基于神经网络与有限元法相结合的初始地应力场反演分析

目前,对于初始地应力场的测试主要采用现场直接量测法,而采用神经网络与有限元法相结合的反演分析法越来越成为了一种有效途径.结合广东第五抽水蓄能电站工程实例,利用神经网络与有限元分析相结合的方法,以及BP神经网络结构和ADINA三维有限元模型建立岩体参数、边界条件与地应力场的映射关系来反演初始地应力场.模拟计算与实测结果的对比表明:采用该方法进行初始地应力场的反演计算是可行的,计算结果是合理的,对类似工程具有一定参考价值.     

一种实现复杂初始地应力场精确平衡的通用方法

初始地应力场是岩体工程结构有限元分析的重要初始条件,为了实现初始地应力场平衡,传统做法是在计算模型上施加与之相平衡的外荷载(体力、边界力),但外荷载往往组成复杂甚至不可知,且施加边界荷载所要求的模型边界条件通常与初始地应力平衡后结构计算分析所要求的模型边界条件不一致,这就为初始地应力场平衡带来了困难.为此,本文提出了一种可以实现复杂初始地应力场精确平衡的通用方法,该方法的基本思路是直接在有限元计算模型中施加结点荷载来与初始地应力场进行平衡,从而完全避免了由于外荷载的不可知以及边界条件不一致性所带来的困难;此外,由于所施加结点荷载是直接由初始地应力场通过单元积分计算出来的,故可实现初始地应力场的精确平衡.算例分析表明,所提出的方法不仅简便易行,且精度很高,是一种实现复杂初始地应力场平衡的通用方法.     

基于智能算法的油气田地应力三维预测

为了解决复杂沉积构造环境导致未钻区域的地应力定量预测难度大的问题，根据层速度、地应力、叠后地震信息之间的定量关系，运用BP神经网络、模拟退火等智能算法提出了用于不同工况条件的两种油气田地应力三维预测方法。在完钻井数量较多、实测信息较丰富的工区使用BP神经网络算法，利用地震数据空间速度信息与岩石力学方法建立地应力三维数据体；在实测数据较少的工区，运用模拟退火算法直接搜寻合成与实际地震记录达最优匹配下的地应力解向量。该技术在东部某油田的主要工区进行了现场应用，得到了具有较高精度和分辨率的地应力预测结果，验证了基于智能算法的油气田地应力三维预测方法的可行性。     

基于FLAC3D的岩体初始高水平构造应力场反演方法

为探讨深部岩体工程初始高水平构造应力场的数值模拟反演方法,采用三维有限差分法FLAC~(3D)分别对位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件及基于初始应变能理论的反演方法进行数值试验对比分析。结果表明:在模拟岩体初始高水平构造应力场过程中,位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件三种方法均不能满足要求;而基于初始应变能理论的反演方法效果较好,将该方法应用于狮子山矿区地应力场的反演分析,计算表明各测点的地应力反演值与实测值之间误差在允许范围内,进一步验证了该方法模拟计算岩体初始高水平构造应力场具有较好的可靠性,研究成果为深部岩体工程高水平构造应力场的反演计算方法提供了参考。     

基于多元线性回归方法的地应力研究

地应力场是地质力学与岩石力学研究的基本内容之一,地应力的大小、方向及其分布规律是油气田勘探开发中地应力研究的主要内容。在研究地应力场的过程中,区域边界条件的确定是个难点也是关键部分。以任丘潜山雾迷山组三段为例,视区域边界荷载为未知数,目标井地应力为约束条件,基于多元线性回归方法确定出区域边界条件,利用Matlab求解得出区域所受边界力。研究结果表明,基于多元线性回归方法求得的地应力值与实际测量的地应力值吻合较好。     

基于进化神经元算法的堡镇隧道软弱围岩施工弹塑性智能位移反分析

结合宜万铁路堡镇隧道的施工,将BP神经网络和遗传算法引入特长隧道软岩段的施工位移反分析,采用遗传算法自动搜索BP神经网络训练效果最优的参数,建立起反映围岩变形与岩体物理力学参数及初始地应力之间高度非线性、不确定的GA-BP智能模型,然后采用遗传算法在岩体物理力学参数和初始地应力取值范围内,搜索BP神经网络预测围岩变形与实测围岩变形最接近的参数组合,取得反演获得的岩体物理力学参数和初始地应力.从堡镇隧道应用结果来看,这种进化神经元算法反演结果可以满足隧道施工的需要,并为类似工程提供了借鉴.     

复杂岩体地应力场的随机反演及遗传优化

利用岩体工程量测的变形或应力，考虑量测结果的随机性，提出了复杂岩体初始地应力场的随机反分析模型．在该模型中，采用具有多项式分布的边界荷载来模拟构造应力场，地应力和边界荷载不必符合特定的分布和假定，可以模拟任意分布的复杂初始地应力场；与有限元相结合，采用改进的能全局优化和智能搜索的加速遗传算法反演出边界荷载多项式系数．最后通过工程实例进行了验证分析，表明该方法的有效和可行性．     

基于GA-BP的微地震震源探测技术研究

微地震探测技术,可以通过水力压裂产生的压力变化,沿着地层被强制压开的裂缝,持续向地层中辐射能量,以此对地质特征进行相应探测。本文以射线追踪技术为理论基础,通过迭代算法进行复杂模型正演的设计与模拟,然后通过根据遗传算法(GA)与BP神经网络法完成联合反演。微震探测的方法与技术可行,探测数据有效可靠,目前已经在国内的多个油田进行了实际应用,并且解决了一些棘手的问题。     

桑珠岭特长隧道初始地应力场反演分析

桑珠岭隧道是拉萨-林芝铁路的控制性工程,工程区地质条件复杂,面临着深埋隧道高地应力灾害问题。因此,对其展开初始地应力场分析为保障隧道安全施工及优化结构设计具有重要意义。以现场勘察工作为基础,综合分析工程区地质资料,利用工程类比法和Anderson理论估算了隧址区主应力方向与量值范围;结合现场地应力实测数据,利用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区地应力场的三维反演计算分析。结果表明:测点地应力反演值与实测值在量值与方向上存在较好拟合关系;且同区域构造背景相一致,说明计算结果具有一定的合理性与可靠性。最后,通过分析桑珠岭隧道沿轴向的地应力分布规律,对隧道沿线的易发岩爆段及岩爆等级进行了初步预测,为后期隧道开挖及支护结构设计提供依据。     

地震反演中的三维复杂约束模型

地震反演中约束信息模型的建立,特别是多井、断裂发育区的三维复杂约束模型的建立,是地震波阻抗约束反演中的关键技术环节,对反演质量有着重要影响。运用地震、地质综合分析方法,系统地研究了测井资料垂向井孔轨迹约束、地质层位横向控制约束、断块约束、地层沉积模式和接触关系约束等三维约束模型的关键要素。在三维复杂构造和沉积框架关系建立、约束信息三维空间内插外推以及二次修正方法研究的基础上,建立了包括逆断层在内的复杂断裂约束模型以及河道、盐丘(或礁体)和地层缺失等地层沉积模型。通过对胜利油田牛庄地区三维复杂区块实际约束模型的建立和反演,证明了该方法行之有效,大大提高了反演结果的精度,取得了良好的应用效果。     

基于卷积神经网络的重力异常反演

重力异常反演是地球勘探中常用的方法,它是通过地表观测重力异常推断地下介质的密度分布。针对传统反演方法存在的多解性、初始模型依赖和计算时间较长等问题,本文提出一种基于卷积神经网络(CNN)的重力异常反演方法,该方法首先通过大量正演计算获得训练数据集;然后采用该数据集训练CNN网络,使其建立从地表观测重力异常到地下密度模型之间的映射关系;最后将重力异常数据输入到训练好的卷积神经网络,得到对应的地下密度模型。实验结果表明,该方法能快速、准确的反演出地下重力异常体的密度、位置和形状,具有较强的泛化能力,能有效解决重力异常反演问题。     

Combined back analysis method of ground stress based on refined geological modeling

A new back-analysis method of ground stress is proposed with comprehensive consideration of influence of topography, geology and nonlinear physical mechanical properties of rock on ground stress. This method based on non-uniform rational B-spline (NURBS) technology provides the means to build a refined three-dimensional finite element model with more accurate meshing under complex terrain and geological conditions. Meanwhile, this method is a back-analysis of ground stress with combination of multivariable linear regression model and neural network (ANN) model. Firstly, the regression model is used to fit approximately boundary loads. Regarding the regressed loads as mean value, some sets of boundary loads with the same interval are constructed according to the principle of orthogonal design, to calculate the corresponding ground stress at the observation positions using finite element method. The results (boundary loads and the corresponding ground stress) are added to the samples for ANN training. And on this basis, an ANN model is established to implement higher precise back-analysis of initial ground stress. A practical application case shows that the relative error between the inversed ground stress and observed value is mostly less than 10 %, which can meet the need of engineering design and construction requirements.     

砂砾岩地层三维地应力场研究

以西部某地区砂砾岩储层为研究对象,基于丰富的压裂改造资料、地球物理测井资料,分析深部地层实测地应力的大小与方向,建立了适用于砂砾岩储层的地应力评价模型并计算地应力单井剖面.在此基础上,利用地震构造模型构建合理的三维空间数值模型,以单井地应力为基本约束,利用有限元法对工区现今三维地应力场进行反演.研究结果表明:工区地应力整体处于压应力作用下,表现为西北向东南方向逐渐增大的趋势.受断裂发育及次级构造影响,断裂带内3个主应力显著降低,断裂边缘和端部存在应力激增带.地应力方位整体近E-W,受断裂和局部构造发育的影响,局部地应力方向发生偏转.     

基于KL-E的地质力学模型参数反演及应用

地应力及地质力学参数分布是石油工业井壁稳定性分析、水力压裂以及防砂措施制定等所需的关键参数.提出一种反演地质力学模型参数的方法,该方法通过优化算法依次调整地质力学模型的边界条件与力学参数场,以匹配模型计算地应力与硬数据(一维室内实验测量地应力或一维测井综合解释地应力)为优化目标.利用条件Karhunen-Loève展开...     

地形条件对大安山井田地应力的影响

针对大安山井田复杂的地质条件,采用理论分析、数值模拟和现场实测手段,研究了地形条件对大安山井田地应力的影响。通过理论分析探讨了地形条件对井田地应力的影响规律,结合实测结果与数值计算结果验证了理论分析的有效性。所建立的理论分析模型及分析方法经进一步改进后,完全可以应用于地形条件对井田地应力的影响规律分析。在浅部地层,地形条件对井田地应力场的影响较大。随采深的增加,这种影响逐渐减弱。深部地层应力场主要由自重应力和构造应力组成。地形条件是影响井田地应力场分布特征的重要因素。在采区设计阶段,就应该首先查明井田地形条件,详细分析地形条件对地应力的影响,充分考虑因地形因素造成的应力集中区域。     

基于实测数据的长隧道地应力分布影响因素研究

地应力分布特征是开展长隧道动态优化设计与施工的主要影响因素，亦是判断与预防岩爆、大变形等隧道灾害的重要依据。为了研究某长隧道区域地应力分布的影响规律，以17个现场水压致裂钻孔、164个测点的地应力测试数据为基础，采用高程、岩性、结构面、沟谷地形分区方法分析了长隧道区域的地应力分布特征。通过对比分析不同分区下长隧道围岩应力拟合值与实测值的差异，认为根据地质特征对长隧道区域钻孔测试数据进行合理分区是准确拟合围岩地应力分布特征的关键。研究结果表明：在岩性分界面两侧地应力呈现不同分布规律，沟谷地形对应力分布规律影响显著，而高程和小节理对应力分布的影响较小；岩性分区的线性拟合方法适用于非沟谷地形区域的地应力分布规律分析，相较于按整体或单因素的分区方法得到的地应力分布，采用线性和曲线相结合的沟谷分区方法推算的隧道围岩应力分布具有较高的精度；由于沟谷地形在一定埋深区域存在高应力区，即便采用线性和曲线拟合方法也难以准确模拟其真实的应力分布特征，需进一步开展针对性的研究。     

基于声波信号预测Kaiser应力点的水平地应力

声发射实验测试地应力方法需从地层原位取得的全尺寸岩样上钻取4个小尺寸岩芯,分别进行加载实验下的声发射测定.该方法将造成地层岩样损失,地应力评价成本较高.为此,根据岩石声学性质与力学特性具有较好的相关性特征,基于大量岩石试件的声波时差实验数据和加载条件下的声发射实验数据,构建声波时差与岩样Kaiser应力点的关系模型,并...