基于混合机器学习模型的地层电阻率反演及不确定性分析

在大位移井及水平井钻探过程中,建立有效的反演模型从随钻测井资料中快速准确地获取地层信息,对地质导向工作意义重大.随着机器学习技术的发展,利用机器学习方法进行地球物理反演已得到广泛应用.但主要集中在确定性方法上,难以评估反演结果的可靠性.评估反演结果的可靠性至关重要,这种评估可以通过不确定性估计来实现.本文利用NG‐Boost算法构建概率反演模型用以量化反演结果的不确定性.选择合适的机器学习模型作为NGBoost算法的基学习器,构建混合机器学习模型可提升反演结果的准确度.根据随钻方位电磁感应测井仪器在层状各向同性地层中的测井资料,本文对比六种不同的机器学习模型在地层电阻率反演中的表现,实验表明XGBoost算法在反演精度和速度等方面具有明显优势.将XGBoost算法作为基学习器与NGBoost算法框架相结合构建N-XGBoost概率反演模型.并通过仿真实验对该概率反演模型的准确性、可靠性、鲁棒性进行验证,结果表明该模型能够有效评估反演结果的不确定性并获得可靠的反演结果,该方法将为地质导向工作提供可靠的测井解释.

一种稳定高效的NURBS建模MOM-PO法

提出一种稳定高效的物理光学方法结合矩量法的混合方法,用于快速分析非均匀有理B样条曲面建模电大平台附近天线的受扰方向图.采用修改阻抗矩阵的方法实现了矩量法区域和物理光学区域的混合作用,避免了迭代方法的收敛不确定性.采用驻相法计算物理光学区域感应电流的积分.引入矩量法区域分组及插值驻相点技术来减少优化函数的调用次数,提高算法效率.数值结果与传统的三角形物理光学方法结合矩量法方法得到的结果相比吻合良好,但计算效率比传统方法的效率大幅度提高.

改进的NURBS-PO法分析电大平台附近天线方向图

传统的基于非均匀有理B样条(NURBS)曲面建模的物理光学(PO)方法计算天线受扰方向图时,用球面波代替真实天线的散射场,要求天线必须远离散射体.针对该问题提出了一种改进的NURBS-PO方法,用精确的天线辐射场作为入射场,不存在天线必须放置在远区的局限.此外,采用改进的Ludwig积分计算物理光学电流的曲面积分,避免了传统方法中驻相法(SPM)计算积分的理论复杂性以及通过优化方法搜索驻相点的不可靠性.数值结果与高阶矩量法的计算结果吻合良好,证明了该方法的可行性,也显示了该方法在求解高频问题时计算速度上的优势.

NURBS建模电大平台附近天线受扰方向图的分析

传统的基于非均匀有理B样条(NURBS)曲面建模的物理光学结合矩量法(MoM-PO),采用迭代电压矩阵实现MoM-PO混合过程可能存在迭代收敛性问题.针对该问题,采用修改阻抗矩阵实现MoM-PO混合过程,避免了潜在的迭代收敛性问题.采用Ludwig积分结合驻相法(SPM)计算Bezier曲面上物理光学电流的积分,既克服了传统方法中天线距离散射体较近时的算法失效,又维持了算法的效率优势.数值结果与MoM和三角形MoM-PO方法进行对比,证明了该方法的有效性.

广义Cauchy-Riemann条件和n元调和函数

由于解析函数实部和虚部为调和函数,只适用于二元函数,不具有广泛性,因此,应用Jacobi行列式定义n元函数的广义Cauchy-Riemann条件,将二元函数的广义Cauchy-Riemann条件推广到n元函数,由此给出一类n元调和函数,并在三维几何空间中导出这类函数,其具有三维变换保正交性的优越特性.

周期混合材料等效电参数无频散特性研究

频散性质是混合材料电学参数的重要特征,一直以来都受到众多学者关注,而关于周期混合材料的无频散性质却较少被研究.本文基于描述周期混合材料等效电参数的经验公式,推导得到周期混合材料等效电参数无频散时各组分应满足的条件,并采用有限元方法提取周期混合材料的等效介电常数和电导率.经对比,我们发现数值仿真结果与推导结果高度吻合,这表明本文提出的周期混合材料无频散理论是有效的.在等效电参数满足无频散条件的前提下,我们分析了混合材料等效电参数随各组分体积比和电参数比的变化规律,以及内含物形状和空间分布对混合材料等效电参数无频散特征的影响.本文基于晶胞结构提出了微观尺度上的周期混合材料无频散理论,可为无频散元器件的设计、各频段下等效电参数测量设备的样本制备以及测量结果校准提供理论依据.

矢量和函数逼近

将矢量与有限幂函数作平行比较,可以看出采用函数基线性逼近函数与用单位矢表示任意矢量在本质上是相同的,具体实例表明了这一点,且与Remez最佳一致逼近作出对比.本文是在学习李政道博士教学思想基础上,所作的工程数学教学实践尝试之一.

沥青混合料含水量集成检测系统设计与研究

为提高路面沥青混合料含水量测量装置精度,简化结构,提出一种1.5 GHz微带环结构的含水量传感器检测系统。因含水量不同,不饱和混合料介电常数变化,导致微带环有效介电常数发生改变,谐振频率偏移。通过谐振频率反演混合料介电常数,建立含水量与有效介电常数的线性关系求得沥青混合料含水量。研究工作包括算法分析、微带环结构设计仿真、系统软硬件集成设计。混合料样本(含水量0～30%)测试显示测量分辨率≤0.1%,误差≤1%,系统响应时间≤100 ns。这种新型传感器体积小、功耗低、精度高,适合路面测量。

岩石含水量矩形微带环检测系统的应用研究

针对传统岩石含水量检测设备精度不高、实时性差、结构复杂的问题,设计一种1.5 GHz矩形微带环检测系统,测量原理采用微扰法,当微带环紧贴岩石表面,因为岩石含水量不同,微带环周围电场分布改变,矩形微带环产生不同的谐振频率,通过测量谐振频率和p值可以求得等效介电常数,进而求出岩石含水量。研究工作包括算法分析、结构仿真、样本测试。岩石样本测试结果显示分辨率大于0.1%,误差小于0.6%,系统响应时间小于80 ns,测量精度达到要求。这种新型矩形微带环精度高、结构简单.适合岩石含水量检测。

一种基于数字岩心技术的岩石等效电参数计算方法

研究储层岩石的等效电学参数有助于判断地下油气储藏分布和鉴别油水层,以数字化方法开展精确岩石模型的等效电学参数计算及评价工作对岩石物理理论、实验方法发展及电测井应用等都具有重要的意义。数字岩心技术作为一种新兴的岩心分析方法,已逐渐成为研究岩石等效电学参数的有效方法之一。笔者基于数字岩心及电磁仿真技术,系统性地开展了样本图像数据处理、三维岩石数值模型转化及其等效电学参数计算等工作,对砂岩、页岩等4种岩石样本进行计算和分析,这一套针对扫描岩心图像的数据处理、数值模型转换以及电磁参数计算方法可应用于高效、精确分析不同类型数字岩心的介电常数、电导率等电磁学特性,可为岩石物理、测井解释、储层评价等领域提供重要的参考依据。

层状材料迭代Debye无色散模型研究

色散性质是电介质材料的重要电学性质,其对光子晶体薄板、新型集成导光板等无色散元器件的设计带来严重困扰。基于描述均匀损耗介质电色散特性的经典Debye模型,提出了层状结构材料无色散条件的理论公式,该方法将对层状无色散元器件的设计及横向均匀各向异性测量样本的设计提供理论意义。以层状结构材料在垂直方向的等效电路参数为基础,建立其垂直方向等效电参数计算的迭代Debye模型。另一方面,水平方向等效电路参数理论结果表明层状模型在水平方向的等效电参数与频率无关。由此可见,层状模型可以等效为横向均匀各向异性材料,而其呈现等效电参数无色散的关键在于需要满足垂直方向等效电参数的无色散条件。根据迭代Debye模型理论推导得出无色散条件下各层材料的几何参数和电参数之间的关系,设计满足该关系的层状结构材料并采用有限元方法仿真提取模型的等效电参数。仿真结果与理论结果高度吻合,表明了层状结构无色散理论的有效性。相比于数值仿真,本文方法基于理论推导,具有物理概念清晰,计算结果准确,计算效率高的优势。

路面层状结构低频介电增强特性

为减小因介电增强特性带来的路面检测误差,借助模拟路面层状结构的'双电层'模型,对路面层状结构的介电增强特性进行分析。通过Debye模型推导双电层模型介电常数计算公式,采用有限差分算法对模拟路面层状结构的双电层模型建模仿真;根据仿真结果,讨论了路面层状结构中电性参数对介电增强的影响,并基于电容器原理,设计了一款平行板电容器,在低频段对不同膜层的双电层模型进行测量。研究结果表明:双电层模拟的路面层状结构在低频段存在介电增强,其主要受界面层的电导率、厚度等参数影响;面层和基层材料的电性参数只影响路面层状结构的弛豫频率和时间,不影响介电增强;采用增大界面层电导率,限定界面层厚度的方法能减小路面检测中因界面层中各参数差异产生的介电增强,提高测量精度。