非均匀介质地震波传播交错网格高阶有限差分法模拟

采用常规的二阶声波方程有限差分方法对于非均匀介质进行了数值模拟时 ,其数值模拟精度较低。而采用一阶双曲型标量波动方程 ,则无须对介质的弹性常数进行空间求导。根据Taylor级数展开式 ,推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度展开式和相应差分系数计算式以及一阶双曲型标量波动方程交错网格任意偶数阶精度差分格式 ,并给出了该差分算法的稳定性条件。用该差分算法对均匀介质模型、非均匀介质模型和Marmousi模型进行了数值模拟试验 ,并与伪谱法进行了对比。结果表明 ,一阶双曲型标量波动方程交错网格高阶差分法的模拟精度与伪谱法的精度非常接近 ,计算效率高 ,且适合于模拟非均匀介质、复杂构造和复杂地质体的地震波场     

非均匀介质地震波传播交错网格高阶有限差分法模拟

采用常规的二阶声波方程有限差分方法对于非均匀介质进行了数值模拟时，其数值模拟精度较低。而采用一阶双曲型标量波动方程，则无须对介质的弹性常数进行空间求导。根据Taylor级数展开式，推导出了交错网格一阶空间导数的任意偶数阶精度展开式和相应差分系数计算式以及一阶双曲型标量波动方程交错网格任意偶数阶精度差分格式，并给出了该差分算法的稳定性条件。用该差分算法对均匀介质模型、非均匀介质模型和Mannousi模型进行了数值模拟试验，并与伪谱法进行了对比。结果表明，一阶双曲型标量波动方程交错网格高阶差分法的模拟精度与伪谱法的精度非常接近，计算效率高，且适合于模拟非均匀介质、复杂构造和复杂地质体的地震波场。     

储层-裂缝组合单元在水力压裂井产能模拟中的应用

采用储层-裂缝组合单元模拟压裂改造后的储层、裂缝力学型态,推导相关有限元公式并进行压裂井产能模拟分析.这种方法的实质是将裂缝的质量、刚度矩阵变换叠加到储层整体相应方程矩阵中,以更精确反映裂缝开发动态参数的影响.计算结果表明:采用储层-裂缝组合单元有效解决了储层-裂缝网格尺度匹配的问题;反力算法避免了在高导流裂缝局部求解压力梯度产生的计算误差,提高了运算速度和求解压裂井产能的精度,为水力压裂井生产动态模拟和设计方案优化提供了新的处理方法.     

裂缝-孔隙油藏蒸汽辅助重力泄油过程的自适应网格数值计算

为提高裂缝-孔隙双重介质油藏蒸汽辅助重力泄油(SAGD)过程数值模拟的计算速度,根据温度、各相饱和度随空间变化的快慢在不同区域采用不同尺度网格,提出双孔双渗模型下的自适应网格算法及裂缝-基质方程的解耦方法.对给出的算例分别采用全精细网格及自适应网格算法进行计算.结果表明:自适应网格法处理这类带峰面非线性问题有很好的计算...     

基于起伏地形的瑞利面波有限差分数值模拟

利用瑞利面波的频散特性及其不同频率瑞利面波能量随探测深度衰减变化规律,能够用来进行浅地表的地质勘探和地球内部构造的研究。利用有限差分数值求解的算法,模拟起伏条件下的地下介质中的瑞利面波;建立速度-应力弹性波动方程,利用交错网格的差分方式,引入完全匹配层(Perfectly matched layer,简称PML)的人工边界条件,对几种简单的起伏地表模型进行正演模拟。结果表明交错网格有限差分方法有比较好的精度,PML边界条件能够对来自边界的虚反射有较好的吸收处理。     

各向异性介质GPR非结构化网格有限元正演

为了更准确地认识电磁波在各向异性介质中的传播特征,从麦克斯韦方程组出发,推导电磁场在单斜各向异性介质中的波动方程。采用Delaunay非结构化网格有限元法进行空间域离散,采用中心差分公式进行时间域离散,导出单斜各向异性介质中GPR时空域有限元方程。在此基础上,建立各向异性介质GPR非结构化网格有限元正演算法。利用以上算法编制的程序对均匀各向异性介质模型进行正演计算,并与解析解对比,验证该算法的正确性和有效性;对均匀各向异性介质模型和圆形异常体模型进行计算,并与背景介质为各向同性介质的计算结果进行对比。研究结果表明:与FDTD计算结果对比,非结构化网格有限元法的拟合误差更小,精度更高;电磁波传播受介质各向异性的影响,波前面呈椭圆状向外扩散传播,其能量衰减较慢;与各向同性介质中圆形异常体反射波相比,各向异性介质的圆形异常体反射波的曲率、能量和双程走时,受不同方向上电磁波速度影响会发生显著变化。     

含直立裂缝粘弹性介质地震波场正演模拟

以Carcione各向异性粘弹性理论为基础,导出了适用于任意方位角的粘弹性方位各向异性(HTI)介质的波动方程,推导了该方程在交错网格空间中求解的高阶有限差分格式和对应的完全匹配层(PML)吸收边界条件,实现了该类介质的地震波场正演模拟。模拟结果表明,该方法能准确模拟地震波在含直立裂缝粘弹性介质中的传播过程,得到高精度的波场快照和合成记录。初步分析了介质的各向异性特征和衰减特征,研究了裂缝方位角和粘滞性参数对地震波场的影响机理。     

弥散黏滞性波动方程的吸收边界算法

针对地震波数值模拟中因计算区域有界而产生的人工边界反射问题,提出了一种弥散黏滞性波动方程的吸收边界算法.在所研究的有界计算区域周围加入合适的吸收层,使得吸收层内的地震波随传播距离指数衰减而达到吸收边界反射的目的.利用傅里叶变换求得无界空间该波动方程的解;引入衰减函数构建有界空间相应的辅助方程,合理地选择衰减函数使得计算区域内辅助方程的解为原方程的解,而边界吸收层内的解呈指数衰减;运用有限差分法在均匀介质和均匀层状介质中求解弥散黏滞性波动方程,采用该方法对边界进行处理并与未加边界处理的波场快照和地震记录进行对比.实验结果表明,所提方法处理后的波场快照几乎无边界反射波存在,在空间位置为x=147 m、z=747 m的地震记录中,0.5s处边界反射波的振幅趋于0.所提方法也适用于声波方程和Stokes方程.     

TI介质地震波场数值模拟边界条件处理

地震波场数值模拟研究中,边界条件处理非常重要,它直接影响模拟地震数据的精度.针对TI(Transversely Isotropic)介质一阶速度—应力弹性波动方程组,利用时间域分裂法给出了PML(Perfectly matched layer,完全匹配层)吸收边界条件,其基本思想是在所研究的区域外引入吸收层,地震波从有效计算区域传播到吸收层时不发生任何反射,且在吸收层内按传播距离呈指数衰减,不发生反射.利用交错网格高阶差分技术对PML吸收边界条件求解,对比不同边界条件数值模拟结果表明,PML吸收边界条件较应用广泛的Clayton吸收边界有更好的吸收效果,能更好地满足地震数值模拟的需要.     

无反射波动方程模拟堤防复杂构造的波传问题

为了更好地了解浅层复杂介质中的波场特征 ,以及更好解释野外堤防的探测资料 ,该文利用无反射波动方程和交错网格的有限差分法研究了堤防复杂构造中波传问题 ;并结合实际堤防中物性参数 ,模拟出自激自收地震剖面 ,有效地避免了层间的多次反射。讨论了无反射波动方程的特性 ,推导出多次反射满足的波动方程 ,从特征线分析的角度探讨了无反射波动方程采用交错网格的波传特性和数值计算的稳定性 ,以及利用套网格技术解决源点奇异性的有效性。     

煤层气藏储层裂缝建模研究

针对煤层气藏储层天然裂缝发育,采用DFN离散裂缝网络模型的裂缝性储层建模方法和思路。以沁端区块煤层气藏为例,首先,建立了煤层气藏三维构造模型,在构造模型的基础上,利用序贯高斯随机建模方法,建立了煤层气藏基质属性模型,为裂缝模型的建立与离散粗化奠定基础。然后,以测井解释的裂缝密度、长度、倾角、方位等统计数据为基础,在地震裂缝预测的属性体约束条件下,建立全区裂缝密度分布模型。最后,以裂缝密度分布模型为控制条件,利用离散裂缝网络技术(discrete fracture network,DFN),建立了沁端区块煤层气藏离散裂缝网络模型及其裂缝孔隙度、渗透率等属性模型。通过对模型的验证分析,认为该模型能客观真实地反应煤层气藏储层天然裂缝的几何特征和分布形态,为该区块煤层气藏数值模拟提供了地质基础和依据。     

东濮凹陷文南沙三中亚段致密性储层裂缝发育特征及主控因素研究

基于对构造作用的研究,利用测井、地震、岩石物性、沉积相资料分析,揭示文南低品位区块沙三中亚段致密性砂岩储层裂缝发育特征.工区主要发育的裂缝类型有高角度构造裂缝、低角度卸载裂缝两类,裂缝主要走向为北东向,倾角为45°～90°、0～30°,裂缝充填程度低,优势方位的裂缝走向与现今最大水平主应力方向大致一致,裂缝连通性较好.裂缝分布区域与构造作用、构造部位以及岩性有密切关系,断层附近富含砂岩的水下分流河道微相裂缝最为发育.两类裂缝的成因都与工区目的层段下伏盐底辟有关,由于底辟作用造成的地层上隆不仅使上覆地层产生高角度的拉张裂缝,而且导致地层上覆载荷卸载产生低角度的卸载裂缝.综合研究表明,两类裂缝在空间上的搭配组成了良好的裂缝网络系统,对剩余油气的开采具有重要意义.     

基于多模型在线辨识的滑模变结构控制

为了改善复杂非线性系统中传统滑模变结构控制系统的控制效果,提出了一种将多模型在线建模与滑模变结构控制结合的方案.首先,根据输入输出数据利用在线数据聚类的方法建立多个局部模型,实时对局部模型进行更新,并通过加权综合获得非线性系统的在线辨识模型;然后,针对系统的辨识模型设计基于趋近律的滑模变结构控制器.仿真结果表明,控制方案对系统模型的不确定性具有良好的鲁棒性.     

基于主成分分析的碳酸盐岩裂缝识别方法

裂缝识别对碳酸盐岩储层的勘探开发具有重要意义,现有的基于常规测井资料的裂缝识别方法易受工况影响、可靠性低,而成像测井成本较高。本文提出了一种基于声波测井资料的碳酸盐岩地层裂缝综合识别方法,具有低成本、高精度的特点。根据多种裂缝识别方法对常规声波测井资料进行计算分析,在此基础上基于主成分分析法对不同方法的裂缝识别结果进行综合考量、降维分析,消除不同裂缝识别方法之间存在的偏差以及工况的影响,实现地层裂缝的精准预测。采用该方法对顺北地区奥陶系碳酸盐岩地层进行了裂缝识别,识别结果与岩心情况吻合良好,表明基于主成分分析的碳酸盐岩地层裂缝识别方法准确可靠,能够为碳酸盐岩储层的安全高效钻探开发提供有效支撑。     

塔河地区火成岩下成像精细速度建模方法应用研究

二叠系的火成岩在塔河地区分布广泛,其速度和厚度在横向上变化剧烈,导致下伏地层在构造特征上出现高频抖动,形成继承性假断裂,给奥陶系中缝洞的识别以及精细解释带来了困难。本文基于深度偏移算法,重点对研究区火成岩下伏地层成像开展速度建模的研究,通过变尺度的网格层析反演和多信息约束的目标反演构建高精度的速度模型,并用于偏移成像。成像剖面和综合属性的对比分析表明,此建模方法和传统网格层析建模相比,能更精细地刻画火成岩速度,最大限度消除火成岩下伏地层的继承性假构造和假断裂,恢复地下真实的构造特征,同时增强了奥陶系内部小缝洞成像的聚焦性。     

一类非线性对流占优扩散方程的特征变网格差分方法及分析

对一类非线性对流占优扩散方程采用了特征变网络差分方法，并利用微分方程数值方法有关理论进行了理论分析，在一定条件下得到了离散最大模估计，采用铅特征线的差分可减少时间截断误差，从而可以使时间大步长进行计算。     

基于分割理论的三维模型检索算法

提出了基于分割理论的三维模型检索算法,在利用分割算法获取模型部件集合的基础上,提取表征模型部件全局分布和表征模型局部形状的两类特征,并综合计算不同模型间的相似性,从而获得模型间总的相似程度.实验结果表明该检索算法能够获得更精确的检索效果.     

磨溪-高石梯区块断层对裂缝分布的控制作用

为了查明磨溪-高石梯区块断层展布与裂缝分布特征，以地质力学理论为指导，利用地震、测录井、岩芯及相关实验测试资料，识别不同断层类型，划分断层级别，开展裂缝定量预测工作，建立断层与裂缝分布关系模式。结果表明，磨溪-高石梯区块断层在纵向上规模大，延伸长，断开层位多，具有明显的分层性，可划分为3个构造层，且在平面上具有显著的分区性和分带性。不同规模、走向及性质的断层对裂缝的分布影响显著，裂缝密度普遍在1.5~5.0条/m，最高为7.0条/m，高值区主要分布于断层及其周缘。裂缝开度在断层发育带最高可达3 mm。磨溪-高石梯区块是一套断层-裂缝共生系统，主断裂控制次级断裂及裂缝的发育，次级断层控制局部裂缝发育。     

川南地区古岩溶与阳新统天然气局部富集关系的探讨

在相同岩性和岩性组合条件下,褶皱前古岩溶发育地段更易产生断裂和裂缝。当古岩溶发育又有超压流体存在时,断层延伸方向将向与构造应力关系不大的方向偏转,因而可以根据断裂与构造的组合关系判断古岩溶是否发育。文章提出了6种与岩溶有关的地质模式;指出岩溶、断裂与有利构造部位三者的组合,是天然气局部富集的主要场所。     

川西松潘地区裂隙性黄土强度特性试验

节理裂隙破坏了黄土的结构完整性,影响其力学特性,一定程度上控制着黄土地区滑坡和崩塌等地质灾害的演化进程和破坏规模。为研究裂隙对黄土强度特性的影响,选取川西松潘地区黄土为研究对象,开展了不同切面倾角、含水率和含砂量等条件下的三轴试验,研究结果表明：（1）切面倾角对黄土抗剪强度影响明显,在倾角为0°时最大,在接近理论破裂角时最小;（2）只有切面倾角与理论破裂角相近时,剪切破裂面才会迁就已有切面发展,其他切面倾角时试样并不会沿着预设切面破坏,切面的存在改变了土体内局部应力从而影响其剪切强度;（3）含切面试样的粘聚力对含水率和含砂量的变化较敏感,当含水率和含砂量变化时,剪切强度的倾角效应依然存在,但不同切面倾角试样的剪切特性会有所变化。基于裂隙性黄土力学特性的研究,认为开展滑坡不同部位的滑带土切面三轴试验可以为深入分析古滑坡复活机制提供借鉴。