Geologic Modeling and Simulation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Merriam, Daniel F. (EDT)/ Davis, John C. (EDT)

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:2001-8

价格:$ 383.07

装帧:HRD

isbn号码:9780306466755

丛书系列:

图书标签:

• 地质建模
• 地质模拟
• 储层建模
• 数值模拟
• 地球物理
• 油气勘探
• 地质工程
• 数据分析
• 可视化
• 软件应用

地质建模与模拟：构建地球系统的数字孪生 导言： 地球科学的进步，正以前所未有的速度，从定性描述走向定量预测。在这一变革浪潮中，地质建模与模拟技术扮演着至关重要的角色。它不仅是理解复杂地下结构和动力学过程的桥梁，更是资源勘探、工程建设、环境治理等实际应用领域不可或缺的工具。本书旨在深入探讨构建、求解和应用高精度、多尺度地质模型的核心原理、先进方法和最新进展。 第一部分：地质建模的理论基础与数据驱动 地质过程的复杂性源于其固有的多尺度性、非线性特征以及高度不确定性。本书首先系统梳理了支撑现代地质建模的理论框架，包括地球物理学、岩石物理学、流体力学以及统计学在地球科学中的应用。 1. 地质数据获取与预处理： 有效的模型始于高质量的数据。本章详细介绍了从地震勘探、测井（包括电阻率、声波、核磁共振测井等）、地表地质填图到遥感数据（如InSAR）的多源数据集成技术。重点讨论了如何处理噪声、填补数据空洞，并将异构空间数据转化为可用于建模的统一格式。特别关注了地质约束条件的提取，例如断层几何形态、岩层接触关系等，这些是确保模型地质合理性的关键。 2. 随机建模与不确定性量化： 地质体本质上是随机分布的。随机建模（Stochastic Modeling）是处理地质空间变异性的核心方法。本书详述了从一维到三维的地质统计学方法，包括克里金法（Kriging）、序贯高斯模拟（Sequential Gaussian Simulation, SGS）和序贯指示模拟（Sequential Indicator Simulation, SIS）的原理与实践。更进一步，引入了条件模拟技术，确保模拟结果能够忠实地反映已知数据点的信息。同时，我们深入探讨了如何通过蒙特卡洛模拟和贝叶斯方法来量化模型参数和预测结果中的不确定性范围，为决策提供可靠的风险评估。 3. 结构建模与几何表示： 地下构造的精确描述是模拟的基础。本章重点介绍地质体划分与边界定义。讨论了基于地震解释的曲面建模技术，以及如何利用隐式函数（Implicit Functions）来描述复杂、不规则的地层界面和断裂系统，例如采用有符号距离函数（Signed Distance Functions, SDFs）进行精确的体素化表示。对比了基于网格（Grid-based）和基于不规则三角网格（Unstructured Mesh, e.g., Delaunay Triangulation）的结构建模优势与局限性。 第二部分：过程模拟与动力学演化 在地质结构的基础上，本部分转向模拟驱动这些结构的物理和化学过程。 4. 渗流模拟与多相流体运移： 地下流体（水、油、气）的运移是能源与环境领域的核心问题。本章详述了达西定律在多孔介质中的应用，并扩展到非饱和渗流和多相流体流动（如油水气同时存在时的相际窜流）。重点讨论了对流-扩散方程在污染物迁移和热力学传质中的求解方法，包括有限体积法（Finite Volume Method, FVM）和有限元法（Finite Element Method, FEM）在处理复杂边界条件和高渗流梯度时的适应性。 5. 岩石力学与构造演化模拟： 理解地壳变形机制需要强大的力学模拟工具。本章介绍了连续介质力学在地球科学中的应用，包括线弹性、弹塑性以及粘塑性本构模型的建立。详细阐述了如何利用有限元法模拟地震循环中的地壳运动、断层带的应力积累与释放，以及地热活动对岩石圈稳定性的影响。此外，探讨了如何耦合热场、流场与应力场，进行热-力-流耦合模拟，以揭示深部地质过程的驱动机制。 6. 反应输运与地球化学模拟： 地质过程并非单纯的物理变化，化学反应在其中起着决定性作用。本部分关注地下水化学、矿物溶解沉淀等地球化学过程。讲解了如何建立反应网络模型，并将化学反应速率方程与地下水流动方程耦合求解。这对于评估油藏注入水对储层渗透性的影响、预测碳捕集与封存（CCS）中的矿物反应，以及地下水污染的长期归宿至关重要。 第三部分：模型的高级应用与前沿技术 模型不再是静态的描述，而是服务于复杂决策的工具。本部分聚焦于模型的优化、验证与前沿交叉应用。 7. 模型校准、历史拟合与反演： 模拟结果的可靠性依赖于其对真实地质历史的拟合程度。本章详细介绍了模型校准（History Matching）的方法论。区别于传统的试错法，重点阐述了梯度优化方法（如Levenberg-Marquardt）和数据同化技术（如Ensemble Kalman Filter, EnKF）如何高效地自动调整模型参数，使其输出（如压力、产量、形变）与历史观测数据最佳匹配。 8. 尺度桥接与多尺度模拟： 地质现象跨越从纳米级（矿物晶界）到千米级（板块构造）的巨大尺度范围。多尺度建模是解决这一挑战的关键。本章探讨了如何利用多尺度有限元法（MSFEM）、均化方法（Homogenization）以及多尺度迭代算法，将微观尺度的岩石物理参数有效地传递到宏观尺度的工程或区域模型中，实现计算效率与精度的平衡。 9. 机器学习与地质模拟的融合： 近年来，人工智能技术正在革新地质建模。本章探讨了深度学习在地质特征自动识别（如断层拾取）、快速代理模型构建（Surrogate Modeling）中的应用。通过训练神经网络来替代高成本的物理模拟步骤，极大地加快了大规模不确定性分析和实时决策的速度。同时，讨论了如何利用强化学习优化油气田的开发方案。 结论： 《地质建模与模拟》旨在为地球科学家、地质工程师和计算地球物理学家提供一个全面且深入的参考平台。通过对理论、方法论和前沿应用的系统梳理，读者将能够掌握从数据到洞察的转化过程，构建出能够精确反映地球系统复杂性的数字模型，从而在能源、环境和基础设施建设等关键领域做出更加科学、稳健的决策。本书强调计算可行性、地质合理性与不确定性量化的有机结合，是推动地质科学向数据驱动、预测性科学迈进的重要基石。

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