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一种用于识别具有量化不确定性的离散断裂网络的主子网络的概率聚类方法。 (英语) Zbl 1446.60078号

小结:裂缝是流体流动的主要通道,也是这些流体在裂缝性地下介质中携带组分的主要通道。大部分流量和输送发生在主要子网络或主干中,这是断裂网络的子集。因此,了解断裂网络流量和输送主干的特征对于提高地下应用的效率至关重要,例如含水层管理、油气开采、,以及乏核燃料的长期储存。我们提出了一种识别这些主干的方法,该方法还量化了所有可能主干的不确定性。我们的方法将主干识别问题视为概率聚类问题。我们开发了一个概率生成模型来模拟由非循环流网络诱导的主干。用户控制的参数确定所识别的主干的大小,其中小主干与早期粒子到达时间具有良好的一致性,而较大主干与早期和晚期粒子到达时间具有良好的一致性。我们在具有264条裂缝的代表性裂缝网络上演示了我们的方法。我们的方法发现主干中的流道化大约为原始网络大小的10%-50%,支持之前的实验和离散裂缝网络模拟。据我们所知,我们的方法是第一种用于量化主干不确定性的主干识别方法。

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60公里30 排队论的应用(拥塞、分配、存储、流量等)
05C90年 图论的应用
62H30型 分类和区分;聚类分析(统计方面)
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参考文献:

[1] H.Abelin、L.Birgersson、L.Moreno、H.Wideñn、T.\AAgren和I.Neretnieks,《花岗岩中的大规模流动和示踪实验2:结果和解释》,《水资源》。研究,27(1991),第3119-3135页。
[2] H.Abelin、I.Neretnieks、S.Tunbrant和L.Moreno,《单一断裂中迁移的最终报告:实验结果和评估》,Nat.Genossenschaft fu¨r die Lagerung radioaktiver Abfa¨lle,1985年。
[3] G.Aldrich、J.D.Hyman、S.Karra、C.W.Gable、N.Makedonska、H.Viswanathan、J.Woodring和B.Hamann,使用流动拓扑图分析和可视化离散裂缝网络,IEEE Trans。视觉。计算。Graphics,23(2017),第1896-1909页。
[4] J.Andersson和B.Dverstorp,离散裂缝三维网络中流体流动的条件模拟,水资源。Res.,23(1987),第1876-1886页。
[5] C.A.Andresen、A.Hansen、R.Le Goc、P.Davy和S.M.Hope,断裂网络拓扑,Front。物理。,1 (2013), 7.
[6] B.Berkowitz和H.Scher,随机断裂网络中的异常传输,物理。修订稿。,79(1997),第4038-4041页。
[7] S.Berrone、S.Pieraccini、S.Scialò和F.Vicini,大规模DFN流动模拟的并行求解器,SIAM J.Sci。计算。,37(2015),第C285-C306页,https://doi.org/10.1137/140984014。 ·Zbl 1320.65167号
[8] I.Bogdanov、V.Mourzenko、J.-F.Thovert和P.Adler,裂缝尺寸幂律分布的裂缝性多孔介质的有效渗透率,物理。E版,76(2007),036309。
[9] F.Bonneau、G.Caumon和P.Renard,断裂随机顺序起爆对离散断裂网络空间相关性和连通性的影响,J.Geophys。《固体地球研究》,121(2016),第5641-5658页。
[10] E.Bonnet、O.Bour、N.E.Odling、P.Davy、I.Main、P.Cowie和B.Berkowitz,地质介质中断裂系统的标度,地球物理学评论。,39(2001),第347-383页。
[11] O.Bour和P.Davy,遵循幂律故障长度分布的随机故障网络的连通性,水资源。Res.,33(1997),第1567-1583页。
[12] M.-C.Cacas、E.Ledoux、G.d.Marsily、B.Tillie、A.Barbreau、E.Durand、B.Feuga和P.Peaudecerf,用随机离散裂隙网络模拟裂隙流:校准和验证1:水流模型,水资源。研究,26(1990),第479-489页。
[13] P.Davy、R.Le Goc和C.Darcel,《裂缝成核、增长和停止的模型以及裂缝密度和缩放的后果》,J.Geophys。《固体地球研究》,118(2013),第1393-1407页。
[14] J.-R.de Dreuzy、C.Darcel、P.Davy和O.Bour,裂缝中心的空间相关性对遵循幂律长度分布的二维裂缝网络渗透率的影响,水资源。研究,40(2004),W01502。
[15] J.-R.de Dreuzy,P.Davy,和O.Bour,二维随机裂隙网络的水力特性,遵循幂律长度分布\(2):基于孔径对数正态分布的网络渗透率,水资源。研究,37(2001),第2079-2095页。
[16] J.-R.de Dreuzy、P.Davy和O.Bour,长度和孔径幂律分布下二维随机裂隙网络的水力特性,水资源。研究,38(2002),第12-1-12-9页。
[17] J.-R.de Dreuzy、Y.Meíheust和G.Pichot,《裂缝尺度非均质性对三维离散裂缝网络(DFN)流动特性的影响》,J.Geophys。《固体地球研究》,117(2012),B11207。
[18] W.Dershowitz和C.Fidelibus,通过边界元法推导三维离散裂隙网络的等效管网模拟,水资源。Res.,35(1999),第2685-2691页。
[19] J.Erhel、J.-R.de Dreuzy和B.Poirriez,三维离散裂缝网络中的流动模拟,SIAM J.Sci。计算。,31(2009),第2688-2705页,https://doi.org/10.1137/080729244。 ·Zbl 1387.65124号
[20] S.Follin、L.Hartley、I.Rheán、P.Jackson、S.Joyce、D.Roberts和B.Swift,《限制稀疏断裂结晶岩水文地质离散断裂网络模型参数的方法》,以瑞典福斯马克拟建高级核废料处置场Hydrogeol的数据为例。J.,22(2014),第313-331页。
[21] A.Frampton和V.Cvetkovic,使用流量测井测量推断结晶岩中的现场尺度裂缝透射率,水资源。第46号决议(2010年),W11502。
[22] A.Gelman和D.B.Rubin,使用多序列的迭代模拟推断,统计。科学。,7(1992年),第457-472页·Zbl 1386.65060号
[23] M.T.Goodrich和R.Tamassia,《Java中的数据结构和算法》,第二版,John Wiley&Sons,2008年·Zbl 1059.68022号
[24] P.Grindrod和M.Impey,分形模拟多孔介质中的沟道和Fickian色散,《水资源》。研究,29(1993),第4077-4089页。
[25] N.Guiheíneuf、A.Boisson、O.Bour、B.Dewandel、J.Perrin、A.Dausse、M.Viossanges、S.Chandra、S.Ahmed和J.Mareíchal,风化结晶岩中的地下水流动:测压变化和深度相关断裂连通性的影响,J.Hydrol。,511(2014),第320-334页。
[26] T.Hadgu、S.Karra、E.Kalinina、N.Makedonska、J.D.Hyman、K.Klise、H.S.Viswanathan和Y.Wang,《离散断裂网络和等效连续体模型的比较研究》,用于模拟晶体主岩中假想核废料储存库远场的流动和运输,《水文学杂志》,553(2017),第59-70页。
[27] S.M.Hope、P.Davy、J.Maillot、R.Le Goc和A.Hansen,约束断裂增长的拓扑影响,Front。物理。,3 (2015), 75, https://doi.org/10.3389/fphy.2015.00075。
[28] O.Huseby、J.Thovert和P.Adler,《断裂系统的几何与拓扑》,J.Phys A,30(1997),第1415-1444页·Zbl 1001.74593号
[29] O.Huseby、J.-F.Thovert和P.Adler,《三维断裂网络中的分散》,物理。《流体》,13(2001),第594-615页·Zbl 1184.76239号
[30] J.Hyman、M.Dentz、A.Hagberg和P.K.Kang,《三维断裂网络中的结构和传输特性链接》,J.Geophys。《固体地球研究》,124(2019),第1185-1204页。
[31] J.D.Hyman、G.Aldrich、H.Viswanathan、N.Makedonska和S.Karra,《裂缝尺寸和透射率相关性:裂缝尺寸截断幂律分布后稀疏三维离散裂缝网络中传输模拟的含义》,《水资源》。研究,52(2016),第6472-6489页,https://doi.org/10.1002/2016WR018806。
[32] J.D.Hyman、M.Dentz、A.Hagberg和P.Kang,三维随机断裂网络中首次通过时间的稳定定律的出现,物理学。修订稿。,123 (2019), 248501.
[33] J.D.Hyman、C.W.Gable、S.L.Painter和N.Makedonska,随机生成的三维离散断裂网络的一致Delaunay三角剖分:网格策略的特征抑制算法,SIAM J.Sci。计算。,36(2014),第A1871-A1894页,https://doi.org/10.1137/10942541。 ·Zbl 1305.74082号
[34] J.D.Hyman、A.Hagberg、D.Osthus、S.Srinivasan、H.Viswanathan和G.Srinovasan,《识别三维离散断裂网络中的主干:基于二部图的方法,多尺度模型》。模拟。,16(2018),第1948-1968页,https://doi.org/10.1137/18M1180207。 ·Zbl 1457.76165号
[35] J.D.Hyman、A.Hagberg、G.Srinivasan、J.Mohd-Yusof和H.Viswanathan,使用基于图形的约简预测稀疏离散断裂网络的首次通过时间,Phys。E版,96(2017),013304,https://doi.org/10.103/PhysRevE.96.013304。
[36] J.D.Hyman和J.Jime⁄nez-Marti⁄nez,三维离散裂缝网络中的分散和混合:结构和水力异质性之间的非线性相互作用,水资源。决议,54(2018),第3243-3258页。
[37] J.D.Hyman、J.Jimeínez-Martiínez、C.W.Gable、P.Stauffer和R.Pawar,《表征断裂盖层非均质性对超临界CO2注入的影响》,《运输多孔介质》,131(2020),第935-955页。
[38] J.D.Hyman、J.Jime⁄nez-Marti⁄nez、H.Viswanathan、J.Carey、M.Porter、E.Rougier、S.Karra、Q.Kang、L.Frash、L.Chen、D.Lei、Z.O'Malley和N.Makedonska,《理解水力压裂:一个多尺度问题》,Phil.Trans。R.Soc.A,374(2016),20150426。
[39] J.D.Hyman、S.Karra、N.Makedonska、C.W.Gable、S.L.Painter和H.S.Viswanathan,《DFNWorks:模拟地下水流和输移的离散裂缝网络框架》,计算。地质科学。,84(2015),第10-19页。
[40] J.D.Hyman、S.L.Painter、H.Viswanathan、N.Makedonska和S.Karra,注入模式对千米级三维离散裂隙网络传输特性的影响,水资源。研究,51(2015),第7289-7308页。
[41] J.D.Hyman、H.Rajaram、S.Srinivasan、N.Makedonska、S.Karra、H.Viswanathan和G.Srinivasan,《断裂介质中的基质扩散:突破曲线幂律缩放的新见解》,地球物理学。Res.Lett.公司。,46(2019),第13785-13795页。
[42] C.Jenkins、A.Chadwick和S.D.Hovorka,《十年后监测和核查的最新进展》,国际J.Greenh出版社。天然气。Con.,40(2015),第312-349页。
[43] S.Joyce、L.Hartley、D.Applegate、J.Hoek和P.Jackson,《温带气候条件下的多尺度地下水流动模拟,用于瑞典福斯马克拟建高级核废料处置场的安全评估》,Hydrogeol。J.,22(2014),第1233-1249页。
[44] S.Karra、D.O'Malley、J.Hyman、H.Viswanathan和G.Srinivasan,《使用图形模拟断裂网络中的流动和传输》,Phys。E版,97(2018),033304。
[45] K.Klint、P.Gravesen、A.Rosenbom、C.Laroche、L.Trenty、P.Lethiez、F.Sanchez、L.Molinelli和C.Tsakiroglou,《用作污染场地污染物迁移路径真实模拟手段的断裂岩石的多尺度表征:案例研究》,水-空气-土壤调查。,4(2004),第201-214页。
[46] B.H.Kueper和D.B.McWhorter,《断裂粘土和岩石中致密非水相液体的行为》,《地下水》,29(1991),第716-728页。
[47] LaGriT、洛斯阿拉莫斯网格工具箱(LaGriT)、洛斯阿拉斯莫斯国家实验室,网址:http://lagrit.lanl.gov, 2016.
[48] P.Lang、A.Paluszny和R.Zimmerman,三维裂隙多孔岩石的渗透率张量以及与轨迹图预测的比较,J.Geophys。《固体地球研究》,119(2014),第6288-6307页。
[49] P.Lichtner、G.Hammond、C.Lu、S.Karra、G.Bisht、B.Andre、R.Mills和J.Kumar,《PFLOTRAN用户手册:描述地表和地下过程的大规模并行反应流和传输模型》,技术报告LA-UR-15-20403,洛斯阿拉莫斯国家实验室,2015年。
[50] J.Long、J.Remer、C.Wilson和P.Witherspoon,《不连续裂缝网络的多孔介质等效物》,《水资源》。Res,18(1982),第645-658页。
[51] J.Maillot、P.Davy、R.Le Goc、C.Darcel和J.-R.De Dreuzy,随机分布和运动定义的离散裂缝网络模型中的连通性、渗透率和窜槽,水资源。研究,52(2016),第8526-8545页。
[52] N.Makedonska、J.D.Hyman、S.Karra、S.L.Painter、C.W.Gable和H.S.Viswanathan,《评估内部孔径变化对千米级离散裂隙网络传输的影响》,《高级水资源》。,94(2016),第486-497页。
[53] N.Makedonska、S.L.Painter、Q.M.Bui、C.W.Gable和S.Karra,三维离散断裂网络中传输的粒子跟踪方法,计算。地质科学。,19(2015),第1123-1137页·Zbl 1391.76735号
[54] R.S.Middleton、R.Gupta、J.D.Hyman和H.S.Viswanathan,《页岩气革命:障碍、可持续性和新兴机遇》,应用。工程,199(2017),第88-95页。
[55] 国家研究委员会,《岩石断裂与流体流动:当代理解与应用》,国家科学院出版社,1996年。
[56] S.Neuman,《通过断裂岩石量化流量和运输的趋势、前景和挑战》,《水文地质》。J.,13(2005),第124-147页。
[57] A.W.Nordqvist、Y.Tsang、C.Tsang,B.Dverstorp和J.Andersson,《裂隙岩石流动和运输的可变孔径裂隙网络模型》,水资源。Res.,28(1992),第1703-1713页。
[58] S.L.Painter、C.W.Gable和S.Kelkar,完全非结构化控制体积网格上的路径追踪,计算。地质科学。,16(2012年),第1125-1134页。
[59] M.Plummer,RJAGS:使用MCMC的贝叶斯图形模型,R包版本4-62016,https://CRAN.R-project.org/package=rjags。
[60] M.Plummer,JAGS 4.3.0版用户手册,2017年,http://people.stat.sc.edu/hansont/stat740/jags_user_manual.pdf(访问时间:2017年11月11日)。
[61] R核心团队,R:统计计算的语言和环境,R统计计算基金会,维也纳,2018年,https://www.R-project.org/。
[62] A.Rasmuson和I.Neretnieks,《晶体岩石快速通道中放射性核素的运输》,《水资源》。Res.,22(1986),第1247-1256页。
[63] J.-O.Selroos、D.D.Walker、A.Stro­m、B.Gylling和S.Follin,裂隙岩体中地下水流动替代建模方法的比较,J.Hydrol。,257(2002),第174-188页。
[64] G.Srinivasan、J.D.Hyman、D.Osthus、B.Moore、D.O'Malley、S.Karra、E.Rougier、A.Hagberg、A.Hunter和H.S.Viswanathan,《使用图论和机器学习量化断裂系统中的拓扑不确定性》,《科学报告》,8(2018),11665。
[65] S.Srinivasan、J.Hyman、S.Karra、D.O'Malley、H.Viswanathan和G.Srinovasan,《离散断裂网络的稳健系统尺寸缩减:保持传输特性的多保真方法》,计算。地质科学。,22(2018),第1515-1526页·Zbl 1404.86009号
[66] S.Srinivasan、S.Karra、J.D.Hyman、H.S.Viswanathan和G.Srinovasan,《裂隙多孔介质模型简化:识别主要流动路径的机器学习方法》,计算。地质科学。,23(2019年),第617-629页·Zbl 1419.76508号
[67] C.-F.Tsang和I.Neretnieks,《非均质断裂岩石中的水流通道》,地球物理学评论。,36(1998),第275-298页。
[68] M.Valera、Z.Guo、P.Kelly、S.Matz、V.A.Cantu、A.G.Percus、J.D.Hyman、G.Srinivasan和H.S.Viswanathan,三维离散断裂网络基于图形表示的机器学习,计算机。地质科学。,22(2018),第695-710页·Zbl 1405.76059号
[69] J.VanderKwak和E.Sudicky,非水相液体的溶解和离散无裂隙多孔介质中水相污染物的传输,J.Contam。水文。,23(1996年),第45-68页。
[70] H.S.Viswanathan、J.D.Hyman、S.Karra、D.O'Malley、S.Srinivasan、A.Hagberg和G.Srinovasan,《预测断裂岩石中流量和运输的先进基于图形的算法》,《水资源》。研究,54(2018),第6085-6099页。
[71] T.Walmann、A.Malthe-Sörenssen、J.Feder、T.Jössang、P.Meakin和H.H.Hardy,断裂长度和宽度的比例关系,Phys。修订稿。,77(1996),第5393-5396页。
[72] T.P.Wellman、A.M.Shapiro和M.C.Hill,简化裂隙网络表征对裂隙控制含水层中惰性化学迁移的影响,《水资源》。研究,45(2009),W01416。
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