筒内流型流态识别和动液面分析,进而了解井筒内的生产动态,为后续生产优化提供依据.完成了裸眼井测井数据和压裂施工数据与每段产气贡献率的相关性分析,优选出了裸眼井测井及压裂施工相对产气量的敏感性参数.最后根据测井结果,建立了不规则裂缝试井分析模型,优化了产能预测分析.通过对测井资料的分析及应用,了解了测试井各压裂段的产气情况,分析了各段产量分布不均的主要控制因素,并为后期完井和生产优化提供了合理化建议.     

混沌遗传算法在高层结构风振控制优化中的应用研究

将混沌遗传算法(Chaos Genetic Algorithm,简称CGA)引入高层结构的风振控制优化中,对采用黏弹性阻尼器来控制风振响应的高层结构进行参数优化;用Matlab语言编制了均布法、迭代法、简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,简称SGA)和混沌遗传算法的风振控制优化分析程序;对9个高层结构进行风振控制优化,对比了算法程序的计算效率以及无控、均布、迭代、SGA和CGA工况下的结构风振响应。研究结果表明:混沌遗传算法可以应用于高层结构风振控制优化之中;混沌遗传算法的计算效率比简单遗传算法最高提升了29%;经混沌遗传算法优化后,黏弹性阻尼器附加给结构的附加阻尼比与均布和迭代相比最高分别提高了61%和22%,CGA工况的顶层加速度响应与均布和迭代法相比最高分别减小了14%和12%。为高层结构风振控制优化研究提供了新思路,具有一定的理论价值和实际意义。     

地震监测台网优化布局技术方法综述

科学定量的评估技术是地震监测台网设计和布局优化研究中的重要内容,本文对已有的单目标优化和多目标优化方法,以及优化算法等的研究进展进行了系统总结.为了做横向比较,还对环保污染物监测、农业灌溉布网、建筑工程物料规划、风电场布站等其他领域监测台网优化问题的研究进展进行了总结.此外,还对地震监测台网布局优化涉及的算法选择、布局评价方法等一些具体问题进行了讨论.上述总结,将对未来面向日趋复杂的地震监测台网功能需求,进行量化的多目标优化设计提供科学参考.     

地震道的非线性混沌反演——Ⅰ.理论和数值试验

全文以地震道反演的数值实验为例,根据混沌理论讨论了非线性地震反演的以下特性:1.对于带误差的地震数据和极其平滑的初始模型,逐次线性化的迭代过程产生的输出序列最终走向无序,这是非线性反演系统本身的特性决定的;2.迭代（非线性反演）系统是由Poin-care映的或系统方程描述的;3.可以根据地震反问题的特点,用多种不同的方法定义相应的Lyapunov指数,它们的数值和组合是非线性反演系统状态的有效指示;4.取决于系统参数的选取,发现在二维相空间有奇异吸引子的对应物.总之,从混沌理论的角度来研究纯数学的非线性地震反问题,可以揭示某些过去鲜为人知的内在规律性.本文为全文的上篇,主要讨论前两个问题,即理论和地震道反演数值试验结果.     

震后地下岩层分形渗透率的时间演化规律研究

天然地震发生后,地震波及区域内的地下岩层渗透率常常会发生显著改变,其变化曲线显示出独有的特征,造成这一现象的机理较为复杂,传统渗流理论尚不能给出合理解释.针对这一问题,从震后渗透率变化规律入手,深入分析了地下岩层裂缝体系对渗透率的影响,给出了裂缝结构参数与渗透率之间的定量关系.结合岩层黏弹特性以及天然地震所产生的地下岩层体应变特征,基于裂缝体系分维度正比于外部应力的实验事实,将黏弹体应力松弛机制引入该体系,对裂缝分形渗透率模型进行了含时推广,建立起震后地下岩层渗透率的时间演化模型,理论预测曲线与实验曲线吻合较好.在此基础上提出‘分形裂缝渗透率松弛效应’这一全新概念.本研究为震控流体运移研究提供了新思路,对于揭示震后断层恢复机制,探讨断层活动与孕震的关联有一定的理论价值和现实意义.     

低渗透储层裂缝研究现状及进展

裂缝既是渗流通道,又是储集空间,在低渗透油藏开发中至关重要.国内外学者运用岩石破裂理论、位错理论和分形理论,以及地质、钻井、测井、地震和数值模拟等方法,对裂缝做了大量研究,在形成机理、影响因素、识别及表征和预测等方面取得了以下诸多进展:(1)从成因上,普遍认为剪裂缝和张裂缝分别遵循Coulomb准则和Griffith准则,裂缝位错模型和各向异性强度准则等考虑了岩石力学性质和岩层的非均质性,更能真实地表达各向异性裂缝的成因;(2)关于影响因素,认为现今裂缝是不同时期区域、局部构造应力场作用下裂缝叠加的结果,主应力的大小、方向控制了裂缝的发育及分布,先期裂缝通过影响局部应力来制约后期裂缝的分布,而储层的非均质性也会主导裂缝的发育和扩展;(3)在裂缝识别方面,岩心观察是基础、测井方法是有效手段,二者能够实现井眼附近10 m内裂缝的定性—定量识别.借助数学及计算机模拟,井震结合识别裂缝是今后发展的趋势;(4)关于裂缝表征,岩心—分形—应力-应变方法实现了点、线—面—体裂缝参数三位一体的定量表征,并逐步由均一化表征到更好地反映低渗储层非均质性及不同时期裂缝参数的表征;(5)在预测方面,曲率法和构造应力场数值模拟能够实现对裂缝局部-整体的预测,分形方法能够更精确、更客观的预测裂缝,裂缝位错预测模型通过岩石-裂缝-应力场的各向异性利用裂缝发育指数来预测、评价裂缝.     

基于混沌理论、变分模态分解和长短期记忆网络的地磁变化预测方法

针对地磁变化场的非平稳性、非线性以及物理模型难以预测的特点,提出了一种改进的长短期记忆网络预测方法并进行了验证。首先应用变分模态分解方法对地磁台站数据进行去噪,再根据地磁变化的混沌特性引入混沌理论对样本集进行优化,最终以长短期记忆网络预测地磁变化并对改进前后的方法进行了对比。结果显示,优化方法的预测效果较稳定,平均绝对误差小于2 nT,相关指数R²超过0.8,预测值与实测值的拟合度较高,有效预测时长可达2.5天,且在中国大陆的泛用性较好。