Application of unconstrained optimization and sensitivity analysis to calibration of a soil constitutive model

Large sets of soil experimental data (field and laboratory) are becoming increasingly available for calibration of soil constitutive models. A challenging task is to calibrate a potentially large number of model parameters to satisfactorily match many data sets simultaneously. This calibration effort can be facilitated by optimization techniques. The current study aims to explore systematic approaches for exercising optimization and sensitivity analysis in the area of soil constitutive modelling. Analytical, semi‐analytical and numerical optimization techniques are employed to calibrate a multi‐surface‐plasticity sand model. Calibration is based on results from a number of drained triaxial sample tests and a dynamic centrifuge liquefaction test. The analytical and semi‐analytical approaches and associated sensitivity analysis are applied to calibrate the model non‐linear shear stress–strain response. Thereafter, model parameters controlling shear–volume coupling effects (dilatancy) are calibrated using a solid–fluid fully coupled finite element program in conjunction with an advanced numerical optimization code. A related sensitivity study reveals the challenges often encountered in optimizing highly non‐linear functions. Overall, this study demonstrates applicability and limitations of optimization techniques for constitutive model calibration. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

新场气田沙溪庙组JS42砂体叠前AVO反演

新场沙溪庙组JS42气藏储集层为河口坝砂体,单层砂体(组)厚度较大,孔隙较发育,平面分布特征清晰.试采情况表明,该气藏为受构造控制的岩性气藏,气水关系复杂.随着新场3D3C地震资料范围的扩大,为克服前期单纯利用"低频、强振幅"模式的多解性,利用地震叠前道集资料,合成横波测井曲线、正演AVO道集,分析对比高产储层及气水层...     

AVO技术在煤层气勘探中的应用

现有研究成果表明,煤层气含气性和密度间存在负相关关系,煤储层的含气量与纵波速度、横波速度的变化密切相关.在达到AVO技术对地震资料的品质要求下,这种关系则可以通过AVO异常反演直观的体现出来.研究区韩试12井与合试5井的11#煤层正演模拟结果表明,韩试12井11#煤的AVO响应特征为反射振幅随偏移距增大而减小,其煤层顶板为负截距、正梯度,底板为正截距、负梯度,表现为典型的煤层气富集特征;而合试5井11#煤则无AVO异常响应,表现为低含气量,该解释结果与排采数据较吻合.韩试12井AVO的反演结果证明,依据截距、梯度数据体运算获得的AVO异常综合剖面图,可有效预测煤层气富集有利区域及部署煤层气高产井井位.     

基于Gray方程的三参量AVO反演及煤层气富集区预测

通过AVO（Amplitude Versus Offset）反演可直接求取煤层气储层的弹性参数,指导储层的评价工作。在介绍Gray近似方程的基础上,应用该方程进行了三参量AVO反演方法的研究,直接计算出了煤层气储层的密度、体积模量和剪切模量;依据煤层气富集区3个弹性参数的特征,对比求取3个弹性参数剖面后,圈定出煤层气富集区;最后,通过模型和实例分析,验证该方法的可行性。     

Bayesian inversion of synthetic AVO data to assess fluid and shale content in sand-shale media

Reservoir characterization of sand-shale sequences has always challenged geoscientists due to the presence of anisotropy in the form of shale lenses or shale layers. Water saturation and volume of shale are among the fundamental reservoir properties of interest for sand-shale intervals, and relate to the amount of fluid content and accumulating potentials of such media. This paper suggests an integrated workflow using synthetic data for the characterization of shaley-sand media based on anisotropic rock physics (T-matrix approximation) and seismic reflectivity modelling. A Bayesian inversion scheme for estimating reservoir parameters from amplitude vs. offset (AVO) data was used to obtain the information about uncertainties as well as their most likely values. The results from our workflow give reliable estimates of water saturation from AVO data at small uncertainties, provided background sand porosity values and isotropic overburden properties are known. For volume of shale, the proposed workflow provides reasonable estimates even when larger uncertainties are present in AVO data.     

基于叠前深度偏移的AVO反演在神狐海域试采区的应用

为了更好地研究神狐海域试采区天然气水合物的展布形态和赋存状况,基于高精度层析速度反演后的叠前深度偏移地震资料进行AVO反演技术研究。为在天然气水合物富集区有效地进行AVO研究,AVO处理前运用叠前深度偏移技术,通过高精度层析反演不断迭代速度模型;然后通过偏移来改善资料的质量,结合实测钻井资料进行AVO正演分析、反演可行性分析、属性交会分析;最后将具有高横向分辨能力的地震资料和高垂向分辨能力的测井资料与地质相结合进行叠前同时反演。该方法可反演出纵、横波阻抗等属性,直接进行岩性和流体识别,结果表明,在AVO反演中引入叠前深度偏移技术,为反演提供了较高质量的叠前共反射点道集和精细的层速度模型,改善了AVO技术在试采区的应用效果,提高了反演的可靠性。反演出的各种属性为AVO分析提供了丰富的信息,能够比较准确地反映地下水合物矿体的展布情况,可用于后续水合物储层的分析及综合研究,对未来的水合物勘探开采具有重要的现实意义。     

崎岖海底OBC地震数据全波形反演策略

针对崎岖海底引起的波场传播和全波形反演处理的复杂性,本文提出相应的反演策略。通过对崎岖海底网格特殊处理解决正演和静校正时的地形近似问题。全波形反演采用快速多尺度算法、宽角补偿策略和静校正处理策略。结果表明,该反演策略在大大提高反演效率的同时,能兼顾深部和远偏移距反演效果,并能针对海水误差情况选择策略,在崎岖海底情况下得到好的全波形反演结果。     

基于矩张量反演的传感器校准方法应用和对比

矩张量反演理论是研究深部岩体破裂机制的有效手段,而监测台站/传感器校准对获取准确的矩张量结果十分重要。为求得更加准确的校准系数和矩张量结果,提出一种新的传感器校准方法——搜索校准法。将该方法和监测网校准法分别应用于加利福尼亚州北部的Geysers地热田微震监测数据中,并综合考虑不同震源机制参数、预设校准系数、噪声添加方式及噪声水平等因素的影响,进行两种校准方法有效性对比的理论计算和模拟分析。结果表明：两种校准方法均可通过微震监测数据获得稳定的校准系数,且校准后的震源成分及应力状态分布均更加集中;所有模拟工况下,两种校准方法均可有效降低矩张量反演误差;低噪声条件下,两种方法对应的矩张量反演误差较小且十分接近;混合噪声和高噪声条件下,搜索校准法的准确性和稳定性多优于监测网校准法;进而优选出Geysers地热田微震监测数据更加可靠的矩张量结果。研究思路和结论为微地震矩张量研究提供了进一步指导。     

新场气田沙溪庙组JS_2~4砂体叠前AVO反演

新场沙溪庙组JS42气藏储集层为河口坝砂体,单层砂体(组)厚度较大,孔隙较发育,平面分布特征清晰。试采情况表明,该气藏为受构造控制的岩性气藏,气水关系复杂。随着新场3D3C地震资料范围的扩大,为克服前期单纯利用低频、强振幅模式的多解性,利用地震叠前道集资料,合成横波测井曲线、正演AVO道集,分析对比高产储层及气水层属性特征差异,开展叠前AVO反演。利用泊松比与波阻抗交汇图有效地预测出JS42气藏孔隙砂体发育区和气水分布区。依据该预测结果部署钻井测试取得成功,说明叠前AVO反演方法较常规地震属性解释更有优势。     

利用AVO正反演技术识别深水凹陷气层

针对深水凹陷莺二段地质条件复杂,地震资料信噪比较低、烃检困难等难点,利用琼东南盆地陵水凹陷地气勘探阶段的钻孔资料及测井资料,应用zoeppritz方程进行射线数字模拟,研究该区典型气层及水层段的反射特征和AVO特征,对深水区坡折带低信噪比资料进行了保幅去噪及道集拉平处理,对常规的碳氢指示因子进行了改进.经结果表明:改进的碳氢指示因子对第三类及第四类AVO异常检测卓有成效,第四类AVO异常对于深水勘探有重要意义.     

波阻抗约束反演的几种方法

介绍三种理论与实际效果比较好的波阻抗反演方法,即宽带约束反演(BCI)、快速模拟退火算法(FSA)和正则化方法.BCI是一种线性迭代方法,FSA是一种具有全局寻优特点的随机搜索方法,正则化方法是通过对目标函数施加先验约束,来解决反演的病态问题--多解性和不稳定性.最后,使用正则化方法并结合快速模拟退火算法,进行了理论模型试算和实际资料处理,实用效果比较好.     

现代海底块状硫化物矿床储量估算方法探讨

海底块状硫化物矿床具有巨大的经济价值和良好的开发前景。但是由于勘探难度和技术手段的限制,在全球已经发现的600多个海底热液喷口和硫化物矿床中,不到5%的矿床进行了详细的勘探,进行资源量计算的矿床更是屈指可数。选择适当的方法估算储量对于深海资源开发意义重大。本文系统总结了前人估算海底硫化物储量的方法,并以勘探程度相对较高、数据资料相对丰富的Atlantis-II-Deep矿床和Solwara 1矿床为例,评析了前人采用不同储量计算方法得到的结果和各种方法计算的准确性;针对有一定钻孔数据的TAG硫化物堆丘,采用距离反比法重新计算了储量,并和块段法估算的结果进行对比。得到以下结论:(1)海底硫化物矿体形态是制约储量估算方法适用性的一个重要因素;(2)传统几何法可以在极低勘探条件下估算海底硫化物储量量级;(3)对于海底硫化物储量估算,地质统计学的精度高于传统几何法;(4)较高勘探条件下距离反比法可以与地质统计学相互对照、验证;(5)在一定钻孔数量的条件下,可以应用距离反比法进行海底硫化物储量估算。     

AVO异常分析在大杨树盆地油气勘探中的应用

大杨树盆地岩性复杂,储层含有大量孔隙及裂缝,但是在该区油气并没有取得重大突破,因此勘探方向成为研究区的重要问题。这里利用杨参1井测井数据计算了含气层位的阻抗,分析判断该含气层位AVO异常为第一类AVO异常。运用AVO分析软件处理杨参1井所在74号线的叠前道集资料,发现该含气层位AVO异常振幅为第一类AVO异常。运用AVO技术分析认为,杨参1井两侧存在范围较大的含气异常,而且存在含气性更好的第二类AVO异常特征。最后综合各类资料,认为74号线位于大杨树盆地南部坳陷最有利的勘探远景区,AVO异常特征段为下一步重点工作的地区,作为探井位置CDP3010附近应引起重视。     

粒子群算法改进及内变量本构模型参数反演

为了研究深埋煤矿巷道通常存在长时间、大变形问题,拓展岩土工程反分析的手段,改善岩土工程反分析的效率和精度,首先基于自然选择、自适应变惯性权重、异步变化学习因子的策略改进了粒子群算法并完成了程序实现,通过Sphere和Rastrigrin两函数测试了改进算法的优越性;其次以Matlab软件为平台,联合大型有限元软件ABAQUS,编制了岩土反分析程序GeoPSOInverse.m;最后应用所编程序反演了以不可恢复应变为变量的、不显含时间的泥岩蠕变模型参数。结果证实：改进的粒子群算法在岩土工程参数反演计算中体现出了可靠的反演能力和很快的收敛速度,可进行复杂采矿工程的实践应用。     

大地电磁二维反演方法对比研究

由反演方程出发, 从构造目标函数和方程求解方面, 比较了国际上通用的OCCAM (奥可姆法)、RRI(快速松弛法)和REBOCC(简化基奥可姆法), 并由两个合成模型分析比较了OCCAM、RRI和REBOCC的反演结果。试验表明, REBOCC是继RRI之后又一种较快的反演方法, 可为电法勘探资料处理提供新的途径。而在RRI和REBOCC反演时, 网格的划分对结果很有影响, 这是值得注意的地方。     

南海北部陆坡崎岖海底区地震成像:OBS旅行时反演

深水陆坡油气资源丰富,是油气勘探的重要领域.由于陆坡水深变化较大、海底地形崎岖、地质构造复杂,地震成像存在诸多难点,其中,速度模型的建立是最大的难题之一.利用OBS(ocean bottom seismometer)数据上丰富的折射初至信息,采用旅行时反演方法建立崎岖海底区速度模型.OBS数据由广州海洋地质调查局在南海北部陆坡珠江口盆地东部海域采集,数据质量良好,存在大量的初至折射波.地震成像结果表明,在深水崎岖海底区,利用OBS的初至旅行时能够获得地震成像所需要的背景速度场.受限于高频近似的假设,初至旅行时反演结果分辨率较低.全波形反演可以提供精度更高的速度结构,初至旅行时反演结构可用作全波形反演的初始模型.     

几种地震波阻抗反演方法的比较分析与综合应用

地震波阻抗反演是确保地震数据、测井资料和地质信息正确综合的重要技术.对当前石油工业界常用的地震波阻抗反演方法的原理、技术关键、优缺点及应用条件做了较为详细的分析和评述,并展示了几种反演方法综合应用的实例.实例表明,遵照拟定的技术流程,能够在实际生产中较好地使用各种反演方法,并得到较为可靠的一体化综合储层预测结果,可以降低油气勘探开发的风险.     

随机反演在储层预测中的应用

利用常规地震反演进行储层预测,影响因素诸多。而随机反演将随机模拟技术与常规地震反演相结合,有效地综合地质、测井和三维地震数据,可以弥补井点资料的不足,提高预测精度,在滚动开发阶段可以起到积极的作用。利用随机反演对某地区三维工区Eq41、Eq42、Eq43层段的渗透性砂岩进行预测,取得了较好的效果。     

调谐效应影响下的AVO属性在构造煤预测中的应用

针对构造煤分布范围预测难度大问题,分析了调谐效应影响下不同煤体结构的AVO属性特征,并利用该方法进行了鄂尔多斯盆地东缘某区块构造煤分布范围的预测。首先取典型的模型数据对原生煤、构造煤-I和构造煤-Ⅱ进行了AVO曲线和属性分析,发现煤层顶板比底板更适合做AVO属性的分析,且随着煤体破坏程度的增加,截距的绝对值增大,梯度的绝对值也增大;分别取5 m、7 m、10 m、12 m和15 m厚的煤层模型进行正演,发现煤层厚度变化时,虽然受到了调谐效应的影响,但仍然以煤体结构变化影响为主,并且AVO属性变化规律和无调谐效应影响时规律一致,即构造煤比原生煤截距绝对值更高、梯度绝对值更高,因而AVO属性能够用来进行构造煤的预测。将该技术应用于鄂尔多斯盆地东缘某工区8号煤层的构造煤分布区预测中,预测结果与井孔揭露结果一致。理论与实践证明,利用AVO属性进行构造煤分布区预测是可行的。     

改进型粒子群算法及其在GPR全波形反演中的应用

探地雷达作为高精度的物探工作方法,其主要目的是反演解释地下结构的物性参数.笔者提出社会学习型粒子群优化反演方法,它以信号均方误差为目标函数,用时域有限差分方法作正演,并且针对反射波信号较弱、反演效果不佳的情况设计了对正演结果进行振幅补偿的方法,对反射波的振幅进行增益,以提高反演精度.通过与经典粒子群优化反演方法的结果对比,说明了该算法在准确度以及效率方面都有相当大的提高.经过分析多层介质仿真数据的一维反演结果,说明了该算法对多参数反演的有效性和良好的抗噪性.