利用混合法构建三维数字岩心(英文)

在弹性波有三维数字岩心描述了岩石的微观孔隙结构。X射线CT扫描是获取三维数字岩心最准确和直接的方法,但实验成本高。本文结合沉积过程模拟和模拟退火算法,提出了重建三维数字岩心的混合法,基于岩石二维图像重建三维数字岩心。利用岩石颗粒沉积算法构建初始数字岩心,作为模拟退火算法的初始状态。运用模拟退火算法调整岩石颗粒和孔隙的相对位置,使三维数字岩心与岩心二维图像具有相似的自相关函数,从而建立三维数字岩心。与传统模拟退火算法相比,该方法计算时间明显减小。运用局部孔隙度理论定量比较了重建数字岩心和岩心X射线微CT图像,两种数字岩心具有相似的均质性和孔隙连通性。利用有限元方法和格子玻尔兹曼方法分别模拟了重建三维数字岩心的地层因素和渗透率,数值模拟结果与实验结果相符。相比传统模拟退火算法,混合法重建数字岩心的传导特性更接近真实岩心的传导特性。     

地震波数值模拟的非规则网格PML吸收边界

以格子法为基础,以声波方程为例研究非规则网格PML(Perfectly Matched Layer)方法.本方法的核心是建立局部坐标系下的分裂方程和基于积分近似的微分方程弱形式.该非规则网格模拟方法允许在计算域内设置任意形状的人工边界.对于二维半空间问题,与采用矩形人工边界相比,采用半圆形人工边界可减少计算量20%以上.采用光滑的曲边界,不仅可减少计算区域,还可避免常规的PML吸收边界在吸收带角点区域的特殊处理.本方法事先计算和存储边界单元的局部几何参数,在计算的每一时间步查表调用这些参数,与常规的直边界PML方法相比,不增加任何计算量.     

品味爬格子的快乐

到目前为止，掐指算来。我已在方格纸这块“田地”上耕耘了整整快10年了。其间向各种报刊投出了新闻稿、评论文章、生活随笔、各种收藏品介绍、论文等各类文章200多篇，承蒙各地编辑们的厚爱。至今已有近150多篇大小各式文章在市级以上的刊物“曝光”，其中在《中国体育报》、《中国商报》收藏拍卖导报、《集邮博览》杂志等一些国家级的报刊上也有文章发表。虽然是“广种薄收”，但是每当有空或是心情不愉快的时候，去品味一下自己用汗水浇灌培植出来的这些丰收“果实”，从中的心情就会自然地舒畅和豁迭开采。因而也感到无比快乐。     

格子玻尔兹曼方法及其在大气湍流研究中的应用

文章的目的是对格子玻尔兹曼方法进行系统的介绍，格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method)的出现直接来源于20世纪60年代的元胞自动机(Cellular Automata)思想，而这一方法用于解决流动现象时，又可以追溯到19世纪的分子运动论，求解的是Boltzmann提出的玻尔兹曼输运方程，因此将这一方法称为格子玻尔兹曼方法，之前也被称为格子气自动机(Lattice Gas Automaton)。该方法多用于研究复杂现象，如材料晶体凝聚时的生长过程、城市土地利用的演化等方面。在20世纪70年代由Hardy、Pomeau和Pazzis建立了第一个用于研究流体运动的格子气自动机，此后，这一方法被广泛用来模拟各种流动问题，诸如二相流、孔隙介质中的渗流等，并根据这一方法开发了相应的商业软件PowerFlow。同时，格子玻尔兹曼方法由于其在微观水平描述运动的特点，成为研究湍流的一个很好的数值计算工具，特别是用其进行直接数值模拟(DNS)计算，成为继传统的差分法、有限体积法和谱方法之后的又一有力的手段。而作为大气运动的一个主要现象的大气湍流，比普通湍流更加复杂，在这里着重介绍了大气湍流的特点和应用格子玻尔兹曼方法模拟湍流的发展过程。     

孔隙尺度多孔介质流体流动与溶质运移高性能模拟

深入探究孔隙尺度下的流体流动特性和溶质运移规律对石油开采、农田养分管理、地下水污染修复有着重要意义。以人工构建的多孔介质结构和同步辐射X射线显微CT扫描的土壤团聚体（分辨率3.7 μm）为研究对象，在空间节点数多达64 000 000的情况下，基于格子Boltzmann模型和GPU并行技术计算得到多孔介质流体运动和溶质运移过程的关键参数，并据此探究多孔介质空间异质性对水力学特性的影响。通过对3组不同结构的多孔介质比较发现，结构复杂程度最高的土壤样品和不规则堆叠的圆球结构的渗透率在100 mD（即10^-13m²）量级，远低于规则堆叠的圆球结构（>20 000 mD）；土壤的迂曲度为1.40~1.60，明显高于规则堆叠的圆球结构。研究结果表明，渗透率大的样品具有较小的迂曲度，这与结构的空间异质性有较强的关系；土壤的渗透率和迂曲度呈现各向异性；在水力梯度一定的前提下，渗透率较大的样品，纵向弥散系数也较大；同时，结构的异质性也会影响溶质的穿透曲线。本研究提出的模拟方法可在土壤结构中进行高效的水流运动和溶质运移模拟，可用于土壤多孔介质在孔隙尺度下的水力学特性研究。     

沙波纹生成的耦合映射格子模型

应用耦合映射格子模型模拟了三维、不对称、带有Y形连结的沙波纹的形成与演化过程。模拟显示了在风力作用下,平坦床面上的沙粒通过自组织形成沙波纹,其波长通过合并逐渐增长,而成熟后的沙波纹具有长而缓的迎风坡和短而陡的背风坡,并以确定的速度向下风方向迁移,这些特征很接近自然界中的沙波纹。此外,还模拟了双风向下沙波纹形态的变化,结果与Rubin等人关于横向、斜向床面形态形成条件的论断相符合。     

中心具有大质量黑洞的星系中星的投影数密度

用Ｓｃｈｗａｒｚｃｈｄｉｎｌｄ度规及波尔兹曼方程求得星系中的星数密度，并利用广义相对论求得星的投影数密度。这样计算出的结果显示出中心部分的星多，那么中心区域会比大半径处亮得多     

岩石孔喉道中表面粗糙度对油水两相流动的影响

岩石孔喉道中表面粗糙性是影响油水两相流动的重要因素之一.本文利用格子波尔兹曼数值模拟方法模拟了在光滑和粗糙孔喉道中的水驱油的流动特性,通过比较亲水和亲油的孔喉道模型中的含水饱和度、油水相对渗透率的变化,分析粗糙度对于流动特性的影响.结果表示:1)无论是亲水性还是亲油性模型,孔喉道表面的粗糙性对于油水流动都起阻碍作用;2)由于孔喉道表面粗糙元间空隙的存在,一部分油被圈闭于空隙中,不能实现完全驱替;3)水驱油的过程中,亲水性的孔喉道的含水饱和度和油水相对渗透率均高于亲油性孔喉道;4)在亲水性孔喉道中,粗糙性对含水饱和度和油水相对渗透率的影响更为明显,亲油性孔喉道次之;5)亲油性孔喉道的粗糙性增加到一定的程度后,它对流动的阻碍作用不再随着粗糙性的增加而逐渐增强.     

煤储层分形孔隙结构中流体运移格子Boltzmann模拟

耦合理论模型与数值模拟方法,详细分析了煤储层孔隙结构分形特征对煤层气运移的控制作用．首先,采用Menger海绵体构造思想模拟了三维煤岩介质的非线性孔隙结构;随后,借助多孔介质渗透率的串联,并联模式预测模型,推导出分形多孔介质渗透率同孔径分布特征之间的关系,并采用格子波尔兹曼方法验证了其有效性．基于耦合方法,系统分析了分形多孔介质孔隙度仍孔隙结构分形维数仇,孔径范围[rmm,rmax]等参数对其渗透率椭影响,结果表明：①最大孔径rmax形成的通道主宰k,呈近2次方关系;②最大孔径同最小孔径比越大,渗透率越高;③D。与x2_间呈负幂乘关系,并表现出分段特征,拐点为Db=2．5附近．综合以上分析结果,推演出分形多孔介质渗透率预测模型为盯=Cyr n/max其中C为常量,F／为接近2的常量,．厂是同孔隙结构信息相关的表达式．最后,本文还讨论了Db=2时,本文预测模型与Kozeny和Carman模型r=-Cr2的等效性．     

夏塞银矿床中硫盐矿物成矿作用的重要意义

夏塞银多金属矿床地处我国四川省巴塘县茶洛乡,按照大地构造单元划分其位于川西义敦岛弧造山带的中央地段。它是我国最早发现的大陆碰撞型矿床。该矿床以含高品位的Ag,伴生Sn、Cu、Bi、Cd、Au,以及众多的硫化物及硫盐为特征,其种类多达50种,尤以辉锑铅银矿及银锑黝铜矿系列最丰富,系该矿山银资源的主要矿石矿物。其他如锑端元硫砷锑铅矿、脆硫锑银铅矿、硫锑铅矿-脆硫锑铅矿系列亦有发育。本文旨在查明此类矿物的成因并探索其重要的成矿作用。本文通过EMP及SEM-EDS等方法查明上述矿物的赋存形式并分析其化学组成。结果表明上述矿物均以显微包裹体状态散布于硫化物方铅矿及铁闪锌矿中。代表性的辉锑铅银矿包裹体粒径大小悬殊,形态各异,粒度从1μm至50μm不等,且以两组成90°正交的网状构造分布在方铅矿中,此种构造实属罕见,此外尚见有其他多种奇特形态。将银锑黝铜矿系列的Ag/(Ag+Cu)与Zn/(Zn+Fe)比值在Sack等温曲线中投图,估算生成银锑黝铜矿系列的流体温度为200~350℃。参照以往包裹体测温数据认为夏塞地区Ag、Sn多金属矿床应属岩浆期后的中温热液类型矿床。本文再次强调硫盐矿物在夏塞银矿床成矿作用中的重要性,有助于深刻认识夏塞矿床成因机制。