利用机械取样和浅地层剖面数据反演河底泥沙参数（英文）

河流动力学研究需要河底泥沙物性参数(孔隙率、渗透率和波速等)作为依据,机械取样和浅地层剖面探测是获取物性的重要途径。取样时的机械扰动使测试结果产生偏差,仅利用浅地层剖面数据获取河底特性有限,本文将两者结合起来开展反演研究。将取样测试的级配作为先验信息,进而根据Kozeny-Carman公式确定孔隙率和渗透率的关系。从浅地层剖面数据中提取了水-泥沙界面的声波反射系数。基于等效密度流模型,结合Kozeny-Carman公式和声波反射系数,提出了一种表层淤积泥沙参数反演方法。经过黄河库区试验,得到多个断面的密度和波速等参数,并获取泥沙物性参数的空间变化特征。对比发现,取样点的反演结果与测试结果较为一致,证明了本文提出泥沙参数反演方法的有效性。     

金沙江下游梯级水库泥沙淤积和坝下河道冲刷规律

金沙江下游4个梯级水电站总装机容量相当于两座三峡水库,是“西电东送”中部地区的源头工程,工程效益发挥对经济社会发展意义重大。2012年以来,向家坝、溪洛渡、乌东德和白鹤滩电站等陆续蓄水运行,层层拦截金沙江的泥沙,2013—2020年向家坝出库年输沙量均值下降至152万t,减幅超过99%。大量泥沙淤积在梯级水库内,同时向家坝以下河道发生长距离冲刷。本文以自金沙江下游工程筹建以来的观测资料为基础,针对梯级水库的泥沙淤积和坝下游河道冲刷规律开展研究,结果表明:金沙江下游四个梯级电站自建成运行至2020年底,累计淤积泥沙约5.98亿m³,其中溪洛渡库区淤积量占比达92.5%,2013-2020年溪洛渡和向家坝水库排沙比分别为2.64%和22.2%,其水库泥沙主要淤积在常年回水区的干流河道内,以死库容内淤积为主,侵占有效库容的比例小于1.3%。金沙江下游库区干流河道的峡谷特征明显,淤积多表现为主河槽的平铺式淤高。溪洛渡和向家坝库区淤积的泥沙沿程分选特征明显,越靠近坝前,中数粒径减小、细颗粒泥沙沙量百分数增加,极细颗粒泥沙会在库区一定范围内大量沉积。向家坝下游河床普遍冲刷,但...     

变背景速度2.5维反散射技术在地震勘探中的应用问题

在三维点源、二维介质构造定义下的Ｂｏｒｎ反散射模型，采用ＷＫＢＪ近似，建立由地震反射数据求取速度摄动量或反射系数（界面）的反演公式，反演效果与深度偏移类似。本文目的是将所反演的反射系数（界面），用作最优拟合参数反演的反射层位约束信息，也可用作深度偏移处理。     

1999-2015年汛后小浪底水库典型支流口门淤积发展影响分析

支流作为水库综合效益发挥的重要组成部分,其河口泥沙大幅淤积会影响水库综合效益的发挥.选取多沙河流水库黄河小浪底库区畛水、石井两支流作为典型实例,在对1999-2015年汛后水库的来水来沙、水库调度、库区干支流淤积量与形态分析基础上,研究干支流淤积形态的变化,重点研究支流口门拦门沙坎抬升变化特征,结果表明：支流的分流及淤积与入库流量、含沙量及库区的淤积形态有关.入库流量越大,支流分流比小,支流淤积规模小;入库含沙量越大,支流分沙比越大,支流淤积规模越大.     

基于双相介质理论的储层参数反演方法

传统基于单相介质理论的储层参数反演方法将孔隙流体与固体骨架等效为单一固体,弱化了孔隙流体的影响,反演结果精度不高.本文提出根据双相介质理论反演储层参数的方法.首先,在前人研究的基础上,利用岩石物理模型建立弹性参数与孔隙度、饱和度、泥质含量等储层参数间的关系,进而将双相介质反射系数推导为储层参数的函数;其次,根据贝叶斯反演理论,在高斯噪声假设的基础上,采用更加符合实际情况的修正柯西分布函数描述反射系数的稀疏性,推导出储层物性参数目标反演函数;最后,应用差分进化非线性全局寻优算法来求解目标反演函数,使得反演结果与实际资料间误差最小.新方法旨在突出流体对介质反射系数的影响,以期得到较高的储层参数反演精度.模型与实际资料测试均表明该方法可行、有效且反演精度较高.     

裂缝模型声波衰减系数的数值模拟

超声波数据是研究碳酸盐岩储层孔隙结构的重要资料,超声波响应可用来反演孔隙结构.本文从声波波动理论出发,以裂缝模型为研究对象,开展超声波数值模拟研究.结果表明:随着裂缝孔隙度的增加,岩石声波衰减系数总体呈上升趋势,但孔隙度增长方式不同,衰减系数的递增函数规律亦不同;随着裂缝延伸方向与声波激发方向的夹角增大,岩石声波的衰减系数线性增加;衰减系数随着裂缝密度增大呈幂函数规律递增;利用数值模拟的方法能避免人为误差、节约实验成本,为裂缝结构的岩石声波实验研究拓展了思路.     

地震波反射系数偏导矩阵的精确解及对近似计算的精度分析

目前叠前反演方法大多是基于Zoeppritz方程近似式实现的,它仅适应于弱反射介质界面、中小角度(或小偏移距)的地震数据反演,不能满足勘探开发的地质需求.本文建立了基于zoeppritz方程精确求解反射系数的梯度矩阵,分析了矩阵特点和精度,为研究利用反射系数梯度精确解反演地震参数奠定了基础.     

三峡水库蓄水后库区水沙变化及其生态环境响应特征

三峡水库举世瞩目,是长江保护与治理的关键性枢纽工程,水库自2003年蓄水运行后库区水沙条件均发生了显著改变,对库区水生态环境产生了深远影响。本文系统综述了三峡水库蓄水运行后库区的水流动力特性和泥沙淤积特性,总结了蓄水后水库的新水沙运动情况;从水库蓄水运行后水质参数特征,营养物质、重金属和典型有毒有机污染物的赋存特征等方面,分析了三峡水库库区新水沙变化条件下的水环境响应特征;基于水库蓄水前后浮游植物、底栖动物等重点生物群落的现存量和群落特征变化规律,探索了三峡水库新水沙变化条件下库区的水生态响应特征;最后对未来三峡水库运行下的水生态环境效应研究提出展望,本文可为三峡水库水生态环境保护科学研究和管理提供新的认识和决策参考。     

子波相位不准对反演结果的影响(英文)

本文重点讨论在振幅谱估计准确的情况下,采用不同相位谱子波作为实际估计子波进行线性最小二乘反演,并对结果进行分析。除子波相位外,所有其它影响反演结果的因素均忽略。稀疏反射系数模型(块状波阻抗模型)反演结果表明:(1)使用不同相位谱子波进行反演,其反演结果合成的记录与原始记录都非常匹配,但反演的反射系数和声波阻抗结果与真实模型有差异;(2)反演结果的可靠程度主要与不同相位子波z变换的根的分布有关,当估计子波与真实子波Z变换的根的分布仅在单位圆附近有差异时,反演的反射系数和声波阻抗与真实模型很接近;(3)尽管反演前后地震记录都匹配了,并且评价反演结果好坏的柯西准则或改进柯西准则(反演参数没有进行自适应处理)已经达到了最优(最小),但反演结果与真实模型仍存在较大差异。最后,针对子波相位估计不准可能导致反演效果较差这个问题,我们提出采用求L1范数、丰度、变分、柯西准则(反演参数进行了自适应处理)或/和改进柯西准则(反演参数进行了自适应处理)的最优值或次优值作为评价准则的一种解决办法,理论上得到了好的效果。     

岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法

叠前地震反演和岩石物理反演分别是获取弹性参数和物性参数的重要手段,两者结合有助于实现储层参数预测并精细刻画储层特征.储层物性参数的反演依赖于岩石物理模型,在进行物性参数反演时可以将复杂的岩石物理模型做泰勒展开,进而得到其一阶或高阶的近似表达式,然而这会降低模型的精确性并增加反演的误差.为了提高储层物性参数反演的稳定性和准确性,本文以碎屑岩储层为例,提出了岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法.首先,基于贝叶斯框架和高斯分布约束条件,从叠前地震数据中实现纵、横波速度及密度等弹性参数的反演.其次,通过碎屑岩岩石物理模型建立起弹性参数与物性参数之间的联系.最后,利用粒子群算法进行全局寻优获得较为准确的孔隙度、泥质含量和含水饱和度等物性参数.合成数据和实际资料测试结果验证了所提方法的可行性和准确性,反演结果与测井数据吻合较好,可有效指示含气储层区域,本文方法在储层预测和评价方面具有广泛的应用前景.     

一种新型海底沉积物声学原位测量系统的研制及应用

为了能够精确地测量海底表层沉积物的声学参数,自主研制了一种新型海底沉积物声学原位测量系统,与国内外传统的声学原位测量系统相比,该系统能够实时显示声波波形,调整测量参数,其工作方式除了站位式测量之外,还实现了拖行式连续测量,极大地提高了工作效率.根据前期海试情况,对海底仪器结构进行了重新设计,使之可以同时测量海底沉积物及海底海水的声学参数,同时建立了双向数字信道,解决了测量过程中系统信号的干扰问题.该系统的结构分为两部分:甲板控制单元和水下测量单元,整套系统通过主机控制程序进行控制,采用GPS定位系统测定仪器的大地坐标.为了检验系统的稳定性及准确性,分别进行了实验室水槽实验和海上试验.利用水声测量设备对测量系统进行实验室水槽标定分析,实验结果表明系统测量值相对误差仅为0.04%,测量结果具有较高的精度.海上试验在青岛胶州湾和东海海域进行,获得了试验区域海底沉积物声速和声衰减系数的测量数据,将测量数据与他人的研究结果进行对比分析,结果表明测量数据与前人研究结果一致,较为准确.该原位测量系统在站位式测量和拖行式测量中都能够快速准确地测量出沉积物声速和声衰减系数,可以作为海底底质声学测量的调查设备.     

筑坝拦截对黑河河道沉积物粒度空间分布的影响

河流沉积物对流域环境变化具有敏感响应，其粒度参数能反映沉积环境中物质来源和水动力环境.本文以黑河流域上中游为研究区域，探究河流沉积物粒度对流域环境变化的响应.从黑河上中游干流22个主要控制断面采集河床沉积物样品，采用筛分法和吸管法对沉积物样品粒度参数进行测定，并分析其空间分布规律对筑坝拦截为主的环境改变响应.研究结果表明：受梯级水库建设影响，黑河上中游泥沙粒径大小差异显著.干流库区泥沙粒径较自然河段明显减小，分选很好，呈正偏或极正偏尖锐分布，而且在库区不同沉积高度上表现出分层沉积特征；坝下游河段因遭受强烈冲刷，较自然河段泥沙粒径粗化显著，分选变差，偏态趋向极正偏，峰态尖锐化；水库回水区受水库壅水及下泄清水的双重制约，泥沙粒度参数介于自然河段和坝下游河段之间，整体分选中等，呈极正偏尖锐分布；沉积环境分析表明，上游支流河段沉积物粒度特征受泥沙供给和物源特征的影响较水动力条件显著，干流河段沉积物粒度特征主要受水动力条件控制.研究结果既符合河流上中游沉积物粒度分布规律，也反映了河流环境变化对沉积物粒度组成的影响.     

饱和土介质中地震波在水、气分界面上的反射与透射

基于修改的Biot模型，研究地震波在气饱和土中的传播特性以及地震波在饱和土中气、水界面上的反射和透射. 从理论上分析气饱和土与水饱和土的特性差异，根据界面连续条件推导了反射系数与透射系数的一般计算式；通过数值算例分析了气饱和土中波的传播特性，并分析了饱和土中P1波入射气、水界面时反射系数和透射系数与入射角及频率的关系. 结果表明，波在气饱和土中的传播与水饱和土中有较大差异； 频率和入射角度对反射系数与透射系数均有较大影响；并获得了波传播的某些新认识. 这对地震工程的波动勘测技术和场地反应分析具有理论及实际意义.      

大地电磁与地震联合反演研究现状与展望

由于大地电磁探测和地震勘探各自存在优势和局限,因此联合反演比单独一种地球物理资料反演更优越.本文剖析了联合反演的两类分类方法,指出大地电磁与地震方法具备联合反演的基础-理论上相似,物性上有联系,并重点分析国内外大地电磁与地震数据联合反演的研究现状与存在问题,总结层状均匀和非均匀两种介质结构的电震联合反演算法.对于如何耦合不同类型的物性参数这一联合反演的核心问题,指出目前广泛使用的岩石物理法和结构法两类方法的适用范围.最后提出大地电磁与地震联合反演的发展方向:层状均匀介质结构要优化线性迭代技术;非均匀的复杂地质结构,需加紧非线性反演理论向非线性反演发展,其中结构法反演前景广阔,要加强实际资料的运用;此外,电震联合反演也需与岩石物性等先验地质信息相结合.     

杨氏模量和泊松比反射系数近似方程及叠前地震反演

杨氏模量和泊松比等岩石弹性参数是表征页岩气储集体岩石脆性、评价储层含气特征的重要特征参数,而叠前地震反演是从地震资料中获取此类参数的有效途径.地震波反射系数方程是叠前反演的基础.首先,在平面波入射等假设条件下推导了基于杨氏模量(Y)、泊松比(σ)和密度(D)的纵波反射系数线性近似方程(YPD反射系数近似方程),该方程建立了地震纵波反射系数与杨氏模量反射系数、泊松比反射系数和密度反射系数的线性关系;其次,对该方程的精度和适用条件进行了分析,模型分析表明,在入射角为40°时,该方程具有较高的计算精度;最后,建立了一种稳定获取杨氏模量和泊松比的叠前地震直接反演方法.模型试算和实际资料试处理表明,基于新方程的反演方法能够稳定合理的直接从叠前地震资料中获取杨氏模量和泊松比参数,提供了一种高可靠性的页岩气"甜点"地震识别方法.     

基于Biot-Squirt方程的波场模拟

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的两种重要力学机制,对地震波和声波的传播均产生重要影响. Dvorkin和Nur提出了同时包含Biot流动和喷射流动力学机制的统一的BISQ(Biot-Squirt)模型,基于这一模型,尽管有关弹性波在多孔隙介质中的衰减和频散问题已被广泛研究,然而,基于BISQ波传播方程的波场数值模拟至今仍未见报道. 本文从同时包含两种力学机制的孔隙弹性波方程出发,利用FCT有限差分法对含流体孔隙各向同性介质中的地震波和声波进行了数值模拟,并与基于Biot流动的Biot理论之模拟结果进行比较. 数值模拟结果表明:同时包含Biot流动和喷射流动影响的地震波和声波速度比仅包含Biot流动作用的地震波和声波速度慢,慢P波的衰减比根据Biot理论模拟的慢P波衰减更强.     

积分道与基于Born散射的一维声波方程速度反演

基于Born散射理论，推导了适用于常速和变速背景的一维速度反演公式。与经典的Bleistein逆散射反演公式相比，本文考虑了声波在一维有限空间中的传播，选取的边界条件更合理。改进后的公式也揭示了积分道(对反射系数的积分)与绝对速度的关系，更有实用价值。     

近20年来三峡水库泥沙淤积及其对库区的影响

泥沙问题是三峡工程建设与运行中的关键技术问题之一,只有妥善处理好泥沙问题,才能保证三峡工程长期有效使用,维持水库功能的全面发挥。本文首先结合实测水文、河道地形观测资料,对三峡水库运行近20年来的泥沙淤积特性及水库排沙比进行了较为全面的分析研究,并与已有研究成果进行了对比;其次,围绕防洪、航运以及坝前段的泥沙淤积等方面,进一步分析了水库淤积产生的影响。结果表明:三峡水库蓄水以来,在不考虑区间来沙的情况下,三峡水库共淤积泥沙20.484亿t,近似年均淤积1.102亿t,水库排沙比为23.6%,水库年均淤积量为原论证预测值的33%。其中,库区干流段累计淤积泥沙17.835亿m³(变动回水区冲刷0.694亿m³;常年回水区淤积18.529亿m³),淤积在水库防洪库容内的泥沙为1.648亿m³(干、支流分别淤积1.517亿m³和0.131亿m³),占水库防洪库容的0.74%,“十一五”攻关阶段研究得出的多年平均淤积量及排沙比较实测值均偏大,变动回水区冲淤则出现反向的...     

各向异性地层随钻方位电磁波测井探测特性分析（英文）

随钻方位电磁波测井仪器已广泛应用于大斜度井/水平井钻井,但地层各向异性使得地质导向及储层评价更为困难。为定量分析地层各向异性对随钻方位电磁波测井响应及资料处理影响,本文借助正反演技术,详细考察了测井响应对各向异性的敏感性及测井数据反演精度。首先,定义了敏感因子,定量分析了不同磁场分量、合成信号对各向异性的敏感性;然后,模拟了层状各向异性地层中的随钻方位电磁波测井仪器响应,对比分析了对称设计和非对称设计仪器的响应特征及对地层参数的敏感性;最后,探讨了反演模型的选取对各向异性地层界面反演精度的影响。数值模拟及反演结果表明:随钻方位电磁波测井响应受各向异性影响严重,通过对称补偿设计可降低地质信号对各向异性的敏感性,进而增强对地层界面的探测能力;各向异性地层中,视电阻率曲线出现分离及"犄角"等现象,界面附近方位信号则可能出现复杂非线性变化;反演中若不考虑各向异性的影响,难以获取准确的地层界面和电阻率信息,进而可能导致地质导向决策的失误。     

超声反射法套管-地层环空间介质波阻抗反演方法与成像实例

针对套管井反射式超声波水泥固井质量检测问题，本文利用超声反射波频谱中套管共振透射窗内的复合反射系数，提出了定量反演套管-地层环空间内介质的波阻抗的方法. 利用复合反射系数中多个频率点的相移反正切函数主值，给出了波阻抗的计算公式，并把套管-地层环空间介质中波的相移的整、实特性作为波阻抗反演收敛的判据. 针对井下实际测井环境中超声换能器性能受温度和压力等的影响而发生变化，导致的声源波形（子波）和复合反射系数不确定的困难，提出了用井下原地（in situ）实测波形定量估计声源波形和复合反射系数的方法. 通过对合成数据的处理，分别考察了已知介质的声学和几何参数存在的偏差对套管-地层环空间内介质的波阻抗反演结果的影响. 本文对多组模型井检验数据进行了目的层介质的波阻抗反演与成像，成像结果与真实情况吻合，验证了反演方法的有效性. 最后对现场实测资料进行了套管-地层环空间内介质的波阻抗定量反演与成像.