Direct Pattern-Based Simulation of Non-stationary Geostatistical Models

Non-stationary models often capture better spatial variation of real world spatial phenomena than stationary ones. However, the construction of such models can be tedious as it requires modeling both statistical trend and stationary stochastic component. Non-stationary models are an important issue in the recent development of multiple-point geostatistical models. This new modeling paradigm, with its reliance on the training image as the source for spatial statistics or patterns, has had considerable practical appeal. However, the role and construction of the training image in the non-stationary case remains a problematic issue from both a modeling and practical point of view. In this paper, we provide an easy to use, computationally efficient methodology for creating non-stationary multiple-point geostatistical models, for both discrete and continuous variables, based on a distance-based modeling and simulation of patterns. In that regard, the paper builds on pattern-based modeling previously published by the authors, whereby a geostatistical realization is created by laying down patterns as puzzle pieces on the simulation grid, such that the simulated patterns are consistent (in terms of a similarity definition) with any previously simulated ones. In this paper we add the spatial coordinate to the pattern similarity calculation, thereby only borrowing patterns locally from the training image instead of globally. The latter would entail a stationary assumption. Two ways of adding the geographical coordinate are presented, (1) based on a functional that decreases gradually away from the location where the pattern is simulated and (2) based on an automatic segmentation of the training image into stationary regions. Using ample two-dimensional and three-dimensional case studies we study the behavior in terms of spatial and ensemble uncertainty of the generated realizations.     

二维沉积层序计算机模拟研究

本项研究建立了综合性的二维沉积层序模拟系统SSMS。该模拟系统由盆地的沉降过程模拟与盆地充填过程模拟两个子系统构成。盆地的沉降模拟结合了反演的沉降回剥和盆地形成的正演模型;盆地充填过程模拟综合考虑了盆地沉降、重力均衡作用、海（湖）平面升降、沉积物供给、侵蚀作用、沉积物分布和压实等因素。结合实例分析表明,该模拟系统可用于定量分析盆地构造、海（湖）平面、沉积物供给等变化对沉积层序的形成过程、几何形态及其沉积体系分布的控制作用,检验地质模型和进行预测。     

小波分频分析法在沉积层序划分及等时对比中的应用

为了提高沉积层序旋回自动划分对比的精度和准确度,解决高频层序旋回划分难、人为性、多解性等问题,在厘定 前人研究成果的基础上,以国内陆相拉张型盆地沉积层序旋回特征为切入点,以实际测井资料为依托,开展小波分频分析 方法的研究,查明了小波分频分析方法研究不同级别沉积层序旋回的基础理论,建立了表征不同类型沉积层序旋回的量化 标准和响应标准模式,实现了小波分频分析方法在层序界面拾取、层序单元划分、复杂地层精细划分及等时对比中的应用, 为提高沉积层序旋回划分及等时对比的精度提供有力的证据。     

基于小波包变换的SAR干涉图去噪研究

基于SAR复干涉图中噪声满足加性噪声模型,提出对复干涉图实部和虚部分别应用小波包软阈值方法的去噪方案。以Daubeachies小波为小波包基函数,对添加了噪声的模拟SAR干涉图进行去噪实验,发现三级小波包分解的去噪效果明显优于一级和二级分解。并进一步对实际的含噪干涉图进行了去噪实验,与小波包软阈值方法直接对干涉图去噪的结果进行了比较。实验结果证实了本文方案的有效性。     

基于VTK的地下水数值模拟三维可视化开发应用

本文应用Kitware公司Visualization Toolkit(VTK),开发地下水数值模型可视化建模及数据处理的三维可视化方法.利用美国地质调查局三维地下水数值计算模型MODFLOW的数据,构建VTK类库定义的vtkStructruredGrid、vtkUnstructuredGrid及vtkPolyData数据集类型对象及VTK流水线.以河南省安阳市小南海泉域地下水可视化模拟系统开发为例,实现图像绘制、等水头线生成、筛选及剪切交互处理.     

子波整形提高合成地震记录质量

阐述合成地震记录的制作原理,利用测井数据计算出反射系数。根据地震波传播机制,通过三维地震数据统计得到子波,由此计算出原始合成记录。再根据过井剖面建立褶积模型,对子波进行整形,得到一个随时间变化的地震子波,最终得到与地震数据的波组特征相吻合的合成地震记录。为精细储层描述打下了坚实的基础。     

Automated Segmentation of Resistivity Image Logs Using Wavelet Transform

We describe a wavelet-transform-based method for automated segmentation of resistivity image logs that takes into account the apparent dip in the data and addresses the problem of discriminating lithofacies boundaries from noise and intrafacies variations. Our method can be applied to borehole measurements in general, but might have an advantage when applied to resistivity image logs as it addresses explicitly the large variability in facies segments recorded with a high-resolution multiple-sensor tool. We have developed an algorithm based on this method that might outperform other existing segmentation methods in the cases of low to moderate dip. We made a detailed comparison of the segmentation from our method with the one done by a geologist to delineate different lithofacies blocks in a well drilled in a deepwater depositional environment. Our results show considerable success rates in reproducing the geologically defined lithofacies boundaries, and the generality of our procedure suggests it could also be applied to other depositional environments.     

三度体重力矢量的有限单元法正演计算

以重力位在场源内部满足泊松方程为依据,以重力矢量满足第三类边界条件为切入点,推导了与三度体重力矢量满足的边值问题相对应的变分问题,进而利用有限单元法实现了对变分问题的求解.立方体模型试验结果表明:文中提出的新的系数矩阵存储方式较之传统方式能够更有效地节约存储空间,且为利用预条件共轭梯度技术更加快速地求解线性方程组提供了保障;重力矢量的计算精度与边界长度及单元网格的边长息息相关,其计算效率则主要取决于所要计算的节点总数和大型稀疏线性方程组求解算法的优劣;一般情况下,当单元的边长小于场源体边长的1/10、边界长度大于场源体长度的7.5倍时,能够获得理想的结果.     

水文时间序列的子波分析法

在水文时间序列分析中引入了子波变换法,通过对水文时间序列的离散子波变换(DWT),给出了计算水文过程变化特征的信息量系数(ICF)的方法,比较了表征水文过程变化特征的三种指标,即不均匀系数,信息量系数与分维。结果表明:三种指标分别从不同角度表征了水文过程的变化特征,实际应用中可以依据需要选用某种指标进行比较研究。     

原生透镜状砂岩油藏成藏过程一维数值模拟

为了了解原生透镜状砂岩油藏的成藏过程和控制因素,基于变形多孔介质两相流动的基本原理,综合考虑地层在沉降过程中温度和压力的变化、砂岩体和围岩物性的变化、石油的生成以及岩石中孔隙流体物性变化等情况,应用数值方法模拟这类油藏在一维条件下成藏的整个过程.通过成藏过程模拟和分析,认为超压是推动流体整体运移的动力,而对处于生油围岩中的原生透镜状砂岩油藏,围岩和砂体间形成的毛管压力差异才是驱动石油在原生透镜状砂岩油藏中聚集的根本动力.在这类砂岩油藏成藏的过程中,砂体的油相压力要低于与其相邻的围岩中的油相压力,使得砂体成为石油的一个相对的低势区.原生透镜状砂岩油藏的成藏是由力平衡和物质平衡两种基本作用控制的成藏过程,石油生成和供应量以及砂体和围岩的油相势差决定了这类油藏的含油性.     

井约束下的小波变换提高地震资料分辨率

小波变换同时有在时间域和频率域对信号进行局部化的特点，使其在地震资料处理中越来越发挥较大的作用。小波变换增频的幅度与地震资料有效频带的宽度有直接联系，即地震资料的有效频带越宽，剖面主频增加的幅度也就越大。通过理论和实际资料的应用表明，在井声波曲线的约束下，利用小波变换提高地震资料分辨率的幅度可以得到合理控制，大大增加了资料的可信度。     

基于Petri网的地质灾害事件空间复杂结构模拟与分析系统

地球系统中各种空间对象在时空及功能上的直接或间接的依赖关系是研究各种复杂问题的出发点, 模拟和分析这些对象之间的直接和间接制约关系往往是认识复杂系统和进行空间决策的基础, 如在地震、洪水、火灾等突发性事件发生过程中各种应急设施和部门的相互影响和制约往往是复杂的、不协调的关系.由此产生的级联效应往往会造成意想不到的严重后果.如何提高对灾害效应的认识, 预警预报灾害的级联效应是提高灾害预防和应急反应能力的重要基础.在研究灾害事件中相关对象之间的空间复杂结构的基础上, 通过建立定量关系来表示对象之间的相互关系, 采用模糊Petri网技术模拟对象之间的级联效应.以四川汶川大地震后堰塞湖的空间复杂结构为例, 动态模拟堰塞湖的潜在级联效应, 推测出易受影响的堰塞湖, 从而为有效防治地震后的次生灾害提供一种理论与技术思路.该方法和技术同样可以用于其他地学复杂系统结构的模拟和分析.      

基于三维渗流模拟的坝基渗漏和渗透稳定分析——以哇沿水库为例

水库坝基渗漏不但损失水库蓄水量,更重要的会引起大坝渗透变形失去稳定。应用三维地下水流数值模拟计算坝基渗漏量和分析渗透稳定,较好地解决了周边与底面边界的不规则问题和垂向上地层的非均质问题,提高了计算精度。以青海省哇沿水库为例,在充分分析水库坝基水文地质条件的基础上,建立了坝基渗漏三维地下水流数值模型,模拟了设置不同深度防渗墙时的渗漏量和坝后出溢段水力坡度。评价了大坝的渗透稳定性,为防止哇沿水库发生渗透变形,设置防渗墙深度应大于50m。当防渗墙深度为50m时,水库渗漏量为12 012m~3/d。     

Three Dimensional Numerical Analysis of Underground Bifurcated Tunnel

As far as the bifurcated tunnel of underground engineering is concerned, it is usually used in the water conveyance system. Due to the complexity of underground rock masses and concrete lining, researches on mechanical characteristic and stability of the bifurcation tunnel have attracted more and more attention in the geotechnical field. In order to understand bifurcated tunnel in detail, three-dimensional (3D) numerical method is applied to solve the above key subjects by simulating a practical project. Furthermore, sub-model technology is applied to analyze the intersection position, corresponding deformation and stress results in the practical condition. Meanwhile, 3D excavation and support calculation under four conditions have been simulated based on 3D self-compiled code and Ansys software. In addition, the paper plays emphasis on the stress, displacement analysis considering different stress releasing ratio instead of rheological analysis, and the results corresponding with the fact indicate the feasibility of 3D elasto–visco–plastic code.     

小波分析在高分辨率层序地层研究中的应用

为了研究测井曲线小波变换用于高分辨率层序地层研究的方法效果，从小波系数模极值点、过零点与信号突变点数学关系出发，分析高分辨率层序地层研究对测井曲线划分不同级别层序的要求，探讨了测井小波变换最佳分解级次和适于测井曲线分层的小波函数选择，以一取心率高钻孔为例，用2种小波函数对4种测井曲线进行小波变换和高分辨率地层界面解译。研究表明，选择恰当窗宽小波函数决定测井曲线小波分层精度，测井数据sym6小波分解的小层界面划分效果要稍好于db4小波；GR、RT曲线正则性小波分解可以很好地满足高分辨率层序地层划分要求；测井曲线小波分层结果与岩心分析结果一致性好。     

苏北沿海三市三维地下水流数值模拟

20世纪80年代以来,苏北沿海三市（连云港、盐城和南通）地下水过量开采导致部分地区水位持续大幅下降,引发地面沉降、水质咸化等问题。本文基于研究区大量地质、水文地质资料,以及2005—2013年地下水开采和水位观测数据,经过模型识别、验证,建立了能刻画苏北沿海三市地下水流场演化的三维非均质各向异性地下水流数值模型,模拟了研究区2005—2013年开采量由约2.03亿m³逐渐减少到1.56亿m³条件下深部地下水系统流场（包括第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ承压含水层）的动态演化过程。结果表明,各观测孔的水位实测值与模拟值吻合良好,水位及水均衡模拟结果显示各含水层水位下降得到有效控制,但是该区域地下水仍处于超采状态。为进一步控制水位下降,防治咸水扩散、地面沉降等地质环境灾害,模型预测并比较了现状开采和限制开采2种不同开采方案下2014—2020年苏北沿海三市深层地下水流场的变化趋势。预报结果显示,2种开采方案下,各含水层水位下降速率均减小,尤其是限制开采方案下,第Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ承压含水层的区域水位平均下降速率依次为0.15、0.16和0.15 m/a,分别比模拟期减小了46.43%、65.21%和48.28%,在开采强度降至最低的条件下储存量变化速率仍为负值,说明需要进一步加强地下水限制开采的力度。     

基于返揭法的东营凹陷古地热场三维动态模拟

返揭法是利用沉积盆地的大地构造背景、地壳结构、基底热流和沉积层物性参数来确定盆地内各地层的热流及地下温度场分布的一种方法。将基于这一方法研发的软件与基于角点网格建立的三维构造-地层格架模型耦合起来,以东营凹陷的实际数据为例进行了热史反演和古地热场重构,计算并显示了该凹陷在各演化时期的温度和热流三维分布状态。盆地基底古热流是实现盆地地热场模拟的基础边界参数条件,与其他方法相比,返揭法的优点是在计算盆地基底古热流时,可以避开因为构造-岩浆热事件造成的局部古大地热流值异常,而直接采用较稳定的地幔热流值来反演求解。该方法原理简单、计算量较小,只要将该模拟模块与附加地热场模拟模块集成起来,便可完整地实现复杂盆地的古地热场演化模拟。