高岭土-砂土混合介质电导率预测模型适用性及误差评估

为提高电导率预测模型对岩土体结构性质的反演精度,以不同黏土质量分数的高岭土-砂土混合介质为研究对象,测定其在不同孔隙液下的电导率。根据参数获取途径,将现有电导率预测模型分为拟合模型和经验模型,通过拟合计算得到各模型的电导率预测值,与实测值对比并建立误差评估体系。研究结果表明:对于高岭土-砂土混合介质,拟合模型的电导率预测效果优于经验模型。在经验模型中,不同黏土质量分数下广义Archie模型的预测值均大于实测值,在使用广义Archie模型进行电导率预测时,需进行修正和调整;Waxman-Smits模型适用于预测低黏土质量分数下混合介质的电导率;修正的Archie模型对中等黏土质量分数下混合介质的电导率预测效果较好;Rhoades模型对高黏土质量分数下混合介质的电导率预测效果最佳。

基于随机森林回归模型和高频数据的鄱阳湖子湖电导率预测

电导率是衡量水质的重要参数,高频监测获取水体中电导率对水质管理具有重要作用。由于野外条件的变化复杂性引起设备故障导致数据缺失时有发生,为优化野外监测体系和插补缺失数据,基于高频监测获取的气象和水体物理指标,结合机器学习模型,预测水体中电导率值。结果表明,随机森林回归模型预测效果最优,其决定系数R~2可达0.996,均方根误差R_(RMSE)为1.31μS/cm,平均相对误差M_(MRE)为0.38%;pH值贡献率最大,是影响电导率的主导因素。研究结果利于优化野外高频监测系统平台,健全高频监测数据,为水质管理提供科学依据。

基于Wenner和Schlumberger双组态融合的土壤电导率测量装置

土壤电导率的准确、实时和原位获取可为农业生产精准管理提供有效的数据支撑,为提高传统电流-电压四端法测量精度,该研究基于电流-电压四端法3种测量组态,开展土壤电导率主要影响因素(土壤含水率、电极入土深度、土壤坚实度和土壤处理方式)对电流-电压四端法的3种测量组态测量精度影响的试验。结果表明,Wenner和Schlumberger两种测量组态可较好地适用于不同土壤环境条件。进一步以Wenner和Schlumberger两种测量组态所测土壤电导率值为输入量,基于BP神经网络构建了双组态融合的土壤电导率回归模型,并在此基础上设计了一种土壤电导率测量装置,该装置主要包括JESTON nano、STM32单片机数据采集模块、传感器、激励源及差分放大模块等组件。工作稳定性试验结果显示,该装置在不同土壤电导率梯度条件下测量数据的标准偏差均小于0.43μS/mm;田间性能对比试验结果显示,该装置测量数据的均方根误差值为0.18μS/mm,测量精度优于传统单独测量组态和市面常用土壤电导率测量仪,以上结果表明所研制的土壤电导率测量装置具有较好的工作稳定性和测量精度。该研究可为田间土壤信息的实时原位采集提供一种高精度的检测工具和技术手段。

量化电导率模型参数多样性导致的脉冲电场消融预测的不确定性

脉冲电场消融(pulsed field ablation,PFA)以其非热、消融边界清晰等优势成为肿瘤和组织消融的关注重点.然而,组织生物物理特性和脉冲参数的多样性导致PFA效果难以预测.本研究考虑PFA消融阈值和两个常用电导率模型参数的不确定性,评估其对消融深度的影响.从模型复杂度、参数敏感度分布、模型鲁棒性给出了模型选择的指标.结果表明单因素决定的模型具有更强的鲁棒性.消融阈值和组织初始电导率依次是影响消融深度评估的两个最敏感参数.该策略可用于多种数学物理和仿真模型,以增强模型可信度和简化模型.

磷酸镁水泥加固低液限粉土的pH和电导率响应与孔隙特征研究

为了探究磷酸镁水泥(Magnesium phosphate cement,MPC)对黄河淤积低液限粉土的加固问题,本试验研究不同MPC占干土的掺量、镁磷比(m(M/P))及硼酸与氧化镁比(m(BA/M))对粉土初始pH、电导率的响应;探究选定m(M/P)、m(BA/M)下不同龄期和不同MPC掺量固化土的无侧限抗压强度、pH、电导率与水化产物的变化规律,并基于CT扫描技术重构了三种不同MPC掺量下固化土的孔隙网络模型,结合XRD物相分析,揭示其固化机理。结果表明:随着MPC掺量的增加,m(M/P)较小时固化土的初始pH逐渐减小,而m(M/P)较大时pH先增大后减小。MPC掺量和m(M/P)一定时,随着m(BA/M)的增加,pH在m(BA/M)为某一值(2%)时降为最低,随后逐渐增大。考虑到低液限粉土的低用水量与促进后期水化需求,选择偏酸性配比(m(M/P)=1,m(BA/M)=2%)与低于15%MPC掺量较为合适。pH随着龄期和MPC掺量的增加而增加,电导率变化规律则与pH相反,二者呈负指数的关系,且能定性地表征水化情况。力学试验结果表明MPC能使粉土强度大幅提升,龄期与MPC掺量的增加均使固化土的强度增长。XRD与CT扫描结果表明,MPC固化机制为各龄期均出现的鸟粪石和MgO胶结在土粒之间形成交互结构,且随着MPC的掺量增加,土颗粒间的粘结更加紧密,形成的土骨架提升了宏观力学强度,同时扩大孔隙空间,增加了孔隙率,增强了孔隙间的连通性,导致渗透性增大,因此工程应用时可通过改善孔隙结构进一步提升固化性能。

基于表观电导率和Hydrus模型同化的土壤盐分估算

精细刻画农田土壤盐分运移过程对盐渍化精准治理具有重要意义。该文以磁感式大地电导率仪 EM38 测定的土壤表观电导率作为数据源,利用表观电导率与剖面土壤盐分之间的反演模型作为观测算子,将集合卡尔曼滤波(ensembleKalman filter,EnKF)同化方法应用于土壤水盐运移过程模型(HYDRUS-1D),进行滨海盐渍农田周年土壤盐分动态的模拟,并分析了同化过程的敏感性。结果表明:与单纯使用 HYDRUS 模型相比,EnKF 同化方法对模型观测算子的更新,有效提高剖面土壤盐分模拟精度,且 EnKF 同化值的精度优于 EnKF 同化模拟值,在同化过程中的调整量亦最大;敏感性分析结果显示土壤盐分同化过程对状态变量集合数大小不敏感,对观测数据误差和引入观测数据的深度较为敏感,观测数据误差水平越高、引入观测数据的深度越浅其误差越大。研究表明基于水盐运移模型和土壤表观电导率数据的 EnKF 同化方法能提高土壤盐分的模拟精度,为利用多源数据和机理模型进行较大尺度生态过程模拟预测提供了有效手段。

泥质砂岩电导率模型的分析及对比

通过对Hanai-Bruggeman电导率模型(H-B模型)与Archie公式、Waxman-Smith模型(W-S模型)和双水模型的电导率响应的对比分析,明确了Archie公式、Waxman-Smith模型的适用条件,总结了H-B电导率模型在高、低矿化度条件下的电导率响应特征。导出了与电测井数据相关的泥质砂岩储层电导率-饱和度响应方程。通过对H-B电导率模型的近似分析知道,在高孔隙度高渗透率和高矿化度条件下,H-B电导率模型可以退化为Archie型关系。对H-B模型在一定条件下进行适当简化与近似,导出了含油气泥质砂岩储层的电导率响应关系和利用测井数据计算含水饱和度的实用公式。分析得到,若测得岩石的电阻率和孔隙流体的电导率,通过二元混合模型和H-B电导率模型可以估算骨架的电导率,这为泥质砂岩附加导电性研究提供了理论分析手段。

注入电流式磁声成像的电导率模型构建和实验研究

基于磁声耦合效应的电导率成像是一种新型的生物组织功能成像技术,本课题旨在对注入电流式磁声成像方法进行仿真和实验研究。以金属圆环作为成像目标,将其置于稳恒磁场中,并对其加载微秒级正弦脉冲激励,对磁声耦合作用下产生的声振动进行检测和分析。借助有限元方法对磁声正问题进行仿真,同时建立注入电流式磁声耦合成像实验装置,对电导率模型产生的声信号进行检测,并利用所检测到的声信号直接重建模型的电导率边界图像。仿真结果表明,声源的平面分布能够体现成像目标电导率的边界。实验结果与仿真结果具有较好的一致性,重建图像分辨率达到cm量级。所进行的研究证明,注入式磁声耦合成像可反映被成像模型的电导率分布特征,为该方法用于复杂电导率分布组织的研究奠定了基础。

基于EM38-MK2的滨海土壤电导率精确解译模型

以黄河三角洲为研究对象,通过土壤样品分层采集进行室内分析获得土壤电导率(1∶5)及采用EM38-MK2在采样点测量水平和垂直模式下土壤表观电导率,应用回归及多元逐步回归模拟分析的方法,研究土壤表观电导率与不同深度土层土壤电导率的相关性,并进行精度验证,以获得基于新型电磁感应仪的不同剖面深度处土壤电导率精确解译模型,实现区域尺度土壤盐分在不同剖面深度处空间分布格局快速评定.研究结果表明:多模式下测定的土壤表观电导率与不同土层土壤电导率呈现不同程度的显著性相关;联合多模式下土壤表观电导率解译土壤电导率的精度高于单一模式;表层土壤电导率协同土壤表观电导率可以提高亚表层及底层土壤电导率的预测精度.本研究可以为快速调查土壤盐渍化及盐渍土改良与利用提供思路,以节约成本和提高效率.

斜长石、辉石混合模型的电导率有限元数值计算研究

以岩石实验中矿物的几何形态及空间分布为建模依据,以实验条件及单矿物电导率的测量结果为约束条件,用有限元数值方法模拟了不同微观结构的斜长石、辉石混合物在施加电压后电势及电流的分布情况,并计算了混合模型在不同温度条件下的电导率.研究结果显示,数值模型网格数及矿物颗粒数的选取对电导率计算结果的精度有较大影响,在体导电情况下,模型电导率因矿物比例含量和排列结构而异.当斜长石及辉石随机分布时,随着辉石含量的增加,混合模型电导率在不同温度下均有所增加,且温度越高,增加幅度越大,电导率的有限元模拟计算结果接近于有效介质渗透理论模型,且位于并、串联模型之间以及HS模型的上、下边界范围内;在斜长石及辉石含量一定的情况下,各矿物的排列分布对电导率计算结果也有一定的影响,当矿物颗粒大小接近且分布均匀时,模型中电势沿电流传导方向变化较为均匀,模拟计算得出的电导率相对较高,当矿物颗粒大小差别较大及分布不均匀时,电势分布受到一定的扰动,电导率计算结果也较低.将混合模型电导率有限元计算结果与辉长岩、辉绿岩及玄武岩实验测量结果进行比较,显示这3种岩石样品电导率与温度变化关系的斜率均与混合模型计算结果的斜率相接近,表明这些岩石在所选温度段导电机制与斜长石、辉石混合模型相似,用斜长石、辉石混合模型的电导率研究玄武岩、辉长岩及辉绿岩的导电性具有适用性.将混合模型有限元计算结果与玄武岩、辉长岩、辉绿岩覆盖区地壳大地电磁实测结果对比,发现大地电磁电导率结果位于混合模型计算结果范围内,用斜长石、辉石混合模型模拟玄武岩、辉长岩等岩石地壳具有一定的可行性.

基于磁感式大地电导率仪的土壤盐分解译模型

以新疆伊犁地区盐渍土为研究对象,通过分层采样测定土壤盐分含量,采用EM38和EM31两种磁感式大地电导率仪测定土壤表观电导率,分析不同土壤层次盐分与土壤表观电导率的相关性,应用逐步回归方法构建土壤盐分解译模型,并进行了模型精度验证。研究表明:土壤盐分含量与土壤表观电导率之间呈显著线性相关,构建的土壤盐分解译模型具有良好的精度。本研究将为精确解译伊犁地区土壤盐渍化特征提供重要的方法支撑。

混合泥质砂岩双水电导率模型

基于层状泥质和分散泥质砂岩并联导电,采用双水电导率模型来描述分散泥质砂岩导电规律,建立了混合泥质砂岩双水电导率模型.通过对模型影响因素的分析,发现泥质分布形式对模型计算的含水饱和度影响很大;随着含水饱和度的增大,胶结指数和因数b也会对模型计算结果产生很大影响.将16块人造岩心的模型计算结果与实验测量结果进行对比,结果表明,混合泥质砂岩双水电导率模型适用于纯砂岩、层状泥质砂岩、分散泥质砂岩和混合泥质砂岩储层解释,是一个通用电导率模型.

不同尺度下田间土壤水分和混合电导率空间变异性与套合结构模型

应用地统计学原理和方法 ,分析了夏玉米田间 90m× 90m(L区 ) ,内套一个 30m× 30m(M区) ,再内套一个 1 0m× 1 0m(S区 ) 3个尺度下土壤含水量和电导率的空间变异性。结果表明 ,各尺度间土壤含水量的标准差和变异系数比较接近而电导率的差别较大。在L和M尺度下土壤含水量在 3个置信度下呈正态或对数正态分布 ,在S尺度下只在 0 0 1置信度下呈对数正态分布 ;在L尺度下土壤电导率仅在信度为 0 0 5和 0 0 1时呈对数正态分布 ,在M尺度下仅在信度为 0 0 1时正态或对数正态分布 ,较高信度时呈对数正态分布 ,在S尺度下不呈正态或对数正态分布。各尺度下它们的空间结构可用球状模型描述 ,其变程分别约为 2 2～ 1 9 8m(土壤含水量 )和 2 5～ 1 7 2m(电导率 ) ,不同尺度间土壤含水量和电导率的空间变异结构函数差别较大 ,用套合结构模型能更好地描述不同尺度下土壤含水量和电导率的空间变异性。

弱非理想等离子体电导率模型比较研究

选择了Spitzer模型、Z&L模型、M&G模型这三种典型的电导率模型对聚乙烯电弧进行比较计算 ,就它们在弱非理想区域的应用进行了分析 .同时针对消融控制电弧等离子体的低温特点 ,考虑了电子和中性粒子的碰撞 ,提出了更为适用的计算模型 。

导电高分子复合材料的有效电导率模型

基于Maxwell理论和平均极化理论,建立了导电高分子复合材料的有效电导率模型。有效电导率描述为各组成成分的体积、形状和颗粒尺寸的函数。利用该模型,讨论了渗流阈值与导电颗粒的大小及轴长比的关系,得到了导电高分子复合材料的有效电导率随导电颗粒轴长比和半径变化的规律。用该模型计算了碳纤维聚脂树脂复合材料的有效电导率,计算结果与实验结果符合较好。

溶浸液矿化度与电导率关系模型研究

溶浸液的电导率与矿化度值存在相关性。在室内地浸采铀模拟试验中,根据对溶浸液的电导率和水化学资料的分析,建立两者之间的关系模型。利用该模型可由溶浸液电导率快速获得其矿化度,为下一步现场地浸采铀中获得溶浸液矿化度提供了简便、快速、准确的方法。

混合泥质砂岩通用双电层电导率模型的研究与应用

基于层状泥质和分散泥质砂岩并联导电的观点,分散泥质砂岩的导电可采用VSAfanasyev等人提出的双电层电导率模型进行描述,从而建立考虑分散和层状泥质同时存在的混合泥质砂岩通用双电层电导率模型,该模型是关于含水饱和度的隐函数方程。利用该模型对海拉尔盆地高泥地区的苏1、苏3井进行处理,并将模型计算的含水饱和度与试油结果进行对比,结果表明该模型适用于复杂泥质砂岩地层解释。

曲堤油田低电阻率油层形成机理及S-B电导率模型的应用

对曲堤油田沙河街组低电阻率油层的形成机理进行了研究 ,认为主要成因是粘土的附加导电性和粘土吸附水和自由水之间的离子交换的影响 ;利用 S- B电导率模型对该油田低电阻率油层含水饱和度进行了解释处理 。

基于电磁感应数据的电导率反演模型研究

【目的】土壤盐渍化是限制新疆南部棉花高产的主要因子,准确获取区域尺度土壤剖面盐分信息。【方法】以南疆阿拉尔垦区为研究区,以田间尺度采集的30个不同盐渍化程度棉田的540个样点的0~0.375、0~0.750、0~1.000 m的土壤剖面电导率数据和对应的电磁感应数据为数据源,采用线性模型和非线性模型分别构建了田间尺度和区域尺度的土壤剖面电导率的电磁感应反演模型,并采用缩减建模样本量方法进一步检验了区域尺度模型的可靠性和稳定性。【结果】多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和主成分回归(PCR)建模方法的田间尺度模型R^(2)在0.88~0.95,而对应的区域尺度模型R^(2)在0.34~0.53。基于随机森林(RF)、神经网络(NN)和支持向量机(SVM)非线性建模方法构建的土壤剖面电导率的区域尺度电磁感应反演模型R^(2)在0.60~0.85,其中RF模型的精度最高。0~0.375、0~0.750、0~1.000 m土壤剖面电导率的RF反演模型R^(2)分别为0.80、0.85和0.84,相较于线性建模方法的区域尺度模型精度有明显的提高。RF区域尺度模型的样本数量由540个缩减到240个,模型精度没有明显变化,表明采用区域尺度模型,可大幅度降低土壤剖面样本采集数量,从而可显著提高采样效率和降低采样成本。【结论】区域尺度下构建土壤剖面电导率反演模型时,随机森林建模方法效果较优,模型预测能力具有较高的可靠性。

混合泥质砂岩双电层电导率理论模型

基于层状泥质与分散泥质砂岩并联导电理论,以及悬浮于电解液中三维周期排列带电球体导电理论,建立了分散泥质和层状泥质同时存在的混合泥质砂岩通用双电层电导率理论模型。分析了模型影响的因素。结果表明,随总含水饱和度的增大,分散粘土阳离子交换容量、胶结指数对混合泥质砂岩电导率与总含水饱和度关系曲线的影响增大;而饱和度指数对混合泥质砂岩电导率与总含水饱和度的关系曲线的影响在总含水饱和度较大时随总含水饱和度的增大而减小。通过2组分散泥质砂岩岩样和1组混合泥质砂岩岩样实验测量数据计算,表明该模型既适用于分散泥质砂岩地层解释,又适用于层状泥质砂岩地层解释,同时还适用于含有分散泥质和层状泥质的混合泥质砂岩地层解释。