物探化探计算技术

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地球物理学论坛专稿

  • 地震学视角下的结构时变特征监测:方法创新、应用进展与未来方向

    刘沛钰;赵亚豪;杨博;孟浩然;周敏;袁蝶;潘香伶;侯郁;

    地下结构时变特征的地震学监测为解析断层动力学演化、火山活动机制近地表多物理量耦合机理等关键地球物理过程提供了重要的观测约束,其技术革新正驱动地球系统科学研究范式转变。依托密集台网观测系统的规模化部署与先进数据处理算法的迭代升级,现代监测体系已集成主动源激发与被动源信号提取的协同方法,实现了千米至米级空间“尺度”和年至分钟级时间精度的动态监测能力。技术突破驱动研究领域向多学科交叉方向延伸,不仅实现了地下流体运移、冰川消融动力学等环境过程的定量表征,更在工程地质与环境安全领域形成创新性应用,典型代表包括滑坡、塌陷灾害监测及桥梁、超高层建筑等重大基础设施的结构健康诊断技术。笔者系统梳理了主动源与被动源两类技术路线的理论基础与技术发展,分析了前人研究中不同方法的物理机制、技术原理与适用场景。笔者还特别介绍了本研究团队基于弥散地震背景噪声的定量评估、全要素格林函数提取、地下波速及衰减特征时变监测的系列创新成果。面向未来发展,该领域需要聚焦四个维度突破:一是振动源端需研发低成本、高重复性的可控源技术支撑高密度、长期监测需求;二是观测技术端需融合分布式光纤声学传感等新型传感网络提升空间覆盖密度;三是反演算法端需构建包含介质衰减参数的多物理量耦合反演框架增强模型约束能力;四是应用场景端可拓展至碳封存过程实时监控、水库渗流动态追踪及超高层建筑动力响应解析等领域。

    2025年03期 v.47;No.221 311-339页 [查看摘要][在线阅读][下载 2369K]

地球物理

  • 波场梯度法在阿拉斯加地区的应用研究

    刘智金;梁春涛;陈春美;曹飞煌;

    笔者使用波场梯度法,获得了阿拉斯加地区20 s~150 s的瑞利波相速度分布,结果为阿拉斯加地区特别是俯冲带的结构特征、构造变形等科学问题提供了新的参考和约束。在20 s~30 s周期范围内,科布克断层以北和德纳利断层以南的广大区域表现为低速异常,与这些区域厚的地壳相一致。在50 s及更长周期,中南部的高速异常刻画了俯冲的太平洋和雅库塔特板块的形态,北部的高速异常指示了北极阿拉斯加地体和北美克拉通厚且冷的岩石圈。阿拉斯加西部沿海火山与太平洋板块弧后区域的低速异常的分布在50 s及以上的周期对应良好,结合前人研究我们认为这些火山的岩浆可能来源于大地幔楔的热上升流。此外,德纳利火山空区在20 s~30 s周期范围内表现为平均速度,表明雅库塔特板块地幔楔内可能缺乏岩浆活动。

    2025年03期 v.47;No.221 340-351页 [查看摘要][在线阅读][下载 2542K]
  • 阿拉斯加地区660 km间断面结构研究

    冯麟淇;邓凯;

    地幔过渡带间断面是地球内部重要的相变界面,其深度、相变宽度(间断面厚度)以及跨越间断面的速度和密度跃变是认识地球内部温度结构、物质组成成分和地幔对流特征的重要参数。笔者利用阿拉斯加663个地震台站的地震数据,提取了来自阿拉斯加下方660 km间断面的多频段P660s转换波振幅,反演获得该地区660 km间断面的厚度和跨越间断面的横波速度跃变,结果显示660 km间断面厚度约为1.66 km,跨越660 km间断面的横波速度跃变约5.95%。基于矿物体积成分模拟,我们认为660 km间断面附近玄武岩含量约10%~20%,地幔过渡带底部富集方辉橄榄岩。同时如此尖锐的660 km间断面揭示了一个干燥的地幔环境,附近相变由后尖晶石相变为主。

    2025年03期 v.47;No.221 352-359页 [查看摘要][在线阅读][下载 1546K]
  • 面向盐下目标的双程波照明模拟及二维采集观测系统优化分析

    尹川;韩文明;张世鑫;陈建光;杨浩;

    针对常规射线追踪和单程波波场延拓等方法难以适应构造变形复杂、速度变化剧烈的盐构造模型,导致盐下照明模拟精度不够甚至与实际地质情况不符的问题,引入基于双程波波动理论的波场延拓和地震照明模拟计算方法。通过双程声波方程的一阶交错网格有限差分方法在时间域进行波场延拓,并在其基础上计算地震照明度。设计二维盐丘底辟构造模型,并模拟了地面单炮地震照明和不同排列下震源检波器组合地震照明分布,结合正演炮集记录逆时偏移(RTM)结果,对比分析不同采集观测系统对盐侧翼和盐下照明的影响。结果表明,针对复杂盐丘模型,不同震源和观测系统对盐下或盐侧翼目标的照明成像效果差异较大,实际资料的采集处理需设计面向目标的地质模型,进行高精度地震照明模拟和采集观测系统评价、设计,得到面向盐构造相关目标成像的优化采集观测系统和地震成像处理策略。

    2025年03期 v.47;No.221 360-366页 [查看摘要][在线阅读][下载 1908K]
  • 各向异性拟声波角度域逆时偏移成像技术研究

    肖建恩;秦宁;崔庆辉;赵爱国;王胜阁;

    逆时偏移通过波动方程的数值解法来进行波场延拓和成像,是处理复杂构造及强横向变速区域成像的有效工具。地下介质中各向异性普遍存在,在成像过程中忽略其影响会造成绕射波收敛不完全和成像位置偏离等问题。笔者从各向异性拟声波逆时偏移理论出发,首先通过波场时间和空间梯度对传播矢量进行约束迭代求解,增强算法的稳定性和精确性;随后基于传播矢量进行角度域成像条件的构建和角度道集的提取;进而采用CPU和GPU协同并行算法来进一步提升计算效率,发展了一种各向异性拟声波角度域逆时偏移成像算法。最后通过理论模型验证了算法的有效性和适用性。

    2025年03期 v.47;No.221 367-374页 [查看摘要][在线阅读][下载 1451K]
  • 标量泊松比在西湖凹陷花港组含气性检测中的应用

    李洋森;李键;涂齐催;刘晓晖;

    受西湖凹陷HK气田探井少、不同流体AVO类型相近影响,利用传统衍生烃类检测属性不能有效识别研究区储层流体性质,亟需寻找适合该区有效烃类检测方法。通过对HK气田已钻井单点叠前AVO正演模拟,建立研究区流体识别的截距和梯度交汇量版,含气砂岩表现为明显的Ⅱ 类~Ⅲ类AVO特征,且不同埋深含气砂岩在AVO截距和梯度交汇量版上基本可区分,在此基础上,借鉴泊松阻抗的研究思路提出标量泊松比属性,可以增强研究区含气性识别的敏感度,在西湖凹陷中深层烃类检测中取得了良好的应用效果。

    2025年03期 v.47;No.221 375-384页 [查看摘要][在线阅读][下载 1964K]
  • 综合物探技术在城市轨道交通煤矿采空区勘察中的应用研究

    傅磊;陈健;黄亚娟;

    在煤矿资源型城市轨道交通建设过程中,煤矿采空区的准确探测是确保工程建设的关键环节。针对煤矿采空区地质条件复杂、安全隐患大的特点,采用综合物探技术进行采空区专项勘察。综合物探技术因其非破坏性、高效及多参数的优势,在解决复杂地质问题中发挥着重要作用,笔者使用微动面波、电阻率CT测井和综合测井多种物探方法进行综合勘察,提高了勘察的精度和效率,经过对比分析和现场验证,证明了该套物探技术体系在提高采空区探测精度、降低工程建设风险方面的显著效果,为类似工程项目的地质勘察提供了重要的理论依据和技术支持。

    2025年03期 v.47;No.221 385-392页 [查看摘要][在线阅读][下载 1760K]
  • 综合物探技术在输水隧洞涌水突泥灾害探测中的应用

    王子铭;廖天元;米健;李靖;

    笔者运用地面被动源面波勘探法和洞内TRT超前地质预报法对滇中引水工程某输水隧洞涌水突泥洞段进行综合物探勘察。利用直线型台阵快速、经济、高效的特点,采用扩展空间自相关法从微动信号中提取面波频散曲线,反演计算横波波速并绘制剖面图,对异常形态进行分析,再结合TRT超前地质预报成果开展精细化解释,准确探测出了隧洞前方涌水突泥堆积区及影响范围、富水破碎区等不良地质体的空间分布。结果表明,综合运用地面被动源面波勘探法和洞内TRT超前地质预报法对于探测输水隧洞不良地质体规模和空间分布具有良好效果,为后续工程设计及施工方案选择提供了可靠依据。

    2025年03期 v.47;No.221 393-401页 [查看摘要][在线阅读][下载 1441K]
  • AMT在黔中地区白马洞铀矿床深部找矿中的应用试验与分析

    徐美龄;喻剑飞;徐长青;徐兴幸;

    以黔中铀成矿带的白马洞铀矿床为典型矿床开展深部找矿的方法试验工作,采用音频大地电磁测深法(AMT),通过从已知到未知的研究思路,建立起了本区铀矿床埋深大于300 m的地质-地球物理异常找矿标志。试验结果表明,AMT法能够解决该区白马洞矿区赋矿地层、控矿构造深部倾向及其构造破碎带的深部展布问题,能够为本区深部及外围深部隐伏铀矿床的勘探工作提供有力支撑。

    2025年03期 v.47;No.221 402-409页 [查看摘要][在线阅读][下载 1660K]

大数据与人工智能

  • 基于CL-Trans模型的测井储层参数预测方法

    胡睿;李勇;刘应天;冯文;

    有效的储层参数对于储层表征和储层评价具有重要意义。传统的基于岩心测量或岩石物理建模的方法或成本昂贵或效率低下,现有的基于循环神经网络的方法无法很好捕捉序列中的全局依赖关系。笔者从实际测井资料出发,建立了一套可靠、低成本、对测井数据全局特征敏感的储层参数预测方法。该方法是一种基于CNN、LSTM和Transformer编码器的混合深度学习模型,称为CL-Trans模型。CL-Trans模型首先使用一维卷积层从测井数据中挖掘潜在初级特征,然后利用多个LSTM层建立测井资料与储层参数之间的非线性关系,最后应用于具有自注意力机制的Transformer编码器中,进一步提取测井数据的全局特征。我们将该网络应用于某区域测井数据并预测孔隙度和渗透率,在与随机森林RF、LSTM和CNN-LSTM模型相比时,显示出更准确和更稳定的储层参数预测结果。

    2025年03期 v.47;No.221 410-419页 [查看摘要][在线阅读][下载 1789K]
  • 基于IWOA-BiLSTM的测井数据储层预测方法

    陈子杰;李琼;

    测井数据资料在油气资源的勘探中扮演着重要角色,其中包含的大量地质和储层信息是进行储层预测的关键。近年来,优化算法和神经网络在大数据挖掘与预测研究中脱颖而出,因此笔者创新性地将改进鲸鱼优化算法(IWOA)和双向长短时记忆神经网络(BiLSTM)结合起来,构建了IWOA-BiLSTM算法,并引入测井数据用于储层预测,选取了声波时差、密度、自然伽马和电阻率四条测井曲线,并以优化后的模型训练结果与未经优化的BiLSTM模型训练结果进行了对比。随后,将算法用于实际的测井数据储层预测,该混合算法在预测过程中表现出色,以接近90%的预测准确率完成了储层预测任务。综合分析预测结果,系统地归纳了IWOA-BiLSTM算法的优势,为油气资源的勘探与开发引入一种新的方法。

    2025年03期 v.47;No.221 420-426页 [查看摘要][在线阅读][下载 1479K]
  • 基于卷积自编码器的地震数据随机噪声压制

    何承峻;张华;

    随着油气勘探向复杂地质环境的不断深入,地震勘探数据面临着越来越严重的噪声干扰,这对后续数据处理和解释提出了挑战。由于常规卷积自编码器去噪方法一般采用的ReLU激活函数,存在着梯度消失和“死亡ReLU”问题。为此,笔者提出在基于卷积自编码器的去噪过程中,采用ELU激活函数,有效地避免了ReLU激活函数存在的问题,并利用Adam优化器提高了网络的稳定性和效率。实验首先对合成数据进行训练,然后对带有噪声的合成地震数据和实际地震数据进行去噪处理。结果表明,ELU构建的自编码器网络在去除随机噪声方面优于原始的ReLU构建的自编码器,能够有效地分离有效信号和噪声,并显著减少人工干预的需要,实现了地震数据的智能降噪处理,提高了处理质量。

    2025年03期 v.47;No.221 427-435页 [查看摘要][在线阅读][下载 2440K]
  • 基于多元拟合与随机森林回归的测井校正方法在塔中低凸起碎屑岩中的运用

    陈强;肖又军;肖文;彭盛强;张晟;刘云祥;

    高质量的密度和速度曲线是做好地震储层预测研究的基础,然而测井曲线易受井筒环境的影响而存在多解性,且油田普遍面临着随井数剧增工作量加大,如何在短时间内保质保量的完成曲线校正成了亟待解决的问题。近年来,随着机器学习及大数据分析技术兴起,机器学习方法在地球物理测井领域得以广泛应用。笔者提出了一种基于多元线性拟合和机器学习算法相结合的曲线环境校正方法,来解决不同程度的曲线异常问题,即利用多元线性拟合实现曲线失真程度较小的井曲线环境校正,并将其作为扩充样本,采用机器学习算法进行样本数据的训练和预测,实现曲线失真程度较大井的曲线环境校正。该方法可以根据井眼垮塌等造成的曲线失真的程度,发挥多元线性拟合的适用性及快速修正的优势,以此来扩充样本数据,并结合机器学习算法的优势,还原真实的地层响应。最后将该方法应用于塔中低凸起碎屑岩地层,对不同机器学习方法的预测结果进行对比,筛选出随机森林回归作为本区的机器学习模型,以自然伽马、电阻率和纵波时差为特征变量,密度为目标变量,对随机森林回归模型进行训练和评估,多井的拟合优度、均方误差和验证井的高吻合度表明模型可以有效收敛且模型精度较高。随机森林回归较多元线性拟合可进一步提高曲线预测的精度,确保高效且保质保量地完成大批量的曲线校正工作。校正后曲线间一致性响应更好,岩石物理规律更加合理,井震关系也有明显改善,这为后续岩石物理建模和高质量地震储层预测反演提供了可靠的理论依据。

    2025年03期 v.47;No.221 436-451页 [查看摘要][在线阅读][下载 3051K]
  • 斜坡单元数量敏感性对滑坡易发性评估的影响研究

    冯希尧;韩佳良;刘瑞;苟俊程;

    斜坡单元能够更全面地表征地貌信息,已被广泛应用于滑坡易发性研究中。然而,针对斜坡单元数量敏感性对其影响的讨论相对较少。本研究采用自动划分斜坡单元的工具,通过地理探测器与多重共线性分析筛选滑坡影响因子。利用三种机器学习算法进行模型训练,选择表现最优的模型绘制研究区滑坡易发性图。研究结果表明,斜坡单元数量对滑坡影响因子的贡献具有显著差异,增加斜坡单元数量并不必然提升滑坡易发性图的质量。在实验中,20 470个斜坡单元的滑坡易发性评估效果最佳,优于其他数量的斜坡单元和栅格单元。研究强调,通过对灾害强度指数等指标的对比分析,合理选择斜坡单元数量,有助于提升滑坡易发性评估的科学性与准确性。

    2025年03期 v.47;No.221 452-465页 [查看摘要][在线阅读][下载 2668K]
  • 基于高分辨率遥感影像的城市水体语义分割和制图——以中国成都为例

    王婷婷;程熙;李斌;王潆晨;宋泽毅;孟丽康;

    城市水体对城市规划和发展极为重要,快速且准确地获取城市水体信息具有重要意义。大规模提取水体范围通常使用中低分辨率遥感影像来实现,但水体边缘检测和小水体的提取需要使用高分辨率遥感影像。针对成都市城市水体,笔者构建了一份高分辨率遥感影像城市水体数据集,并采用了一种基于注意力机制的SegFormer模型的语义分割方法。实验结果表明,构造的数据集和该模型结合进行城市大规模水体信息提取是可行的,提取精度指标均达96%以上。该研究可应用于其他大区域的水体提取和制图,为其他利用高分辨率遥感影像提取大规模水体信息的方法提供参考。

    2025年03期 v.47;No.221 466-474页 [查看摘要][在线阅读][下载 1557K]