多属性约束的多点地质统计方法在民丰洼陷岩相预测中的应用

多点地质统计学方法(MPG)借助“训练图像”,考虑了空间多点间的信息,能更好地反映复杂目标体的几何结构。该方法获得的岩相模拟结果忠实于井数据,垂向分辨率较高;以概率形式融合地震信息,横向分辨率较高。为了进一步提高模拟结果的横向分辨率,研究提出采用基于Tau模型的多属性概率融合算法进行多属性处理。首先介绍了多点地质统计学的基本原理,然后提出了新的多属性概率融合算法,最后针对民丰洼陷地区,系统开展了多属性约束的多点地质统计岩相预测方法研究,并取得了有效的成果。      

综合沉积正演与多点地质统计模拟辫状河三角洲: 以塔河T区为例

为有效提高三角洲沉积相模拟的精度,以塔河T区为例,应用地震、岩心及测井资料,通过定量评估可容纳空间、物源供给和沉积搬运之间复杂的关系,建立该地区辫状河三角洲砂体沉积正演模型,并将此转化为多点地质统计模拟的三维训练图像,进行研究区辫状河三角洲多点地质统计模拟。研究表明:辫状河三角洲砂体分布受沉积正演模拟控制参数影响,其中砂质供应体积分数、沉积物流入比例、水流载荷量及洪水期间隔均属于强敏感性参数,对研究区三角洲砂体分布影响较大;砂岩含量沉积正演模型体现了辫状河三角洲退积式沉积过程,符合研究区沉积特征,将其转化为三维训练图像,多点地质统计模拟结果在三维空间具有受训练图像约束的特征,体现了训练图像所反映的相带接触关系,并且与钻井认识一致。所提出的这种新的获取三角洲沉积体三维训练图像的方法,综合了沉积正演模拟与多点地质统计模拟的优势,取得了一定的应用效果,对类似沉积体三维地质建模具有一定的借鉴作用。      

地质统计学在含水层参数空间变异研究中的应用进展与发展趋势

科学合理评价地下水资源,对统筹规划、合理开发利用区域地下水,保障区域生态环境安全至关重要。获取含水层参数空间变异规律是解决地下水渗流、污染物运移、地下水开发利用等诸多地下水问题的重要基础。然而,受常规勘察技术所限,含水层非均质性难以直接刻画。两点地质统计学通过变异函数确定随机变量相关关系,解决地质变量空间线性估计并表征其各向异性;多点地质统计学突破了空间两点间相关关系的局限,通过多点训练图像建模,有效反映含水层参数变量空间分布特征,也更适合模拟复杂结构地质体。据此,本文对常用的两点地质统计学在含水层参数空间变异研究中的实际应用作了简述和探讨,并以含水层渗透系数为媒介,阐述了岩土电阻率和水力梯度或水头与渗透系数在地质统计学中运用的限制性协同关系。应用对比了多点地质统计建模与传统地质统计建模相比所具有的优势,并探讨了后者受自身算法、建模方法等制约现如今仍然尚未解决的问题及未来发展方向。指出在卫星、雷达及遥感技术快速发展背景下,数据同化、机器学习等手段融合、集成和尺度推绎多源、多空间、多分辨率空间数据帮助地质统计学实现数值建模是大势所趋。     

深度学习油气藏地质建模研究进展

随着大数据和以深度学习为基础的人工智能技术的快速发展,油气藏地质建模逐步从传统的两点地质统计建模、基于目标建模、多点地质统计建模和基于沉积过程建模进入智能地质建模阶段。以深度学习为基础的智能地质建模主要采用对抗生成网络建立三维地质模型,目前这些研究集中在网络结构和算法的完善,特别是对地震和测井等各类数据的条件化,少量研究侧重于样本数据的获取。目前研究中采用的训练样本大多是基于目标或基于沉积过程方法模拟得到的合成数据,为了真正将该技术应用实际地下油气藏,需要更加关注真实样本数据的获取。仅靠深度神经网络这种统计学习方法实现技术突破的难度较大,研发通用的人工智能地质建模器是未来的主要发展方向,其中统计学习与符号学习相结合可能是实现该技术的必经道路。      

多点地质统计学的理论、方法、应用及发展现状

基于变差函数建模方法的两点地质统计学在表达和揭示复杂空间结构特征以及重建复杂地质体几何形 态等方面存在不足,多点地质统计学,也称之为多点模拟(multipleＧpointssimulations,简称 MPS)应用训练图像代 替变差函数来表征多点之间的空间关系及分布模式,因而可弥补传统两点地质统计方法的固有缺陷.自 MPS理 论与方法提出以来,它经历了近二十年的发展与完善,至今已形成了基于迭代和非迭代算法的２类 MPS方法,前 者主要有Simpat、Dispat、DSＧMPS等算法,在研究初期应用较为广泛,但存在收敛条件难以满足、计算速度过于缓 慢而难以应用于实际的不足.后者则克服了这些不足,发展较快,逐步取代了前者,是目前主要的 MPS方法,具 体包括 Enisem、Snesim、Growthsim 等算法.MPS发展初期主要应用于储层建模,之后逐渐被广泛地应用于解决 裂缝模拟、数字岩心重构、地球物理约束反演等其他相关地学难题以及土壤学、计量经济学等诸多学科领域.近 年来 MPS方法是地质统计学中的热门与前沿研究方向之一,针对算法优化及其应用拓展的研究较多,但是目前 仍然存在一些问题,如难以获取适当的训练图像、模拟地质体的连续性受限、与其他建模方法耦合时数据标准不 一致等.      

改进的HASM-AD算法及在空间变量模拟的应用分析

高精度曲面建模(HASM)可以显著提高空间曲面模拟的精度,但是计算速度低限制了该模型的进一步应用。为了提高HASM模型的计算效率,本文对HASM-AD算法作了改进,通过在计算过程中为采样点添加索引,避免了计算过程中对采样点信息的重复查找操作;同时,在遍历独立计算单元时实时计算第一类、第二类基本量及克式符号,避免了全局存储上述变量所需要的额外内存消耗。数值试验表明,由于将全局线性方程组求解问题转化为局部独立计算单元(5×5栅格)内的方程组求解,改进的HASM-AD算法显著提高了计算效率,同时降低了模型运行过程中的内存消耗。最后,本文以全国陆地降水空间分布模拟分析作为实例,验证改进的HASM-AD算法模拟精度及计算效率,模拟结果表明,改进的HASM-AD算法模拟结果精度优于其他HASM算法(以HASM-PCG为例),并且计算效率优势更为明显,实现全国10km分辨率的降水分布模拟耗时仅为4s。表明改进的HASM-AD算法提高了计算速度,并且适于大尺度的空间变量模拟应用。     

基于Kriging算法的三棱柱地质体三维可视化实现

采用了一种基于Kriging算法的三棱柱三维可视化方法对地质体进行了可视化,其基本思想是首先用Kriging算法将空间任意的离散的数据点生成规则的点数据,将点数据划分成多个三棱柱,然后以三棱柱为基本单元进行地质体可视化。本系统是在Visual C++/OpenGL平台上开发而成,具有精度高、交互好的特点,经过实践运行,切实可行。     

面向GTP的三维地质模型空间剖切方法与应用

广义三棱柱（GTP）是近年来提出并被广泛应用于三维地质建模领域的一种较为成熟的空间数据模型,可满足大多数地质钻孔数据的三维地质建模的要求。然而,现有针对GTP模型的三维空间剖切分析方法,仍无法适用于偏斜钻孔数据所建三维地质模型高效多次任意剖切、不能支持较为复杂的地质模型空间分析的问题。本文通过对GTP剖切算法改进研究,提出了采用动态四面体剖分法减小数据冗余;鉴于GTP形态较为复杂,可对剖切后保留多面体进行拓扑关系的重组,解决任意多次剖切问题;将多次“面-体”形式的单剖切运算组合为一次“体-体”形式的复合剖切运算的方法,可高效实现对三维地质模型空间分析。本文着重面向GTP体元的多重任意切剖平面的剖切问题,在分析了GTP体元特征的基础上,弥补了三维地质建模领域中对GTP体元任意、多重剖切方法研究的不足。应用实例表明,上述改进算法可以提高GTP剖切计算速度,并能够快速实现巷道掘进模拟,以及空间开挖模拟等复杂的空间分析功能。     

基于CUDA的地表水动态模拟并行方法

如何高效地动态监测、模拟和预测地表水过程是防灾减灾中亟待解决的问题,也是科学化的国土整治、区域规划、环境保护和水资源管理的基础。因此,本文利用统一计算设备架构(CUDA)对基于不规则三角网(TIN)的地表水动态模拟算法进行并行化改进,提出了一种基于CUDA的地表水动态模拟并行方法,旨在对任意时刻的地表水进行快速、高精度的动态模拟,从而满足实际的应用需求。该算法从高精度的数字高程模型(DEM)中提取地形特征点和流域线,生成受流域线约束的TIN。在此基础上,根据TIN表面的三角面坐标数据获取水流方向,再结合任意位置的降雨源点追踪得到流水线网络。基于曼宁公式,利用流水线流速计算核函数得到每条流水线上雨滴的流速,结合预设的时间,利用汇流量统计核函数得到该时刻的地表汇流量。具体的并行化过程包括数据的传输,CUDA中线程的划分和流水线流速计算核函数和汇流量统计核函数的实现。本文选取位于加拿大新布伦瑞克西北部的BBW(Black Brook Watershed)流域作为实验样区,将该算法与改进前的方法进行对比表明,该模型在保持精度的同时,大幅提高了模拟效率,加速比达到11.2;另外,通过与SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型进行对比,结果表明,该并行方法的Nash系数提高了88%,相关系数提高了5%。     

虚拟钻孔控制的地质剖面图构建算法与实现

地质剖面图构建采用的数据源多为钻孔数据,对于构建过程中的地层尖灭、剖面图光滑处理等问题的相应算法应用较为复杂,稳定性与健壮性不尽如人意。针对这些问题,本文提出一种虚拟钻孔控制的地质剖面图构建算法。首先,根据地层尖灭处理策略构建其虚拟钻孔;其次,依据细分光滑策略采用4 点插值细分算法构建其虚拟钻孔;然后,对地层线要素进行多边形拓扑重建,构建地层多边形实体;最后,综合各项地质剖面图制图要素进行整饰输出。本文将虚拟钻孔引入地质剖面图构建的各个环节中作为算法中间单元,有效简化了建模算法实现过程,确保了算法的稳定性与高效性。实例表明,采用本文算法所构建的地质剖面图能正确反映研究区域的地质构造,增加了细分次数,可明显提高出图平滑效果。     

地质统计学组件库系统架构设计与应用——以Python和SuperMap Object的趋势面分析为例

随着GIS应用在地学应用领域的拓展和加深,有必要为GIS工具引入和整合地质统计学等分析工具。应用COM组件技术和Python及其科学计算扩展模块SciPy可以迅速高效的开发出具有COM接口的地质统计学分析模块,并整合到组件式GIS工具中。本文介绍了应用Python在SuperMapObject集成中的趋势面分析。     

3D GIS下地下水流有限元数值模拟方法与应用

目前缺乏针对较强空间特性水文地质计算参数的高效采集方法与管理机制,而且现有孔隙地下水流有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面仍存在很多不足。因此,本文以有限元数值计算方法和三维地理信息平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,针对孔隙承压地下水有限元分析过程的关键步骤（概念模型构建、空间离散、水文地质参数提取与赋值等）,提出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。基于水文地质钻孔数据和GTP（Generalized Tri-Prism）空间数据模型,以盐城市滨海平原水文地质区为研究区域,实现了地下水系统空间结构特征的三维表达,同时与地下水流有限元数值模型相耦合,提出了3D GIS模型与地下水非稳定流有限元数值模型耦合的核心处理算法,并在此基础上开发了3D GIS地下水流数值模拟系统。应用实例表明,该技术框架可有效简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。     

面向地质大数据的结构-属性一体化三维地质建模技术现状与展望

开展三维地质建模的目标,不应当只是实现地质体框架的可视化表达,而应当同时实现地质大数据的聚合、管理、挖掘、分析和共享。然而,传统的方法和技术难以实现顾及地质语义的结构-属性一体化三维地质建模与耦合表达。多点地质统计学方法虽然便于多源数据、地质先验知识、结构-属性的融合建模,却仍然受到数据结构表达能力不足、三维训练图像难以获取和非平稳现象的限制。面向地质大数据集成与管理的要求,详细讨论了三维地质建模中的空间数据模型、基于多点地质统计学的结构-属性一体化集成建模方法、以及基于三维地质模型的地质大数据集成与管理的框架与模式。发展新型的面向地质结构-属性耦合表达的统一空间数据模型,以及知识驱动与数据驱动协同的三维地质结构-属性一体化集成建模技术体系,着力构建出地质大数据的聚合、集成、管理、挖掘和分析的可视化环境与操作平台,是未来三维地质建模领域的研究热点和前沿方向。      

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基于边界模型和广义耦合马尔可夫链模型的地层变异性模拟方法

地层变异性对岩土结构物的性能评价影响显著, 地层变异性的准确表征对工程实际具有重要意义。为此, 提出了一种有效的地层变异性模拟方法, 在概率框架内, 将边界模型和广义耦合马尔可夫链模型相结合形成一种组合模型, 以综合利用两者的优势。首先, 通过贝叶斯方法识别边界模型参数, 进而采用条件随机场对地层边界进行模拟。然后, 将边界模型模拟结果作为背景信息用于广义耦合马尔可夫链模型中, 实现两种模型的结合。最后, 以香港某建筑场地地层为例, 对3种不同模型的地层变异性模拟结果进行了比较, 以阐明该组合模型的优势, 并探讨钻孔数量及其位置对所提组合模型地层变异性模拟的影响。结果表明: 相比于边界模型与广义耦合马尔可夫链模型, 该组合模型不仅能够模拟复杂的地层分布情况, 而且能够考虑边界的空间分布趋势, 能够有效地避免地质异常现象; 钻孔布置方案对地层模拟的不确定性及其实现均具有较大影响。      

孢粉浓度统计法在西北土类堆积物的应用

本文以宁夏水洞沟全新统剖面为例,运用孢粉浓度统计法对我国西北地区土类堆积物进行了初步研究,并与传统的孢粉百分比统计法所得结果进行了对比。文中,运用电子计算机进行了孢粉资料整理,划分出了七个孢粉组合带,基本上符合我国北方全新世气候变化的一般规律。结果表明,两种方法所反映的古植被、古气候变化趋势基本一致。在孢粉数量丰富的情况下,孢粉浓度统计在图式上表现得更突出和明显;在孢粉数量较少时,用百分比统计法更便于说明问题。     

四川盆地长宁示范区龙马溪组页岩岩石力学特性及脆性评价

页岩的岩石力学特性对页岩气开发效果具有重要影响,因此以四川盆地长宁示范区志留系龙马溪组泥页岩层段为研究对象,分析其力学与脆性特性。采用矿物组分分析、地球物理测井分析和实验室力学实测相结合的方法,比较了龙马溪组龙一段和龙二段的脆性矿物含量、泊松比、杨氏模量、岩石脆性、三轴压力等力学特性。结果表明:龙二段比龙一段具有更高的脆性矿物含量,龙一段的泊松比明显高于龙二段,利用纵横波时差比可以反映泊松比的变化,纵横波时差关系图的斜率与泊松比具有相反的变化趋势。龙一段样品的杨氏模量低于龙二段样品,通过杨氏模量和泊松比关系图发现龙一段与龙二段发生分离,龙二段页岩段的脆性指数大于0.5,应力、应变曲线的负坡较陡。综合评价分析表明:龙二段具有较低的泊松比、纵横波时差比和较高的杨氏模量,龙一段比龙二段更易变形。因此龙二段脆性优于龙一段脆性,有利于后期的压裂改造。