陆面过程高分辨率模拟的不确定性

陆地是地球气候系统的重要组成部分,是人类生产生活的重要场所.陆地表面水资源、生态系统和人类活动受到全球气候系统的影响,对气候变化响应敏感.同时,作为气候系统的下边界,陆地也深刻地影响着局地乃至全球的大气环流和气候变化.因此,准确而高分辨率的陆面过程模拟是模拟天气气候事件,进而正确认识天气气候现象的重要前提.然而,现代陆...     

基于数据分布域变换与贝叶斯神经网络的渗透率预测及不确定性估计

渗透率是储层评价和油气藏开发的关键参数.传统测井方法与常规机器学习方法估算的渗透率都是固定值.但由于测井数据本身存在噪声, 渗透率的预测结果可能受到噪声的影响出现测量性的随机误差(即任意不确定性); 同时, 当测试数据与训练数据存在差异时, 机器学习模型在预测渗透率时可能出现模型参数的不确定性(即认知不确定性).为实现渗透率的准确预测并量化两种不确定性对结果的影响, 本文提出基于数据分布域变换和贝叶斯神经网络同时实现渗透率预测及其不确定性的估计.提出方法主要包括两个部分: 一部分是不同域数据分布的相互转换, 另一部分是基于贝叶斯理论的神经网络渗透率建模预测和不确定性估计.由于贝叶斯神经网络存在数据分布的假设, 当标签的概率分布与网络的分布保持一致时, 贝叶斯神经网络可以更好的学习到数据之间的关系.因此通过寻找一个函数将一个原始域的渗透率标签转换为目标域的与渗透率有关的变量(我们称为目标域渗透率), 使得该变量符合贝叶斯神经网络的分布假设.我们使用贝叶斯神经网络预测目标域渗透率以及任意不确定性和认知不确定性.随后, 通过分布域的逆变换, 我们将目标域渗透率还原回原始域渗透率.应用本文方法到某油田的18口井的测井数据中, 使用16口井的数据进行训练, 2口井进行测试.测试井的预测渗透率与真实渗透率基本一致.同时, 任意不确定性的预测结果提供了渗透率预测值受到的测井数据噪声影响的位置.认知不确定的预测结果说明数据量少的位置具有更高的认知不确定性.我们提出的这一流程不仅显示了在储层表征方面的巨大潜力, 同时可以降低测井解释时的风险.

     

南海北部全新世以来海平面变化特征及未来趋势预测

南海北部是南海向陆地过渡的前锋关键地带和全球变化的敏感地区之一,受海平面变化的影响,该地区海平面标志物广泛发育,是开展过去海平面变化研究的理想区域。目前关于南海北部全新世海平面变化历史的认识依然存在一定分歧。基于此,通过新增6个珊瑚礁数据,并对南海北部已发表的海平面数据进行年代和高程校正,然后进行相互验证和可靠性分析。同时对监测记录较为连续的12个验潮站的现代海平面观测资料进行整理和进一步验证重建结果的可靠性。最后,根据汇编的679个校正和可靠性评估后的海平面数据,重建了南海北部全新世以来,尤其是最近2 000 a的海平面变化历史和变化特征。校正和评估后的数据显示：南海北部海平面从早全新世（8 211 ±128）cal a BP的−16.16 m快速上升到6 000～7 000 cal a BP的1.5 ～ 2.5 m,之后波动下降到现今海平面高度。其中在中全新世海平面保持高位震荡约2 600 a,而晚全新世南海北部过去2 000 a海平面整体呈现出阶段变化过程。首先,在公元0—350年呈下降趋势,然后在公元350—850年海平面快速上升,并在公元880年,海平面处于过去2 000 a的最高点（1.05±0.35）m,随后海平面继续下降至公元1850年的（−0.18±0.05） m。之后半个世纪保持水平窄幅波动,直到公元1897年（−0.19 ± 0.05）m后,海平面持续震荡逐渐上升至公元2020年的0.076 m。若以过去百年（公元1925—2020年）和40 a（公元1980—2020年）上升速度（分别为2.35 mm/a和3.55 mm/a）估算,公元2100年南海北部海平面将比现今海平面高0.19～0.28 m。因此,在南海北部沿海低洼地区开展大型工程建设时,需要考虑未来海平面上升因素带来的不利影响。此外,分析发现,基于不同海平面标志物和采用不同重建方法是南海北部全新世以来海平面重建结果区域差异的主要原因。总体上,南海北部中全新世以来海平面呈现出波动下降的趋势。尽管不同地区海平面在时间与高度上存有差异,但是南海北部地区与周边海岸的海平面记录一致,这说明中全新世南海北部高海平面与南海周边地区基本同步,极可能具有全球背景。     

海啸危险性概率分析的不确定性研究

针对海啸危险性概率分析（PTHA）存在的较大不确定性问题,对不确定性产生来源进行了归纳和分类,提出了基于逻辑树与事件树方法合理量化不确定性的思路框架,并以马尼拉海啸潜源为研究对象,给出了量化震级上限、破裂面参数不确定的过程示例。数值模拟分析结果表明：海啸潜源震级上限的改变对危险性评估结果产生了显著影响,通过逻辑树方法可合理量化这种不确定性;地震破裂面的倾角、滑移角和破裂面积的随机不确定性对海啸危险性分析结果产生较为显著的影响,经事件树方法处理后的危险性结果保证率远高于20%,略低于80%,可基本满足工程抗海啸设计要求。     

断层厚度的地震效应和非对称地震矩张量

本文导出了具有厚度和滑动弱化区域的断层的非对称地震矩张量表示式,指出要求地震矩张量具有对称性不是一个绝对必要的限制.在非对称地震矩张量中,位错项对应于对称地震矩张量,拉力项对应于非对称地震矩张量.由于拉力项等效于单力偶,所以在非对称地震矩张量解的两个节面上,沿滑动矢量方向的力偶强度不再相同,与较大力偶相联系的节面为断层面,与较小力偶相联系的节面为辅助面.这一性质可用以从两个正交的节面中判断哪一个节面是断层面.如果忽略拉力项,会高估与位错对应的标量地震矩.只有满足相应的约束条件的非对称地震矩张量才能表示具有厚度和滑动弱化区域的断层模型,并从中分离出与位错和拉力对应的地震矩张量.     

距离法定量评价储层地质模型的不确定性

针对目前常用的储层地质模型不确定性评价方法存在的主要问题,提出了先用距离函数计算模型之间的差异,再以差异的大小来判断不确定性大小的方法.以WZ油田西区为例,采用相控物性参数建模技术,利用顺序高斯模拟方法建立渗透率的三维模型.对各种度量差异的距离函数进行对比研究和分析,结果显示曼哈顿距离函数和欧氏距离函数能较好地刻画模型之间的差异.选用欧氏距离函数计算模型之间的差异,其原理是先计算每两个模型之间相对应的每一网格节点的渗透率值差的平方和,然后取平方根,得到一个表征各模型之间差异的矩阵.根据该矩阵可得到各个模型之间的差异程度,差异越大,不确定性就越大.最后通过对比模型过井剖面图分析结果与距离矩阵分析结果,说明了本方法的正确性,结果显示该方法能有效评价随机模拟生成的储层地质模型的不确定性.     

CAP方法反演震源机制的误差分析:以胶东半岛两次显著中等地震为例

利用区域波形数据使用CAP方法反演中强地震的震源机制正逐渐得到广泛应用.本文以胶东半岛近期发生的两次显著中等地震为例,讨论了使用CAP方法反演震源机制时的误差估计,展示了反演结果的不确定性分析过程.2013年11月23日和2014年1月7日在山东莱州和乳山分别发生了M4.6和M4.3级中等地震,两次事件均造成了较大影响.我们基于CAP方法,使用自助抽样(bootstrap)技术多次重复反演过程,得到大样本量的震源机制解数据;基于这些数据,使用粒子群算法和聚类分析技术给出了优化解,估计了震源机制解的误差范围,并利用震源机制解的P、T轴给出了震源球上的概率密度分布.     

核设施一维土层地震反应分析中的参数不确定性

本文概述了一维土层地震反应分析等效线性化方法评价结果不确定性研究的进展,比较了中美两国核设施土层地震反应分析中参数不确定性的处理方法。基于实测数据,令参数随机变化,建立土层剖面模型,采用随机振动理论方法,分析了土层动力特性、剪切波速、基岩地震动输入界面对评价结果的影响。结果表明,土层剪切波速的不确定性对评价结果影响最大,主要表现为加速度反应谱平台段的延长。对比参数随机变化模型和最佳估计模型的计算结果可知,随机振动理论反映了土层对基岩地震动的影响,将随机模型分析结果的中值加减1倍标准差基本可以包络最佳估计模型的分析结果。     

基于灰色关联与粗糙依赖度的甘肃兰州市区泥石流危险性评价

危险性评价是泥石流灾害研究的主要问题之一,多因子综合评价是泥石流危险性评估的主要模式。由于泥石流灾害的不确定性和灾害系统的复杂性,因而非确定性分析方法成为其评估首选的研究方法。本研究以泥石流频发的兰州市为例,针对常规研究中选取的坡度等10个地形影响因子,首先应用复相关系数法去除地形因子间相关性,获得综合主要地形影响因子的地形易发性因子;然后,从地形易发性、地质岩性、地貌类型、降雨、植被覆盖度5个影响因子出发,应用灰色关联度、粗糙依赖度以及融合灰色关联度与粗糙依赖度的模糊综合方法获取泥石流危险性评价图。评价结果可知:(1)地形起伏度、坡向变率、地表粗糙度、坡长、坡度变率、植被覆盖度和降雨对该地区泥石流的发生具有一定的控制作用,与现场调查结果相吻合;(2)将三种评估结果与泥石流灾害进行叠加分析发现,研究区大多数泥石流点分布在0. 4～0. 6和0. 6～0. 8区间,且三种方法获得结果的趋势一致,均较客观地反映研究区泥石流危险性的空间分布;(3)由ROC曲线分析,灰色关联度和粗糙依赖度的评估结果精度比较接近,其ROC曲线下面积均接近0. 7;融合灰色关联和粗糙依赖法的模糊综合方法所得的ROC曲线下面积大于0. 7,其说明该模型评估的结果较好地反映泥石流危险性分布,具有较高的可信度。