多点地质统计学研究进展与展望

在简要回顾多点地质统计学起源后,介绍了多点地质统计学的3种方法,并总结了多点地质统计 学的研究进展。在应用领域,已经从河流相建模发展到扇环境建模,从储集层结构建模发展到储集层物性分布 模拟,从宏观地质体预测发展到微观孔喉分布建模,从地质研究发展到地质统计反演。在整合信息建模方面, 给出了３种综合地震属性的方法;在算法方面,提出了PRTT实时处理方法,完善了多点地质统计学建模,并开 发了新的多点统计生长算法（Growthsim）。对多点地质统计学未来发展进行了展望,指出在训练图像、数据综合 以及建模方法耦合方面还需要进一步深入研究。     

石羊河下游民勤绿洲地下水矿化度的时空变异

结合地理信息系统,运用地统计学方法研究石羊河下游民勤绿洲近15年来的地下水矿化度的时空变异规律及其与土地利用变化的关系。结果表明:(1)在1987年和2001年的两个时期地下水矿化度的实验变异函数值与理论变异函数拟合较好,F检验达到极显著水平;(2)地下水矿化度在4km以下小尺度上的随机变异SHR特别小,而在4～40km的中尺度上的结构性变异SHA达99.9%,可以认为研究区域内地下水矿化度在整个尺度上具有恒定的变异;(3)Kriging插值及其与同期的绿洲景观类型图进行叠加运算表明,在变化趋势上,除坝区东南部略有下降外,整个绿洲地下水矿化度都增大,北部湖区最显著;在变化面积上,地下水矿化度在3.0g/L以下的面积从1987年的75.26%降到了2001年的58.54%;而其>4.5g/L的绿洲主要集中在湖区。地下水矿化度较低区域的耕地面积减少,而地下水矿化度3.0g/L以上的耕地面积从7.03%增加到了14.32%,特别是湖区,地下水的矿化已严重威胁到了耕地的存在。     

A case study of spatial heterogeneity of soil moisture in the Loess Plateau, western China： A geostatistical approach

Soil moisture distribution shows highly variation both spatially and temporally. This study assesses the spatial heterogeneity of soil moisture on a hill-slope scale in the Loess Plateau in West China by using a geostatistical approach. Soil moisture was measured by time-domain reflectometry （TDR） in 313 samples. Two kinds of sampling scales were used （2 × 2 m and 20 ×20 m） at two soil layers （0-30 cm and 30-60 cm）. The general characteristics of soil moisture were analyzed by a classical statistics method, and the spatial heterogeneity of soil moisture was analyzed using a geostatistical approach. The results showed that the spherical model is the best-fit model to simulate soil moisture on the experimental hill-slope. The parameters of this model indicated that the spatial dependence of soil moisture in the selected hill-slope was moderate. Even the 2 × 2 m sampling scale was too coarse to show the detailed spatial variances of soil moisture in this area. The dependent distance increased from 27.4 m to 494.16 m as the sampling scale became coarse （from 2× 2 m to 20 ×20 m）. A map of soil moisture was generated by using original soil moisture data and interpolated values determined by the Kriging method. The average soil moisture （area weighted） in the different layers of soil was calculated on the basis of this map （10.94% for the 0-30 cm soil layer, 11.88% for the 30-60 cm soil layer）. This average soil moisture is lower than the corresponding average effective soil moisture, which suggests that the soil moisture is not sufficient to support vegetation in this area.     

随机反演在储层预测中的应用

针对隐蔽油气藏储层预测的需要,开展了地震反演研究,根据目前的实际应用将储层预测中的基于模型的地震反演分为三个实施阶段:即构造反演、声波波阻抗或弹性波阻抗反演以及岩性反演,并对每个阶段的目的、关键技术及其原理进行了详细描述,尤其是详细描述了基于马尔科夫链的蒙特卡罗随机模拟技术.最后给出了一个综合应用测井、地质、地震资料进行反演,从而进行储层预测的实例.     

基于二维地质剖面的三维地质结构多点统计学模拟方法

利用三维地质模拟技术重构地质现象的三维空间分布,是实现自然资源管理和风险评估的重要基础和前提。多点统计学方法通过探寻多点间的空间结构关系,结合随机模拟方法生成具有差异性的模拟结果,较好地再现了复杂的地质现象。然而,如何构建合适、有效的训练图像一直是基于多点统计学三维地质模拟的核心问题。本文提出了一种改进的多点统计学算法。本方法结合了序贯模拟和迭代的方法,将二维剖面扩展为三维训练图像,再结合EM-Like算法,实现了三维地质结构的优化模拟。建模实例结果表明,本方法能确保训练图像对内部模拟网格的约束,准确模拟研究区的地层层序,并很好地再现二维地质剖面所反映的地层结构关系。     

基于PCA-GWR的包气带不同土层饱和导水率的传递函数及其回归克里金估计

饱和导水率是重要的土壤水力学参数,对渗流和溶质运移研究起着至关重要的作用.土壤传递函数可以代替大规模采样和室内外试验间接预测该参数,但由于土壤的空间变异性以及方法的局限性等原因,以往的传递函数往往精度有限.本文以黄河下游沿岸兰考县闫楼乡包气带不同土层为研究对象,基于64个钻孔数据,将土壤粒径分布（黏粒、粉粒和砂粒含量）、土壤结构分形维数、干容重、总孔隙度、pH值、有机质和电导率等9个基本理化特性参数作为影响因素,基于逐步回归、主成分回归和主成分-地理加权回归（PCA-GWR）三种方法,分别对研究区包气带不同土层的饱和导水率进行回归分析,比较精度后基于PCA-GWR对饱和导水率进行地理加权回归克里金插值.结果显示,除表层粉土以外,PCA-GWR法的预测精度有显著优势.不同土层传递函数和饱和导水率分布的差异性表明,由于黄河下游地区快速多变的沉积过程、黄河的决口改道以及人类活动等因素,包气带土层相变剧烈,土壤饱和导水率在平面上亦具有明显的非平稳特征.而局部地质作用和人类活动是第二层粉土层回归克里金估计结果欠佳的深层原因.     

浅覆盖区第四系三维地质结构模型不确定性分析——以运漕幅离散钻孔为例

针对以离散钻孔为主要数据源建立的第四系三维地质结构模型,采用地统计学方法以置信度指数定量评估三维地质结构模型的不确定性。通过分析目标地层顶面趋势,获取其地质复杂度信息;利用半方差函数模型分析目标地层顶面的空间自相关性,获取其数据精度信息;结合专家经验,以置信度综合评估模型的不确定性。以运漕幅第四系三维地质结构模型为例,分别绘制早—中更新世青弋江组(Qp1-2 qy)与中—晚更新世大桥镇组(Qp2-3 d)顶面高程与置信度指数图。结果表明,钻孔位置和运漕幅右下角钻孔密集处的置信度指数较高,图幅边缘及地层缺失处的置信度指数偏低。置信度指数与钻孔数据精度呈正相关,与地质复杂度呈负相关。置信度指数可为以离散钻孔为主要数据源建立的第四系三维地质结构模型的不确定性分析提供量化工具。     

工程场地的断层密度地质统计学分析

为了深入研究某工程场地内断层的地质特征,通过收集、整理工程场地的地质资料和较系统的野外地质调查,应用指示克里格方法分析了场地内断层密度的空间分布特征。研究表明断层密度具有明显的各向异性分布特征。断层密度分布的主变程方向为296.4°,与工程场地长轴方向一致,在此方向上断层密度具有较好的相关性与连续性,工程地质条件较差。次变程方向为26.4°,在此方向上断层密度的相关性差,工程地质条件则较好。建立了工程场地地表断层密度的定量数学模型,主变程1 692m,次变程759m,主变程方向296.4°,块金值0.127,基台值0.263。划分了场地工程地质带,工程场地南部边缘地质条件较差,中部至北部边缘地质条件相对较好。     

基于地学信息的土壤属性高精度曲面建模

目前土壤属性的曲面建模面临两大问题,一是缺乏足够多的采样点进行模拟,二是采样点的土壤属性与环境变量间存在非线性关系。高精度曲面建模(HASM)方法在如何融合地学信息对土壤属性进行空间插值,尚需深入研究。本文提出高精度曲面建模与地学信息相结合的土壤属性空间插值方法(High accuracy surface modeling for soil properties, HASM-SP),分别基于研究区的土壤类型、土地利用类型和母岩类型,模拟了江西省典型红壤丘陵区土壤的速效磷(AP)、锂(Li)、pH、碱解氮(AN)、全钾(K) 和铬(Cr) 6 种土壤属性的空间分布。将HASM-SP与普通克立格(OK)、OK与地学信息相结合的方法(OK-Geo) 和分层克立格(SK) 相对比,结果表明：结合地学信息可以使插值方法(HASM-SP和OK-Geo) 模拟结果的平均误差更趋近于0;相对于其他3 种方法,HASM-SP具有较小的平均绝对误差和均方根误差。从模拟的空间分布图上来看,HASM-SP获得了由于地学要素类型突变导致的土壤属性空间变异的细节信息。因此,基于地学信息的土壤属性高精度曲面建模方法(HASM-SP) 与传统插值方法相比,不仅提高了土壤属性空间分布的模拟精度,还能更好地刻画突变边界处土壤属性的空间变异,使土壤属性分布图更好地符合地学规律和实际情况。HASM-SP的提出对于丰富土壤属性的高精度曲面建模理论具有重要意义,并为土壤管理、精准农业的实施以及区域环境规划等提供科学依据。     

地质统计学在气象要素场插值的实例研究

对两种气象要素场数据分别用距离平方反比法、三次B样条和克里格（Kriging）法插值计算.比较了三种方法结果的差异和当计算场满足不同类型克里格数学假设前提下,普通克里格法（OK）与泛克里格法（UK）插值结果的异同.结果表明：克里格法的误差普遍偏小,且在插值区域峰值处克里格法的最大绝对误差和残差方差均可能较样条的小,说明只要充分了解研究区域特点,恰当选用参数,克里格法有可能得到优于样条的结果,而距离平方反比法和克里格法用全场数据插值不如使用局部数据插值的精度高,则表明内插计算具有局域性.同时还发现,虽然插值场是否满足克里格法假设对插值结果存在影响,但这种影响有时并不重要,它依赖于插值场的性质.