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基于串行及并行多任务学习网络的储层参数评价研究

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1613-1626页

作者：徐彬森肖立志中国石油大学(北京)地球物理学院北京102249

选取基于串行还是并行多任务学习的储层参数评价网络建模是近期涌现的一个问题.本文以中国西部某油田老区储层参数试验数据为基础,对比20种不同的基础神经元模块组成的多任务学习网络的孔隙度、饱和度和渗透率评价结果,据此提出模型选... 详细信息

选取基于串行还是并行多任务学习的储层参数评价网络建模是近期涌现的一个问题.本文以中国西部某油田老区储层参数试验数据为基础,对比20种不同的基础神经元模块组成的多任务学习网络的孔隙度、饱和度和渗透率评价结果,据此提出模型选择策略:确定系数为评价指标,选择串行而不是并行结构网络模型的条件为模型参数量小于1000的参考值;模型参数量大于1000时,串行多任务网络不如并行多任务网络.当平均绝对误差为评价指标时,选取串行多任务的前提是模型参数量小于10000的参考值.模型参数量大于10000时,串行和并行多任务网络结果具有一定相似性.如果平均绝对误差和模型参数量均在允许范围内,两种架构网络均可行.本文旨在为后续不同类型多任务学习网络架构模型设计及应用提供支持.

关键词：多任务学习储层参数评价机制模型策略

柴达木盆地英雄岭构造带小断层和碳酸盐岩缝洞体识别地震勘探关键技术

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石油地球物理勘探 2024年第2期59卷 290-298页

作者：陈敬国邓志文王飞李景叶王恺吴迪中国石油大学(北京)地球物理学院北京102249 东方地球物理公司河北涿州072751

针对柴达木盆地英雄岭构造带深层小断层和碳酸盐岩缝洞体识别,提出配套的地震勘探关键技术。首先,从资料采集方面,扩大观测方位,采用小组合激发和接收,炮、检点均匀布设,可提高小断层成像精度;在地震资料数据处理方面,采用OVT域多维保... 详细信息

针对柴达木盆地英雄岭构造带深层小断层和碳酸盐岩缝洞体识别,提出配套的地震勘探关键技术。首先,从资料采集方面,扩大观测方位,采用小组合激发和接收,炮、检点均匀布设,可提高小断层成像精度;在地震资料数据处理方面,采用OVT域多维保真压噪技术和巨厚表层Q补偿处理技术,可以提高地震资料信噪比、保真度,有效拓宽频带,提高分辨率;在地震资料解释方面,利用分方位数据体和人工智能断层识别技术,可有效提高小断层识别精度,利用各向异性强度属性可有效识别缝洞体。该技术可为其他类似地区提供参考。

关键词：英雄岭碳酸盐岩缝洞体小断层地震勘探关键技术

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全声波方程波场深度延拓倏逝波压制研究

地球物理学报 2024年第1期67卷 277-288页

作者：魏俊廷尤加春赵金泉陈军兆代中奎成都理工大学地球物理学院成都610059

与经典的单程波深度偏移方法相比,全声波方程波场深度偏移方法在成像质量和计算效率方面会面临新的难题,还有诸多理论问题值得深入研究,其中倏逝波的压制问题是全声波方程波场深度延拓及深度偏移方法面对的一项特殊挑战.为了解决该问题... 详细信息

与经典的单程波深度偏移方法相比,全声波方程波场深度偏移方法在成像质量和计算效率方面会面临新的难题,还有诸多理论问题值得深入研究,其中倏逝波的压制问题是全声波方程波场深度延拓及深度偏移方法面对的一项特殊挑战.为了解决该问题,本文提出了两种新的倏逝波压制策略.策略I是以经典频率-波数域方法为基础,提出广义低通滤波器方法;策略II是以能量守恒原理为基础,来解决波场延拓中倏逝波的振幅爆炸问题.对梯度速度模型的脉冲响应计算表明,本文提出的两种倏逝波压制策略在横向速度变化剧烈情况下的数值结果都是稳定的,并且能够实现与有限差分方法相同的波场延拓计算精度.在对盐丘模型成像时,在相同计算参数下,本文所提新策略解决了在使用传统低通滤波器压制倏逝波时无法对高角度构造进行准确成像的缺点.相较于压制倏逝波的谱投影方法,本文所提新策略不仅在成像质量上达到了与之相同的水平,而且具有更高的计算效率.通过一系列数值模拟实验表明:与传统倏逝波压制策略相比,本文所提新策略在实现全声波方程波场深度延拓及成像时,更好地平衡了计算效率和计算精度,具有更好的实用价值.

关键词：全声波方程深度延拓倏逝波数值模拟

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地震数据时频分析的W变换及其改进方法

石油勘探与开发 2024年第4期51卷 774-782页

作者：王仰华饶莹赵振聪英国帝国理工大学资源地球物理学院英国伦敦SW72AZ 中国地质大学(北京) 北京100083 中国石油大学(北京)地球物理学院北京102249

针对常规线性时频分析方法无法同时达到时间域和频率域上的高分辨率和能量聚焦,尤其在低频区域分辨率较差的问题,为提高线性时频分析方法在低频区域的分辨率,提出了W变换方法,在线性变换中引入瞬时频率参数,构建与地震数据瞬时频率相匹... 详细信息

针对常规线性时频分析方法无法同时达到时间域和频率域上的高分辨率和能量聚焦,尤其在低频区域分辨率较差的问题,为提高线性时频分析方法在低频区域的分辨率,提出了W变换方法,在线性变换中引入瞬时频率参数,构建与地震数据瞬时频率相匹配的分析时窗。将W变换方法与典型的非线性时频分析方法——魏格纳-维利分布(WVD)进行了对比。WVD方法展示的是时间-频率域中的能量分布,明确指示子波的时间重心和频率重心,而W变换中由于引入了任意时间位置所对应的瞬时频率作为变换参数,所展示的时间-频率谱因而也具有明确的能量聚焦重心,因此,W变换与WVD方法具有直接对标意义。分析了近年来W变换的3种改进方法的发展状况,详细阐述从常规W变换、谐变时窗W变换、分数阶W变换、直到线性正则W变换的发展和演进。通过W变换在河道砂体识别和溶洞检测方面的3个应用实例,验证W变换可以提高时间-频率谱的分辨率与能量聚焦。

关键词：时频分析匹配追踪魏格纳变换 W变换能量聚焦分辨率

基于非线性定向降维的k近邻致密砂岩储层含气性预测方法

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Applied Geophysics 2024年第2期21卷 221-231,418页

作者：宋朝辉桑文镜袁三一王尚旭中国石油大学(北京) 地球物理学院北京102249

本文提出利用全连接人工神经网络(FANN)进行非线性定向降维并结合k近邻方法分类的致密砂岩储层含气性预测方法。k近邻方法能够依据样本间相似性,针对性地选取对应的部分训练样本建立局部模型,但缺乏含气敏感属性的提取能力,并面临“维... 详细信息

本文提出利用全连接人工神经网络(FANN)进行非线性定向降维并结合k近邻方法分类的致密砂岩储层含气性预测方法。k近邻方法能够依据样本间相似性,针对性地选取对应的部分训练样本建立局部模型,但缺乏含气敏感属性的提取能力,并面临“维度灾难”问题。由于样本中的含气性特征虽然是重要特征,但不一定是主要特征。线性降维方法难以准确提取这些特征。我们通过训练一个合理搭建的FANN并输出其中间低维特征实现对训练样本和待预测样本的非线性定向降维。这种做法既能够增加样本的可分性,同时避免了通过样本低维空间中的最大差异实现降维而改变样本固有分布特征的问题。另外,k近邻方法对降维数据进行分类,还等效于用k近邻方法替代FANN中具有线性分类作用的深层结构,有利于白化FANN的黑箱问题。本方法在具体的物理场景中挖掘机器学习算法的物理内涵,提高了智能方法的可解释性。将本方法应用在实际数据中,预测结果显示本方法能够一定程度上挖掘局部波形属性中蕴含的含气敏感信息,实现小范围的致密砂岩储层精确刻画。

关键词： k近邻方法致密砂岩储层预测非线性定向降维可解释性

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自然电位法实时监测地下流体运移实验研究

地球物理学报 2024年第9期67卷 3618-3629页

作者：谢静崔益安郭友军北京大学地球与空间科学学院地球物理系北京100871 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

查清地下流体运移的规模和渗透路径对工程渗漏检测以及水文地质调查具有重要意义.流体流动产生的动电效应会引发电荷的自然极化,通过定性或定量解释自然电位信号可表征地下水流的运移情况.本研究基于三维多通道自然电位观测系统搭建了... 详细信息

查清地下流体运移的规模和渗透路径对工程渗漏检测以及水文地质调查具有重要意义.流体流动产生的动电效应会引发电荷的自然极化,通过定性或定量解释自然电位信号可表征地下水流的运移情况.本研究基于三维多通道自然电位观测系统搭建了室内沙箱实验平台,通过沙箱进水和排水试验,实时监测了非饱和-饱和以及饱和-非饱和过程的自然电位信号.实验结果表明自然电位偶极性分布特征与流体运移方向有着显著的相关性,符合动电效应理论.采用最小二乘正则化梯度算法反演实验测量数据,获得流动电流源密度并解释沙箱内部水流分布.此外还对野外堤坝渗流过程的自然电位数据进行类似的定量解释,反演的流动电流源所构建的水流指向与现场观测一致.本文从理论、方法、室内实验以及野外实测数据处理等多个角度论证了自然电位法在渗流监测中的效用,表明自然电位法是一种极具潜力的地下流体运移探测工具.

关键词：自然电位实时监测流体运移物理实验梯度反演

利用冷冻电镜研究蛋白质机器的非平衡统计物理

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物理学报 2024年第13期73卷 1-8页

作者：杨添欧阳颀北京大学物理学院北京100871 北京大学定量生物学中心北京100871

对蛋白质机器的完整描述应包括其微观结构、热力学和动力学性质与工作机制.最近兴起的冷冻电镜技术为蛋白质热力学与动力学的研究提供了全新的机遇.目前已经有一些工作不仅利用冷冻电镜技术解析蛋白质的高分辨率结构,还结合数据处理方... 详细信息

对蛋白质机器的完整描述应包括其微观结构、热力学和动力学性质与工作机制.最近兴起的冷冻电镜技术为蛋白质热力学与动力学的研究提供了全新的机遇.目前已经有一些工作不仅利用冷冻电镜技术解析蛋白质的高分辨率结构,还结合数据处理方法来分析蛋白质的构象分布并进一步推测其热力学性质.然而,利用冷冻电镜技术直接对蛋白质的动力学过程作观测与定量分析的方法还在发展的初级阶段.本文选取了一个理想的蛋白质系统,即蓝藻生物钟蛋白对冷冻电镜分析蛋白质非平衡过程的可能性进行探索.基于已有的实验数据,将蓝藻生物钟蛋白KaiC的平衡态统计物理模型推广至非平衡态,对KaiC蛋白处于非平衡态时的动力学特征进行预测.基于动力学预测结果,本文揭示了冷冻电镜技术具有分析蓝藻生物钟蛋白的非平衡过程的可能,为进一步的冷冻电镜实验提供了理论依据.

关键词：蛋白质动力学非平衡态统计物理冷冻电镜

电各向异性海底多金属硫化矿地层时域电磁响应模拟与特征分析

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吉林大学学报(地球科学版) 2024年

作者：龙刚沈金松苏朝阳冉尚中国石油大学(北京)地球物理学院

海底多金属硫化矿是一种重要的潜在资源来源，可以满足全球对铜、银和金等贵重金属日益增长的需求。由于海底构造崎岖起伏，沉积和成矿环境复杂，对海底多金属硫化矿的探测及资源量的估算仍存在较大困难，尤其是矿物颗粒排列与矿脉定向... 详细信息

海底多金属硫化矿是一种重要的潜在资源来源，可以满足全球对铜、银和金等贵重金属日益增长的需求。由于海底构造崎岖起伏，沉积和成矿环境复杂，对海底多金属硫化矿的探测及资源量的估算仍存在较大困难，尤其是矿物颗粒排列与矿脉定向分布引起的电各向异性，给电磁探测数据的处理解释带来挑战。为此，本文基于拟态有限体积法以及向后Euler差分格式对时域Maxwell方程进行离散，同时利用直接法求解器PARDISO对线性方程组进行求解，成功实现了三维海底多金属硫化矿电各向异性地层的瞬变电磁响应模拟。通过模拟响应研究了山丘状沉积环境对瞬变电磁响应的影响。同时分析沉积层围岩电导率各向异性以及多金属硫化物异常体电导率各向异性的电磁响应影响，对比不同电各向异性地层模型电磁响应的影响差异，得到了含金属硫化矿地层的电磁响应模式。响应模拟结果表明，无论是围岩电各向异性还是多金属硫化物电各向异性对瞬变电磁响应均产生较大影响，并且围岩电各向异性相较于多金属硫化物电各向异性对于电场影响较小，同时两种不同电各向异性模型均表现出水平各向异性相较于垂直各向异性对电场影响更大。

关键词：瞬变电磁法三维正演有限体积法海底多金属硫化物各向异性

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频率域传播矩阵法地震AVA多参数反演

吉林大学学报(地球科学版) 2024年

作者：丁乾龙沈金松陈双全冉尚龙刚中国石油大学(北京)地球物理学院

传播矩阵理论考虑透射损失和层间多次波对地震响应的影响，给出了任意入射角条件下多层介质的纵横波反射系数谱，相较于Zoeppritz方程及其简化关系，理论上能够得到更高精度的AVA(amplitude-versus-angle)多参数反演结果。时间域传播矩... 详细信息

传播矩阵理论考虑透射损失和层间多次波对地震响应的影响，给出了任意入射角条件下多层介质的纵横波反射系数谱，相较于Zoeppritz方程及其简化关系，理论上能够得到更高精度的AVA(amplitude-versus-angle)多参数反演结果。时间域传播矩阵法反演由于需要计算全频段的雅可比矩阵，往往需要更大的内存。不同于时间域反演，频率域反演只针对特定频率进行计算，具有内存占用小的优点，而传播矩阵在频率域内对反射系数谱进行求解很好地满足了频率域反演的需求。本文在频率域计算目标函数梯度，并使用L-BFGS(limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)算法加速反演的收敛速度。为了验证频率域传播矩阵法反演的有效性，对模拟数据和实际数据进行反演。在频率域应用传播矩阵地震叠前反演方法能够稳定反演地层参数，与Zoeppritz方程反演的对比结果表明，频率域传播矩阵反演具有更高的精度。

关键词：传播矩阵理论 Zoeppritz方程 AVA反演 L-BFGS算法频率域