基于非开挖随钻检测系统与随机森林的地层岩性识别

通过自主研发设计的非开挖随钻检测系统,采集非开挖钻进参数,进行非开挖钻进实时地层岩性识别,为非开挖施工提供安全信息保证。针对非开挖工程工勘资料缺乏,掘进地层岩性难以判断的问题,提出了一种基于非开挖随钻检测系统实时采集数据,利用随机森林算法建立地层识别模型,通过模型去识别未知地层,并将识别结果可视化展示。通过非开挖随钻检测系统在工程现场的实际应用,获得了包括钻速、扭矩、转速、拉力、泵压、泵量等钻进敏感参数作为训练样本,利用随机森林算法对采集的钻进参数进行训练,构造决策树与随机森林,对钻进参数进行分类,建立了以典型非开挖地层岩性分类为目标的分类模型,分别确定了杂填土、黏土、粉细砂、砾石和淤泥的地层分类标签。进一步,基于机器学习的分类结果,利用PCA主成分分析将地层识别特征降维至三维,实现了地层岩性识别结果的三维展示。将预测模型应用于实际工程,以验证其有效性。结果表明,该方法能在非开挖实时钻进条件下快速识别钻进地层,识别正确率高达92%。该研究成果通过采集导向随钻参数,识别非开挖掘进段地层岩性,为非开挖扩孔阶段钻具选型、泥浆设计等提供了重要信息。      

地层 泥浆 钻进工艺的关系分析

复杂地层的钻进孔壁坍塌除了地层本身结构强度低、容易产生坍塌外,还与泥浆性能的控制、钻进措施的针对性密切相关。分析研究复杂地层的结构特性,适时调节泥浆性能,采取相互协调的钻探施工工艺是预防孔内事故、保障正常钻进的有效途径。     

利用GS-LightGBM机器学习模型识别致密砂岩地层岩性

以交会图为代表的传统岩性识别图版无法适用于致密砂岩地层,其主要原因是大部分地层岩性的测井响应特征相似度高,难以基于图版分析被有效识别。LightGBM较传统模式识别模型能更高效地解决问题,为此采用该模型识别致密砂岩地层岩性。由于LightGBM在建模时利用了较多的超参数,导致预测结果难以保证为最优,所以采用GS算法进行优化,进而提出GS-LightGBM。实验目的层为姬塬油田西部长4+5段致密砂岩地层。提出模型的预测能力通过设计两个实验来验证。为突出验证效果,实验中加入SVM和XGBoost作为对比模型。实验结果显示,GS-XGBoost和GS-LightGBM的准确率、F1-score和AUC指标相接近,都最高,但GS-LightGBM的计算时间只有GS-XGBoost的约1/23。实验结果表明,GS-LightGBM模型可在不失精度的情况下,能快速给出预测结果,具备了在致密砂岩地层岩性识别研究上的应用价值和推广性。      

水平螺旋钻进光学成像导向技术及智能化改进方案

新型城镇化建设和城市地下建设步伐的加快促进了我国地下管网建设的发展,水平螺旋钻进作为最常用的非开挖铺管技术在我国的应用越来越广泛。水平螺旋钻进导向技术长期依赖于微型隧道激光导向,成本高昂,操作复杂。在研究国内外非开挖钻机导向技术的基础上,对螺旋钻进导向技术进行详细的研究并设计了一套利用光学成像技术进行导向的设备。通过室内实验与施工验证了该设备的可行性,同时针对实验及施工中出现的问题提出了进一步的解决方法与智能导向技术思路。      

试用NV—1人工钠土泥浆效果浅析

NV—1人工钠土是地矿部“七五”期间推广应用一项科技成果。NV—1人工钠土具有水化速度快、造浆率高、失水量低、良好的胶体性能,在现场使用时,可直接加水配成泥浆,操作简便,节约原材料,降低成本等优点。桂西某金矿床地层岩石破碎,用本地粘土配浆钻进时超径严重,引用NV—1人工钠泥浆,提高钻进效率,延长钻头寿命,降低孔内事故和泥浆费用。实践证明,该泥浆为金刚石钻探用的优质泥浆,值得推广应用。     

非开挖铺管技术在石门电厂灰坝排渗系统施工中的应用

介绍了导向钻进和项管两种非开挖铺管技术在石门电厂灰库坝排渗系统施工中的应用,总结了其成功的经验,为类似工程的施工、设计提供了参考.     

适用于中粗砂岩地层水平定向钻进的泥浆方案设计

在中粗砂岩地层进行水平定向钻进扩孔施工时会产生大量岩屑。钻屑常常无法及时排除,严重影响工程安全。通过泥浆试验研究了泥浆中各组分对泥浆性能的影响,证明随着膨润土、Na₂CO₃、Na-CMC、XC各成分加量的增加,泥浆黏度均呈现增长的趋势。Na-CMC加量对泥浆塑性黏度有较大影响,XC加量对泥浆静切力有较大影响。通过正交试验确定了最优泥浆方案,为现场施工提供了参考数据。      

水平定向钻隧道地质勘察孔岩屑运移与地层相关性研究

为准确反演勘察孔地层岩性信息、提高岩屑反演勘察孔地层岩性的准确性, 依托某隧道水平定向钻地质勘察项目, 开展了水平定向钻隧道地质勘察孔岩屑运移与地层相关性研究。研究结果表明: 依据岩屑运移速度、费祥俊临界流速理论和Larsen最小返速理论对现场岩屑运移形式的分析, 推知不同围岩岩屑颗粒在水平定向钻孔环空内的运移形式以推移为主, 少部分悬移, 且存在少量岩屑床; 在水平定向钻勘察工程现场, 钻头处产生的地层岩屑最先以悬浮运移状态随泥浆返出; 基于物料输送相关理论分析岩屑颗粒自由悬浮和运动方程, 建立了水平定向钻勘察孔岩屑悬移运移模型; 依托现场碳质板岩和石英片岩相关参数进行了岩屑运移与地层相关性分析, 分别得出完整地层和断层破碎带的岩屑运移孔壁阻力系数, 且断裂带处岩屑运移孔壁阻力系数约为非断裂带处的2.72倍; 得出不同直径钻杆工作范围内的钻孔环空岩屑最终悬浮运移速度, 建立了岩屑运移与地层的关联分析计算模型。研究结果为准确反演勘察孔地层岩性信息, 以及后续隧道的顺利施工提供了理论和数据支持。      

内蒙迪彦庙地区寿山沟组地层研究

内蒙迪彦庙地区早二叠世寿山沟组地层发育良好,岩性相对稳定,变质、变形程度较低,是研究区范围内早二叠世地层层序研究的理想地区。该课题逐层实测了寿山沟组剖面,从剖面的岩性地层入手,着重分析了迪彦庙地区早二叠世的岩性组合特征、基本层序、沉积旋回特征;同时根据古生物化石类型和组合,推断该区域形成的地质时代和沉积环境。研究表明：寿山沟组剖面厚度为9598.98m,根据岩性和粒度的大小,可分3个岩段：一段为滨浅海浅海陆棚沉积;二段、三段为一套浊流沉积岩系,发育特征性浊流沉积构造,为典型的复理石建造。     

基于边界模型和广义耦合马尔可夫链模型的地层变异性模拟方法

地层变异性对岩土结构物的性能评价影响显著, 地层变异性的准确表征对工程实际具有重要意义。为此, 提出了一种有效的地层变异性模拟方法, 在概率框架内, 将边界模型和广义耦合马尔可夫链模型相结合形成一种组合模型, 以综合利用两者的优势。首先, 通过贝叶斯方法识别边界模型参数, 进而采用条件随机场对地层边界进行模拟。然后, 将边界模型模拟结果作为背景信息用于广义耦合马尔可夫链模型中, 实现两种模型的结合。最后, 以香港某建筑场地地层为例, 对3种不同模型的地层变异性模拟结果进行了比较, 以阐明该组合模型的优势, 并探讨钻孔数量及其位置对所提组合模型地层变异性模拟的影响。结果表明: 相比于边界模型与广义耦合马尔可夫链模型, 该组合模型不仅能够模拟复杂的地层分布情况, 而且能够考虑边界的空间分布趋势, 能够有效地避免地质异常现象; 钻孔布置方案对地层模拟的不确定性及其实现均具有较大影响。      

基于多尺度纹理分类及矿物识别的ASTER地质填图

遥感技术已经成为基础地质调查必不可少的手段。为提高地质填图效率及精度, 本研究提出了基于ASTER的岩性自动分类加主要和典型造岩矿物识别的填图方法。首先, 对ASTER数据进行主成分变换, 对选取的第一主分量采用Haar小波进行多尺度小波分解, 将小波系数的统计特征作为纹理特征, 构建纹理及光谱多维特征空间; 接着, 运用支持向量机(SVM)进行岩性分类; 同时, 根据光谱特征提取主要造岩矿物; 最后将主要造岩矿物叠加在分类结果上, 结合野外调查背景进行岩性填图。混淆矩阵结果显示光谱+小波纹理分类精度可以达到83.496 2%, 较光谱+灰度共生矩阵纹理分类精度提高了2.675 6%, 较光谱特征分类精度提高了6.318 9%。与最大似然法(MLC)分类相比, SVM分类精度提高了6.623 7%。矿物提取结果表明, 构造的提取指数可有效提取白云母、黑云母、方解石、角闪石等矿物。野外工作证明, 填图结果与野外调查结果的相关系数为0.7, 可见, 基于ASTER数据利用图像处理技术、机器学习算法及波段运算可作为植被覆盖较少地区有效的地质填图手段。      

虚拟钻孔控制的地质剖面图构建算法与实现

地质剖面图构建采用的数据源多为钻孔数据,对于构建过程中的地层尖灭、剖面图光滑处理等问题的相应算法应用较为复杂,稳定性与健壮性不尽如人意。针对这些问题,本文提出一种虚拟钻孔控制的地质剖面图构建算法。首先,根据地层尖灭处理策略构建其虚拟钻孔;其次,依据细分光滑策略采用4 点插值细分算法构建其虚拟钻孔;然后,对地层线要素进行多边形拓扑重建,构建地层多边形实体;最后,综合各项地质剖面图制图要素进行整饰输出。本文将虚拟钻孔引入地质剖面图构建的各个环节中作为算法中间单元,有效简化了建模算法实现过程,确保了算法的稳定性与高效性。实例表明,采用本文算法所构建的地质剖面图能正确反映研究区域的地质构造,增加了细分次数,可明显提高出图平滑效果。     

基于特征空间优化的随机森林算法在GF-2影像湿地分类中的研究

由于季节性的植被动态和水文波动,湿地遥感影像分类常常比较困难。本文采用优化特征空间的随机森林算法（Random Forest）对吉林省白城市通榆县东部地区预处理后的GF-2影像进行湿地分类研究,具体分为2步：① 对研究区遥感影像进行多尺度分割和对象特征的提取。针对一些学者获取最佳分割尺度时仍受主观因素影响较大的情况,本文通过改进全局最优分割方法来获得最佳分割尺度。② 在最优分割的基础上,基于特征重要性对随机森林分类算法的特征空间进行优化,以得到最佳的随机森林分类结果,并与相同条件下（同数据、同分割尺度、同训练样本,同特征空间）的K-NN、SVM、CART 3种算法以及未优化特征空间的RF算法的分类结果进行了比较。结果表明,基于优化特征空间的RF算法的分类结果总精度和Kappa系数分别为93.038%和0.9177,而K-NN、SVM和CART 3种分类算法的分类结果的总精度分别为83.357%、78.068%、77.136%,未优化特征空间的RF算法分类结果总精度为90.937%。相较于K-NN、SVM、CART 3种分类算法,RF算法在GF-2湿地影像数据中具有更好的分类性能,同时优化特征空间的RF算法精度有所提高,在湿地资源管理中可以发挥非常重要的作用。     

轮南地区石炭系砂泥岩段S3层储层特征与评价

从沉积环境入手,依据岩芯、铸体薄片、测井解释、压汞试验、物性分析等资料,并结合区域地质背景对塔里木盆地北部轮南地区石炭统卡拉沙依组砂泥岩段S3砂组进行了研究。结果表明:该区砂泥岩段S3砂组优质储层的岩性为岩屑砂岩、含砾不等粒砂岩、粉砂岩等;储层孔隙类型以粒间孔、粒间溶孔为主,发育少量粒缘缝;碳酸盐岩胶结物在轮南地区砂泥岩段S3砂组储层中较为普遍;钙质体积分数较高。钙质主要以方解石、铁方解石、铁白云石胶结物的形式存在;优质储层的分布受控于沉积环境,集中发育在砂泥岩段S3砂组上部的三角洲前缘相的分流河道与前缘席状砂和砂泥岩段S3砂组下部潮坪相的潮道和砂坪微相里,所以这些区域是油气勘探的重点目标区。     

山东省阳谷-茌平煤田煤层对比研究

利用阳谷-茌平煤田内的聊城勘查区、阿城镇勘查区、阳谷勘查区、博平勘查区的钻孔资料及地质成果,主要从煤层组合关系、标志层方面对煤田内各勘查区的煤层进行横向比对。山西组发育2~5层煤,3煤发育稳定,厚度较大,易于对比;太原组发育13~17层煤,根据沉积旋回性及赋煤特征分为上组煤、中组煤和下组煤,太原组有3层全区发育稳定的灰岩层,可作为该煤系地层的标志层。同时结合煤层间距及相邻岩层的岩性组合关系,找出各勘查区煤层的对应关系,并提出了统一编号的方案,为该煤田的煤炭资源储量的核实统计及地质综合研究带来方便。     

基于GIS的钻孔资料信息化入库工作研究

钻孔资料是地质工作中形成的重要数据资源，囊括了地层、岩性、构造、矿化蚀变特征、元素化学分析和地下水动态等地质信息，是开展地质找矿，矿产资源评价、地质科学研究、环境保护、城市建设等工作所需要的重要地质资料。为了高效利用原始钻孔资料，本文结合近年来城市地质调查信息化和地下三维可视化建设的工作实践，研究了可操作性强、规范实用的钻孔入库数据表结构，实现了多元、多源、异构钻孔数据的规范化处理，提升了钻孔资料的利用效率和信息化服务水平，更好地发挥了基础地质资料的有力支撑作用，也为其他省市的钻孔资料信息化工作提供了参考。     

高密市南部贫水区地下水勘查探讨

高密市南部低缓丘陵区是山东省典型的资源型缺水地区,通过遥感解译、水文地质调查、物探、钻探等手段,在小于家庄村南成功施工1眼深100 m水井,并通过多孔非稳定流抽水试验求取了部分水文地质参数,确定了可开采量。此次工作对下一步该区农业抗旱、居民生活用水打井都具有一定的示范意义。     

测井技术在泰安姚庄油页岩勘探中的识别应用

油页岩是一种很有前景的油气资源,测井技术是油页岩矿勘探开发的关键技术。该文依托姚庄地区油页岩矿钻孔的测井工作,通过对典型钻孔zk002的测井资料进行分析对比,得出测井曲线的变化与岩层有机质含量的关系,识别出地层岩性,并定出含油页岩层厚度,其结果与地质岩心钻探结果基本一致,因此,测井技术能较好地识别含油页岩层。     

基于支持向量机的岩石薄片图像分割

支持向量机是对传统学习分类方法的一个良好替代,特别是小样本、高维的情况下,有着良好的泛化能力,利用支持向量机良好的分类特性,将图像分割的问题转化为分类问题,对岩石薄片图像进行分割实验.通过实验表明：支持向量机对于分割颜色分布不均匀、边缘模糊的岩石薄片图像,有很好的应用前景.