智能相控波形指示反演技术及其在煤系地层薄砂岩预测中的应用

针对煤系地层薄砂岩预测的难题,在精细分析地震波形与测井曲线关系的基础上,建立了基于地震波形横向相似性分析的智能相控波形指示反演技术。首先,按照相似性原理建立了不同的地震波形样本组,建立表征不同地震相类型的多个贝叶斯反演模型。其次,对每个样本组的测井曲线进行滤波,提取低频共性结构作为贝叶斯反演的先验信息,建立地震反演高分辨率初始模型。最后,通过不断修正初始模型,并利用实际地震数据进行验证,获得高分辨率的反演结果。正演模型验证结果显示,智能相控波形指示反演技术能够准确预测厚度为3 m的煤系地层薄砂岩,证明了该反演方法的合理性和反演结果的准确性。鄂尔多斯盆地D地区煤系地层薄砂岩反演实例表明,智能相控波形指示反演技术对煤系地层薄砂岩预测精度达到了2~4 m,后验井反演符合率达到86.96%,为煤系地层薄砂岩预测提供了一种全新的思路。

基于对偶贝叶斯U-Net的波阻抗不确定性反演方法研究

传统的深度神经网络通常只能实现确定性的预测,无法对反演结果进行不确定性分析,即无法对反演结果的可靠性进行评价。为实现标签数据不足条件下精确的波阻抗反演和对反演结果的不确定性分析,提出了一种基于对偶贝叶斯U-Net的波阻抗不确定性反演方法。首先,开展基于对偶贝叶斯U-Net、前沿深度学习反演方法和传统不确定性反演方法的模拟数据实验,对比分析3种方法的反演精度。然后,将对偶贝叶斯U-Net和传统不确定性反演方法的反演可靠性和对于含噪数据反演的鲁棒性进行对比分析。最后,将对偶贝叶斯U-Net应用于实际地震资料波阻抗反演中。模拟数据实验结果表明,该方法的对偶贝叶斯U-Net在少量标签数据条件下具有较高反演精度并对含噪数据反演有较强鲁棒性。此外,不确定性分析表明,该方法的反演结果可靠性强。实际数据测试结果表明,对偶贝叶斯U-Net能在实际工区数据反演中获得合理并可靠的反演结果。

基于海洋环境电磁资料的节点约束遗传算法反演流速剖面

海水运动切割地磁场产生的感应电磁场,是海洋环境电磁场的重要组成部分。为了丰富海洋动力环境参数求取方法,并进一步验证实际海洋环境电磁场观测结果的可靠性,本文以模拟磁场与实测磁场的差值构建目标函数,提出基于垂向阵列节点观测值约束遗传算法实现由海水运动感应电磁场反演流速剖面的方法。根据南海实际流速观测资料构建海水运动模型,反演测试结果表明,节点约束下的反演流速与模型流速有较高的相关性和较好的抗噪性能。对南海实测海洋环境电磁资料的反演结果表明,反演流速剖面与ADCP观测资料在总体变化趋势和细节刻画方面均表现出较好的一致性,验证了该反演方法具有较好的实际应用价值。

基于弹性阻抗统计岩石物理模型的孔隙度反演方法研究与应用

孔隙度是开展储层评价的重要参数,在储量计算、岩性识别以及优质储层评价等方面发挥着不可替代的作用。在实际应用中通常采用孔隙度与波阻抗、速度、密度等弹性参数之间的回归关系来进行预测,但叠前地震反演中密度参数反演精度不足、单一参数与孔隙度参数回归关系不理想等问题限制了孔隙度参数的预测精度。笔者充分利用不同角度叠加地震数据反演的弹性阻抗稳定性好的特点,发挥大中小三个角度的弹性阻抗与物性参数之间的联系与差异,联合构建出弹性参数与孔隙度参数之间更合理的统计岩石物理模型,并进一步基于贝叶斯理论通过概率估算方法反演得到目标储层的孔隙度数据。将上述方法应用于碳酸盐岩实际工区开展孔隙度参数预测,基于地震资料反演的孔隙度结果与测井实测孔隙度数值吻合度高,为基于地震资料开展优质储层评价提供了更合理的孔隙度参数。

履带车辆土壤承载力学特性反演

针对履带车辆下方土壤参数反演存在的问题,提出一种履带车辆土壤承载力学特性反演方法。基于履带车辆-地面耦合系统作用机理,获得履带车辆各负重轮下方最大接地压力与土壤参数的关系,以余弦函数表征履带车辆接地压力分布,探究土壤参数对接地压力的影响规律。在此基础上,基于最小二乘支持向量机对履带下方的土壤承载力学参数进行反演。结果表明,最小二乘支持向量机对基于履带车辆的土壤承载力学特性反演具有较高准确性,在重黏土和轻黏土两种情况下的最大误差略大于10%,其余情况下最大误差皆在10%之内。

复杂碎屑岩粒度测井反演方法及在岩性精细识别中的应用

南海西部Y盆地L地区中新统地层呈高温、超高压特征,钻井难度大、取心资料少,岩屑录井反映岩性的精度较低,难以满足岩性精细识别的要求。以Y盆地L地区黄流组二段深层复杂碎屑岩为例,首先,利用有限的壁心粒度分析、录井、测井等资料,优选出表征岩性的粒度参数:粒度中值Md和对粒度变化敏感的自然伽马、密度、中子、声波时差、电阻率5条测井曲线,构建粒度中值Md-测井5变量数据集;其次,采用K-MEANS聚类方法,将数据集根据“误差平方和与聚类数”最优关系划分成了4类(简称“粒度分类”),分类后优化了粒度中值Md与测井响应的相关性,且获得不同类别的测井响应特征和相应岩性类型;然后,在实际井资料处理过程中,应用Fisher判别方程来判别未知深度点所属的粒度分类类型;最后,建立粒度分类下基于XGBoost算法的粒度中值测井智能计算模型,依据不同岩性对应粒度中值的数值范围,实现了井筒剖面上根据测井反演粒度中值Md曲线进而达到岩性精细识别的目的。研究结果表明:L地区黄流组二段考虑粒径的差异将砂岩岩性划分为:粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩,其中细砂岩和中砂岩是最主体发育的岩性,粒度中值Md与不同粒径岩性的关系最密切,是最能反映不同粒径岩性的粒度参数;粒度分类后基于XGBoost算法的粒度中值测井智能计算模型预测效果优于多元回归预测模型,计算粒度中值与实测值的相关系数达0.9397,平均绝对误差MAE为0.0195 mm,平均相对误差MRE为17.52%。该模型是一种有效实现深层复杂碎屑岩岩性精细识别的方法,也为纵向剖面上沉积粒序分析和储层构型精细解释、有效性评价奠定了基础。

三峡大坝抗滑稳定渗流—应力耦合反演分析

大坝处于高水头差下,保持其运行稳定至关重要。掌握大坝运行期抗滑稳定状态,是大坝安全定期检查的重要内容。基于三峡大坝14年运行期监测数据,采用渗流—应力耦合反分析,深入研究其控制性坝段运行期抗滑稳定性。采用各项异性渗流,反演获得了基岩渗透系数,并基于位移监测成果,进一步反演获得了基岩力学参数;再模拟分析了库水位上升对大坝及坝基稳定性的影响;通过有限元强度折减,分析了库水位上升后坝基的深层抗滑稳定性。结果表明,库水位上升后,大坝增量变形较小,坝基岩体及结构面仍处于弹性状态,大坝强度储备安全系数满足规范要求,大坝经过长期运行后其稳定性仍有保障。

地震体波走时与重力快速联合反演方法研究

多种地球物理资料联合反演是克服反演多解性的有效手段.本文发展了一种近震体波走时与重力快速联合成像方法.该方法基于兼顾浅部和深部介质速度与密度的混合关系,将频率域拟三维重力正演与双差层析成像方法相结合,构建三维壳幔速度模型.基于两个不同模型的理论测试表明,该联合反演算法不仅能很好的恢复模型特征,还提高了计算效率.进一步将该方法应用于青藏高原东北缘地壳上地幔P波速度结构构建,反演结果与地表地质构造、深地震测深结果相吻合,验证了本文反演算法在实际数据应用中的可靠性和有效性.

基于Lamb波空间反演对称破坏的无基线复合材料损伤定位

在复合材料的实际损伤检测过程中,基线数据难以获取且不可避免地受到操作和环境条件的影响,导致检测难度增加。通过基于Lamb波空间反演对称破坏原理的无基线方法对复合材料平板进行多损伤定位。通过交换激励接收换能器顺序,获得正-反向传播Lamb波中的直达波包,并进行信号幅值和相位的差异性分析,有效提取损伤路径。然后,采用DBSCAN和K-means聚类算法对缺陷进行定位。通过实验验证了该方法的有效性,并与传统概率成像算法进行对比分析。结果表明,相比于概率成像算法,该方法定位精度得到明显提升。此外,通过对平行阵列的优化有效解决了检测区域存在盲区的问题,并结合D-K算法实现了复合材料板单缺陷和双缺陷的定位。

川西铜矿周边土壤铬含量高光谱反演研究

矿产资源的开采,给其周边土壤带来许多环境问题,如何快速筛查出矿区周边土壤污染情况尤为重要。本文以川西某铜矿周边土壤作为研究对象,采用LASSO算法对SG平滑后的高光谱数据R SG和经过多元散射校正(MSC)、一阶微分(FD)、倒数变换(RT)的光谱数据进行特征波段的筛选。使用偏最小二乘回归(PLSR)、随机森林(RF)、支持向量机回归(SVR)、极端梯度提升(XGBoost)、反向传播神经网络(BPNN)5种模型进行反演。结果表明,R SG、MSC、FD筛选出的特征波段集中在近红外区域,RT筛选出的特征波段集中在可见光区域;MSC-SVR模型的R 2,RMSE和RPD分别为0.763、6.745、2.06,在所有模型中精度最高,该模型可用于研究区土壤中铬的快速监测。

2021年漾濞M_(S)6.4地震前重力段差指标量分析及场源特征反演

基于2016-2021年云南地区流动重力重复观测资料,利用流动重力段差变化可视化方法及重力场变化显著性程度指标量G和C值研究了2021年漾濞M_(S)6.4地震前的重力变化,并反演了其与地震孕育相关的场源分布特征,开展了对研究区重力变化及场源特征的定性和定量研究。结果表明:①段差表示法的大小和方向对地下物质的运移方向有一定的指示意义,震前重力指标量呈显著上升,震后又迅速回落,重力变化指标量G和C值可作为评价测网区域重力变化显著性程度的定量依据;②反演得到的重力变化场源位置主要集中在红河断裂带北段至滇西北一带,且表现出与维西-乔后断裂及红河断裂带走向较为一致的分布特征,这可能与地震前中上地壳的深部物质运移相关。

城市交通拥塞源参数反演性能综合对比

为准确掌握城市交通拥塞源内在的主要参数及扩散传播规律,以实现交通拥塞源科学管控.首先,引入用于大气污染物扩散的高斯烟羽模型并进行改进,将城市交通拥塞源划分为连续交通流和一系列间断性交通流,实现高斯烟羽模型结构解析;其次,利用Griewank、Schaffer和Rastrigin 3种测试函数对“单点源”参数反演算法进行测试,最终选用人群搜索算法;最后,通过交通拥塞源观测数据,从3个维度评估5种典型目标函数在不同参数数量(单、两、三)下的性能差异.研究结果表明:在单参数情形下,基于单位面积交通密度偏差平方和目标函数稳定性较好;反演源强相对偏差绝对值置信区间为38.38%±9.94%,小于50.00%实验次数占全部实验次数的84.52%,各目标函数稳定性均较好;在两参数反演源强情形下,基于对数变换单位面积交通密度均方根误差目标函数准确性最高,反演源强相对偏差绝对值置信区间为51.42%±9.84%,小于50.00%实验次数占全部实验次数的92.16%,在反演位置方面,基于单位面积交通密度偏差平方和目标函数准确性最好(反演位置偏差的绝对值为37.22 m±10.64 m),基于相关系数的目标函数稳定性最强(变异系数为0.022);三参数情形下,准确性反演结果和两参数较一致,除对数变换目标函数外各目标函数源强稳定性均较差,但位置稳定性均较好.

基于交叉梯度约束的弹性阻抗同时反演

目前常用的弹性阻抗反演方法对不同角度数据体独立进行反演,没有考虑不同角度弹性阻抗间的关系。对于信噪比较低的角度数据体,反演结果质量变差。针对这一问题,从不同角度弹性阻抗均描述地下同一地质结构而应具有结构相似性这一观点出发,采用交叉梯度度量不同角度弹性阻抗间的结构相似性。然后,将交叉梯度作为正则化约束项加入到弹性阻抗反演目标泛函中,研究交叉梯度约束下的弹性阻抗反演方法,同时反演多个部分角度叠加数据。模型数据试算与实际数据应用结果显示,交叉梯度约束反演得到的不同角度弹性阻抗间具有地质结构一致性,无论是小角度弹性阻抗,还是中、大角度弹性阻抗,地质体均得到清晰显示,地层横向展布特征自然。因此,交叉梯度约束弹性阻抗反演可提高不同角度数据体反演的稳定性,并提升反演结果的质量。

基于残差神经网络的大地电磁二维反演

本文开展了基于残差神经网络的大地电磁二维反演研究.采用高斯随机场设计并生成了5万个不同规模、不同边界形状(规则边界与光滑边界)、不同电阻率对比度、单个到多个电性异常体模型,通过基于二维交错网格有限差分批量并行正演程序对模型进行正演计算并输出TE和TM极化模式的视电阻率值,对模型正演TM极化响应的60%数据加入5%的高斯误差,其余为无噪数据,将其作为深度学习反演模型的训练样本;在网络结构设计中引入Res Net-50网络结构深度学习模型对样本进行训练;最后通过测试数据的反演验证了大地电磁深度学习反演模型的可靠性.模型反演的结果表明,神经网络反演模型能够实时输出反演结果,反演结果较为准确,可以有效地刻画各类异常体的边界,对异常体电性参数的恢复也较为准确.

基于GOCO06s静态重力场模型反演青藏高原莫霍面褶皱结构

青藏高原莫霍面的褶皱变形是地球深部动力学研究的重要窗口.本文引入基于球坐标系的快速非线性重力反演算法,在地震先验信息的约束下,利用GOCO06s静态重力场模型(Gravity Observation Combination Project)计算青藏高原区域莫霍面深度,并在韦宁·迈内兹均衡模式条件下建立莫霍面褶皱结构.结果表明:青藏高原莫霍面在2500 m地形等高线以内的深度大于50 km,班公湖—怒江缝合带及附近区域莫霍面较浅,向南北高原逐渐加深至70~73km,在西构造结附近(79.4°E,34.4°N)莫霍面达到最深74km.莫霍面褶皱结构以西构造结为起点,往东延伸至高原南、北边界发育有两套褶皱组合,而高原东部莫霍褶皱变形走向较离散,且在四川盆地边界发育串珠状莫霍褶皱隆起带.高原的莫霍褶皱分布特征进一步表明:青藏高原莫霍褶皱的形成机制并不是单一的,印度和欧亚板块南北双向的俯冲挤压是高原南北边界莫霍褶皱形成的主要原因,而岩石圈解耦及下地壳流可能才是青藏高原东部褶皱变形的重要机制.

利用低轨道卫星地磁观测反演电离层电流概述

随着现代卫星技术的发展,携带高精度磁力计的低轨道卫星成为地磁场观测的重要手段,可以提供全球持续的磁场观测,而不受地面和低空天气条件的影响.空间电流,特别是电离层电流,是引起地表和低轨道卫星高度处磁场扰动的主要来源.本文简要介绍了低轨磁测卫星的发展历史和在轨定标流程与方法,回顾了电离层电流的起源、研究历史及产生机制,并详细介绍了利用卫星磁测数据反演电离层不同电流的方法.基于地基和卫星磁测对同一电流的分析结果并不总是一致的,有时会出现明显的差异.造成这些差异的原因可能与采用不同的数据源(比如地基与卫星、卫星与卫星之间)及反演算法中的假设有关.基于有限的观测,在反演中通常要对电流的几何形状和所在位置进行一定的假设,而这些假设可能并不完全满足实际电流的分布.因此,将地基台站和卫星磁测结合起来,通过对比和交叉验证,是检验和改进电离层电流反演算法中假设的合理性的一种有效手段.利用融合后的磁场观测数据,建立更准确的电离层电流反演算法,全面分析电流的形态学和气候学特征,建立以地球磁场信号为媒介的空间天气监测理论与方法,将有助于提升人们对电离层发电机理论、磁层状态以及电离层与磁层之间能量耦合途径等科学问题的理解.

基于决策树回归的水质参数反演模型

随着国民经济的高速发展,水污染问题逐渐提上日程。由于遥感监测可以更加快速、高效、动态、全局性地监测水质,开始与传统的水质监测方法形成互补发挥重要作用。文章以木兰溪为研究区域,利用GF-1BCD卫星组遥感影像构建氨氮、总磷、溶解氧、化学需氧量等水质参数的反演模型。根据遥感影像提供的4个波段,基于波段及运算后的波段表达式与氨氮、总磷、溶解氧、化学需氧量之间的相关性分析,进行特征向量中输入变量选取,将实测浓度作为特征向量中的输出变量,运用决策树回归算法构建出水质参数反演模型,根据模型评价指标确定最优的氨氮、总磷、溶解氧、化学需氧量水质参数的决策树回归反演模型。试验表明,氨氮、总磷、溶解氧、化学需氧量反演模型的评价指标R2均达到0.9以上,均方误差也较低,说明各个水质参数反演模型的预测值和实测值的拟合度较高。

面板堆石坝邓肯-张E-B模型参数反演分析

准确获取面板堆石坝邓肯-张E-B模型参数,是进行其稳定安全分析的重要环节。文章针对某面板堆石坝,采用方差分析法获取其关键参数,并基于构建的反演目标函数和响应面方程,采用GA遗传算法对关键参数进行反演分析。结果表明:反演计算值与坝体实际变形吻合较好,平均相对误差在12%以内,反演效果良好;基于反演参数的有限元分析能较好地反映大坝的应力变形分布规律。

考虑面板开裂的某面板堆石坝渗透系数反演分析

渗流问题是影响大坝安全的关键问题,参数反演是渗流分析中合理确定材料的渗透系数的常用方法。文章根据工程结构特征、地质情况、运行条件建立了某面板堆石坝渗流三维有限元模型,通过对面板破损与修复有关资料的梳理,结合渗流原观数据,分阶段反演了面板开裂前后坝与地基的渗透系数,并基于反演参数分析了大坝在正常工况和极端工况下的渗流性态,为大坝渗流监控预警模型及预警指标的构建提供了理论与数据支撑。

重力坝与地基材料时变参数反演分析

文章旨在准确获取重力坝与地基材料的物理力学参数,以支持重力坝安全风险评估的基础工作。通过工程类比、现场以及室内试验等方式获取的坝与地基材料物理力学参数与真实参数有一定的偏差,尤其对于高寒高海拔地区重力坝,其赋存环境与工作条件复杂,导致参数差异会更加显著。通过时变目标函数及其代理模型构建、参数寻优求解、时变规律识别等,提出了重力坝与地基材料时变参数反演分析方法。在DG重力坝工程实际应用中,计算位移与实测位移最大相对误差为4.40%,表明研究提出的重力坝与地基材料时变参数反演分析方法精度与效率高。