基于共轭梯度法的全波形反演

全波形反演是一种全新的地震成像方法,主要利用全波形信息反演地下介质参数,通过非线性优化波场理论值和观测值的残差实现波形反演。基于时间域声波方程,建立了时间域波场残差目标函数,以分层模型为例,分别从波场精度、目标函数收敛性和运行时间3个方面,比较了共轭梯度（Conjugate Gradient,CG）算法和拟牛顿算法（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,BFGS）反演的效果。同时,应用共轭梯度法对正、逆断层模型和Marmousi模型进行了速度结构反演。反演结果表明：共轭梯度法计算效率较高,反演得到的速度模型精度更高,反演效果较好,是一种有效的波形反演方法。     

基于测井参数宏观煤岩类型预测及三维地质建模

为实现定量判别宏观煤岩类型分布特征,依据煤层气参数井煤岩描述结果,利用不同宏观煤岩类型在测井响应特征的差异性,建立宏观煤岩类型指数(HMLZ)。通过该判别方法完成SZB区块30口井宏观煤岩类型定量识别及验证,进一步采用随机建模方法实现宏观煤岩类型空间分布特征的三维可视化。结果表明HMLZ>20.0为光亮煤;10.0相似文献   

基于测井参数宏观煤岩类型预测及三维地质建模

为实现定量判别宏观煤岩类型分布特征,依据煤层气参数井煤岩描述结果,利用不同宏观煤岩类型在测井响应特征的差异性,建立宏观煤岩类型指数(HMLZ)。通过该判别方法完成SZB区块30口井宏观煤岩类型定量识别及验证,进一步采用随机建模方法实现宏观煤岩类型空间分布特征的三维可视化。结果表明HMLZ>20.0为光亮煤;10.0相似文献   

基于EBE方法的三维有限元并行计算

在水利工程中,施工过程的模拟、动力的时域分析、开裂计算等,都对大规模并行计算提出了迫切的需求。然而,基于高斯消去的有限元直接解法,通常会占用大量的内存,并花费大量的CPU时间。而水利工程中的问题多为大带宽问题,这些问题更为突出。基于EBE-PCG方法的有限元方法,可以避免形成整体刚度矩阵,进而,显著减少内存的需求。而且,这种方法可以有效地并行实现,为大规模数值计算提供了可能。采用基于EBE策略的Jacobi预处理共轭梯度法,编制了有限元计算程序,并成功应用于溪洛渡、锦屏等工程的大规模数值分析。结果表明,对水利工程中的大带宽问题,该方法是一种很有效的并行计算方法。     

基于非结构化有限元的三维井地电阻率法约束反演

电磁探测反演是典型的不适定问题,易造成反演结果的多解性,不适定性是反演自身固有的特征,没有求解的附加信息这一本质困难是很难克服的,解决该问题的有效方法是研究约束反演。本文采用目前较为主流的高斯牛顿—共轭梯度法(GN-CG),在反演目标函数中直接施加约束条件,将介质电阻率的取值范围作为先验信息和约束条件以外点罚函数法的方式引入到反演目标函数中,与常规三维电阻率反演目标函数相比,增加了不等式约束项的目标函数,理论上可以压制反演的多解性。通过多种理论模型的测试结果表明,本文基于不等式约束的三维井地电阻率反演算法有效地改善了反演结果的精度,以惩罚函数法施加不等式约束条件的方式是现实可行及有效的。     

基于组件的水力数值模拟可视化系统

传统的水力数值模拟方式难以直观、形象地展示数学模型的内在规律。本文旨在探索新的水力数值模拟方式,应用软件工程新出现的组件编程模型封装水力数学模型,以使其数值模拟过程实现可视化,并依据可视化反馈信息对数值计算实施驾驭。     

ZTEM二维非线性共轭梯度反演研究

ZTEM(Z轴倾子电磁法)是一种天然场源的频率域航空电磁法,其特点是磁场垂直分量在空中机载平台测量,磁场水平分量在地面的固定基站测量,具有勘探深度大、速度快、成本低、覆盖面积大等技术优势。本文实现了ZTEM二维有限差分正演和二维非线性共轭梯度(NLCG)反演算法。研究对象是倾子资料,反演过程中通过解"拟正演"问题来避开雅克比矩阵的直接计算。通过理论模型合成数据反演试算,验证了ZTEM倾子资料二维NLCG反演算法的稳定性与可靠性。与大地电磁(MT) TE模式阻抗资料反演结果进行对比,发现在异常体横向边界的约束方面,ZTEM倾子反演比MT阻抗反演更具优越性。     

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。     

Numerical modeling of cyclic mobility based on fuzzy-set concepts in plasticity theory

In this paper, the application of an efficient, transparent and accurate kinematic-cyclic constitutive model based on the fuzzy-set concepts and incremental plasticity theory is presented to show its capability in modeling cyclic mobility of saturated granular soil. The nature and kinematic mechanism of the membership functions in the fuzzy-set constitutive model are illustrated. The model’s capability of modeling soil dilatancy is investigated. Important features of volume change and pore water pressure build-up related to soil cyclic mobility are captured. The formulation of the proposed model is relatively simple and it can be readily implemented in finite element codes. The enhanced fuzzy-set model is capable of simulating ground motion problems particularly related to cyclic mobility, soil liquefaction, and spreading behavior.     

随钻测井技术的发展

随钻测井是在钻开地层的同时实时测量地层信息的一种测井技术。随钻测井自1989年成功投入商业应用以来,得到了快速的发展。本文主要介绍了电阻率测井中的补偿双电阻率测井仪(CDR)、钻头电阻率仪(RAB)、放射性测井中的补偿密度中子仪(CDN)、方位密度中子仪(AND)、声波测井中的新型声波测井仪(ISONIC)和偶极声波测井仪(BATLWD)及核磁共振测井仪(MRIL-WD)等几种目前世界上较新且应用广泛的随钻测井仪器的结构、测量原理及应用。结合电缆测井,对随钻测井的优点进行了总结。通过对随钻测井发展趋势的分析,得出了随钻测井技术应用会越来越广,但不会替代电缆测井技术的结论。     

基于TIN的三维地层建模及可视化技术研究

基于多层格网模型的表面建模方法,以及以此为基础形成的类三棱柱体元建模方法,要产生大量冗余的三角形面片或者细长的三棱柱单元,既不利于三维模型的快速浏览,也不能满足数值计算单元剖分的原则。采用TIN（不规则三角网）来表达地层面模型可以消除数据冗余。根据数据源的特点,实现了直接通过逐点插入法构造TIN模型,或者先通过Kriging插值法构造格网模型,再转化为TIN模型,以及利用等高线数据构造TIN模型。对TIN的裁剪算法进行了探讨,实现了地层面裁剪和断层的三维建模技术。借助可视化开发类库VTK,实现了三维地层模型的多种可视化表达方法。根据龙滩水电工程地质勘查情况,建立了坝址区域的三维地层模型。     

Numerical modeling of ground borehole expansion induced by application of pulse discharge technology

Pulse discharge technology (PDT) is an innovative technique that can be used to enhance bearing capacity of piles and resisting capacity of anchors. It enlarges the section area and compacts the surrounding soil by high-powered shock wave pressure induced by an underwater electrical discharge. This study aims to establish a suitable numerical model for the simulation and prediction of ground borehole expansion induced by PDT. In order to examine the relationship between electricity and the characteristics of shockwaves generated by PDT, laboratory pulse discharge tests were performed using PDT equipment used in current practice. Then, based on the underwater explosion (UNDEX) model and a coupled acoustic–structural analysis scheme, the results of laboratory PDT tests were analyzed and numerically benchmarked to determine the equivalent UNDEX model parameters for providing shock loading input in a ground borehole expansion simulation. A series of expansion simulations for undrained clayey and sandy soils were performed, and the predicted borehole expansion behaviors were compared with the test results. Moreover, a parametric study was conducted to examine the effects of soil properties on the expansion behavior. The results of the numerical work in this study appeared to be consistent with field test results published in the literature and showed that the soil characteristics related with packing, state of stresses, and degree of saturation were important when analyzing borehole expansion behavior.     

基于DCT有限元二维重力张量的正演

介绍了国内、外张量测量技术及数据处理技术的发展情况。把离散余弦变换与有限单元方法结合起来,进行重力张量的正演计算。首先,利用有限单元法求解重力场的一阶导数,然后利用离散余弦变换求解重力张量分量。这样既保留了有限单元法对复杂模型的正演优势,又避免了利用有限元法直接求解重力张量时,因多次插值引起的数据量过大的问题。模型试验证明,用基于DCT的有限元法进行重力张量的正演,不但具有很高的计算精度,而且相对于利用有限单元法直接正演,其计算速度得到了显著的提高。     

基于建筑信息模型技术的盾构隧道结构信息模型建模方法

为解决隧道工程建设各阶段之间的信息交流和数据共享困难的问题,前期在工业基础类（industry foundation classes,简称IFC）标准的基础上实现了盾构隧道建模数据模型。在此基础上,提出基于建筑信息模型（building information modeling,简称BIM）技术的盾构隧道结构信息模型建模方法。根据扩展的盾构隧道结构信息模型的IFC表达,提出了单个管片块建模方法和隧道线路解算流程和步骤。在此基础上,进行盾构管片拼装与隧道建模,建立了盾构隧道建模流程和参数化建模方法,形成了基于BIM技术的盾构隧道结构信息模型建模方法。最后,通过实例验证了建模方法的可行性。工程应用表明,通过借鉴和引入BIM技术,建立基于统一IFC数据标准的盾构隧道结构信息模型,可以实现盾构隧道信息的无损交换与充分共享,从而进一步验证了前期提出的基于IFC的盾构隧道建模数据模型的正确性。研究成果可为隧道数值计算分析提供初始模型,为实现隧道三维可视化模型和分析计算模型的无缝对接提供基础。     

基于自然伽马测井的煤系关键金属精细勘探技术

滇东—黔西上二叠统煤系底部赋存着累积厚度达数米、以自然伽马测井正异常为特征的Nb- Zr- REY- Ga 型关键金属矿层,是我国最有开发潜力的煤系关键金属资源之一。当前对该矿层的研究主要聚焦于关键金属物质来源、赋存状态和成矿模式等方面,而利用自然伽马测井数据对该矿层进行定量识别和浓度计算等工作还未开展过,尽管这项工作对将来这些矿层关键金属的勘探和开发具有重要意义。论文以Zr和Ga两种元素为例,利用收集和实测的关键金属浓度及其对应的自然伽马值等数据,进行了基于自然伽马测井的关键金属矿层精细勘探技术研究。结果表明：研究区Zr和Ga元素浓度的预测模型分别为y=133. 42x2+262. 23x+224. 43和y=31. 587e0. 2273x,指示两者最低开发利用浓度(2000 μg/g和50 μg/g)对应的自然伽马值分别为2. 8 pA/kg和2. 0 pA/kg。发现Haar小波3层分解获得的预测矿层位置与地球化学实测的矿层位置吻合度最高。预测模型验证结果表明,Zr和Ga元素浓度预测平均相对误差分别为14. 21%和10. 97%,矿层厚度预测平均相对误差分别为4. 16%和4. 82%,说明论文建立的关键金属精细勘探技术可以精确识别研究区关键金属矿层浓度和厚度,对滇东—黔西地区Nb- Zr- REY- Ga 型关键金属矿层的精细勘探具有较好的应用价值。     

基于钻孔数据的三维可视化快速建模技术的研究

为了实现三维建模过程的智能化以及自动化,以及使复杂地质体三维建模过程变得简单,针对CAD图形资料编写了能够直接将地表、钻孔等地质信息读入到数据库的DXF接口程序,提出了一种利用GA-Kriging插值手段对地层属性进行插值并最终实现三维可视化快速建模的方法,并且在此基础上基于VTK图形库实现了三维建模、等值线绘制、钻孔显示、切片以及特定地层的提取以及体积的计算等功能。在编写Kriging插值算法时,为了实现块金常数、变程等常数取值的自动化、最优化,应用GA智能算法求解。最后,通过地铁隧道的一个工程实例,对建模方法以及相应的算法模块进行了验证,表明方法具有一定的优越性。     

基于Python的三维建模可视化系统的研究

将Python语言作为粘合剂,用wxPython做界面,实现了对Python自带一些计算模块的调用,同时也实现了通过Swig对C以及C++模块的调用。结合VTK以及PyOpenGL两个开源图形库,对复合三维可视化建模系统的建立进行了深入地研究,并且以Quad-Edge数据结构为原型,实现了拓扑结构更加紧凑、查询效率更高的一种数据结构模型。然后以此为基础,通过对投影面的设置,实现了空间离散点任意投影面的Delaunay三角剖分,并且充分利用此种数据结构的拓扑特性,实现了一种高效地检索任意约束影响域中的三角形、边、以及顶点的算法,最终实现了三角网任意约束的插入。到目前为止,系统已经初步实现了从DXF、Excel、TXT等文件以及Access和SQL Server数据库中读取相应模型几何数据、信息以及其他数据库相关操作的功能,还实现了空间点的距离反比、Kriging以及3次样条插值、离散点集的Delaunay三角剖分,任意形状约束的插入、两个TIN之间的互相切割等许多三维可视化建模的通用功能。     

基于土体细观结构重构技术的渗流场数值模拟

真实土体的细观结构由许多个大小不一的土颗粒团组成,传统四参数随机生长法（QSGS）构建的土体结构土颗粒团比较均匀,与实际情况存在较大的差异。为弥补这一缺陷,考虑土体孔隙率及自相关函数的影响,对传统的四参数随机生长法进行改进,实现了更接近于真实土体的细观结构重构。在此基础上基于格子Boltzmann方法,采用D2Q9模型,通过设置模型入口、出口边界为非平衡态外推格式,左右边界及土颗粒边界为标准反弹格式的边界条件,建立了模拟重构土体细观渗流场的二维模型。同时,针对一算例编制了相应的计算程序,研究了恒定流速入渗情况下重构土体的细观渗流场。研究表明：土体的渗流方向优先选择连通性较好孔隙所形成的通道,流速受控于通道整体连通性的优劣。整体贯通型的通道流动速度较快,部分连通的孔隙中其流动速度相对较慢。即使局部孔隙空间较大,其渗流速度仍取决于是否位于贯通型通道上。     

井地电法地表电场分布规律模型试验研究

为研究井地电法在确定异常体边界时电场的分布规律,笔者对室内水槽固定位置的低阻体(铜板)直接供电,并对充电低阻体形成的电场在地表的电位分布特征进行观测。研究不同方向电位分布特征,及进行线性拟合建立电位梯度曲线,分析异常体不同方向上的电位梯度变化规律,确定该低阻体的边界特征。模拟实验表明,电位梯度曲线在异常体的边界会出现明显的拐点,与电位分布图的对比表明,电位梯度曲线在异常体边界的变化可以作为识别异常体边界的标志。     

基于非充分掺混模式的流域来水组成模型

针对如何减小数值求解对流输运方程耗散误差的问题,引进断面计算浓度的概念来计算河段平均浓度,提出了非充分掺混模式的有限控制体积法离散对流输运方程的新算法,据此构建了模拟流域内的水源组成以及不同水源在流域内的时空变化情况的流域来水组成模型。通过数值试验与具体实例验证,结果表明所提出的非充分掺混模式的新算法可有效地提高流域来水模型的计算精度。