天然气动态建模过程实验报告最新研究成果_天然气毕业设计

1.课题阶段性研究

2.波阻抗反演在樊庄郑庄区块煤孔渗特征研究中的应用

3.刘晓华的研究领域

4.　海上油气藏精细描述技术

5.时钧的主要成就

70年代，石油、化工、天然气及核工业的发展及管道维护的需要刺激了管内机器人的研究。一般认为，法国的J. VR`ERTUT最早开展管内机器人理论与样机的研究，他于18年提出了轮腿式管内行走机构模型IPRIVO 80年代日本的福田敏男、细贝英实、冈田德次、屈正幸、福田镜二等人充分利用法、美等国的研究成果和现代技术，开发了多种结构的管内机器人。韩国成均馆大学的Hyouk R. C.等人研制了天然气管道检测机器人MRINSPECT系列。我国管内机器人技术的研究己有20余年的历史，哈尔滨工业大学、中国科学院沈阳自动化研究所、上海交通大学、清华大学、浙江大学、北京石油化工学院、天津大学、太原理工大学、大庆石油管理局、胜利油田、中原油田等单位进行了这方面的研究工作。对于管道机器人的研究，以前对多轮支撑结构的研究较多，才研究传统轮式移动机器人直接用在圆形管道的检测和维护。空间多轮结构的管内机器人的轮子与壁面接触时，接触点与轮心的连线在柱面的半径方向上，并且轮子的行驶方向与柱面的母线平行，这是单个轮子在管道曲面上位姿的一种特殊情况。轮式移动机器人在管道中运行时，由于管道尺寸大小不、具有弯道和“T”型接头等，轮式移动机器人的每一个轮子在管道中的位姿是不可预测的产轮子的轴线方向可能不垂直于圆管的半径方向，所以有必要分析单个轮子在圆管曲面上任意位姿时满足纯滚动和无侧滑条件下的运动学特性。对于轮式管道机器人在实际应用过程沪遇到的问所譬如在弯管，和不规则管道时发生运动干涉，由于内耗造成的驱动力不足，由于壁面的变形万以及机器人本身的误差，导致机器人在管道中偏离正确的姿态，甚至侧翻和卡死这些问题。国内外的研究人员主要从结构上，如用差速器、柔性联接等方面进行解决，但这会使结构更加复杂，增加成本。

对于轮式管道机器人，精确的运动学模型是实现精确运动控制的基础。对单个轮子、轮式移动机器人在管道曲面上的运动学特性及控制理论方面分析很少，需要建立一套关于轮式管道机器人运动学的理论。

Campion等人在前人研究成果的基础上，对轮式移动机器人在水平平整路面上的运动学与动力学模型进行了分析，总结了四种状态空间模型:二位姿运动学模型，位形运动学模型，位姿动力学模型，位形动力学模型。Karl Iagnemma等人分析了轮子与地面不是刚性条件下，地面为不规则路面时，轮子与地面的各种接触情况，一建立不厂套基于轮子与地面接触特性的模型理论。但上述模型前提设是轮子和地面是不可变形的，地面是规则的水平路面。当轮式移动机器人运行在圆管中时，由于圆管管内环境是三维的曲面环境，轮式移动机器人实际运行在一个空间曲面上，所以上述模型不能应用于圆管中的轮式移动机器人。

由于轮式清污机器人在圆管中作业时运行在三维的空间中，其运动学模型和平面上轮式移动机器人的运动学模型完全不同，需要在考虑几何约束和速度约束的前提下，分析轮式移动机器人的控制输入与机器人位姿坐标变化之间的关系，建立其运动学模型。日前，国内外轮式管道机器人的研究热点主要是提高轮式管道机器人的可控性、通过性，机器人朝着自主行驶作业的方向发展。虽然很多学者从结构方面提高了机器人的性能，但对轮式移动机器人在圆管中的运动控制论方面还缺乏深入系统的分析。所以需要根据该运动学模型，设计相应的算法，使机器人在圆中实现稳定控制为满足工程应用的需要。

对于轮式排水管道机器人，除了从结构设计，材料选型需要下功夫之外，主要的科学问题在于建立轮式机器人在圆管中的运动学模型，并设计相应的控制算法，使机器人能够自主行驶作业，也能够根据姿态信息，手工操作控制其保持水平行驶作业，不出现侧翻、卡死、驱动力不足，有良好的可控性。

为了建立轮式机器人在圆管中的运动学模型，解决以下4个问题，并设计相应的运动控制算法从理论上需要解决：

(1) 单个轮子在管道曲面上的任意位姿时轮心的瞬时速度，轮心的轨迹单个轮子在管道中运动学特性的科学问题在于对其位姿的描述卜以及其在满足纯滚动和无侧滑条件下轮心的速度。

(2) 分析轮式移动机器人在管道曲面的几何约束，推导出6个位姿坐标之间的关系

轮式机器人在管道中运行在三维的柱面环境中，其位姿坐标从平面上的3维变成了空间的6维。但由于机器人在管道中运行时，具有特定的几何约束tY这6个位姿坐标并不是互相独立的，所以有必要推导出这6个位姿坐标之间的关系。

(3) 建立轮式移动机器人在圆管曲面上的运动学模型，推导运动学模型的难点在于如何建立控制输天与位姿坐标变化率之间的关系。机器人的控制输入直接影响轮心的速度，而轮心确定了机器人刚体的速度，所以需要分析机器人刚体与轮心速度之间的关系。这一问题的实质在于推导机器人瞬时螺旋运动参数和控制输入的关系，导机器人的位姿变化率与控制输入之间的关系。

(4) 根据运动学模型和作业要求卜设计相应的控制率，使机器人在管道中能够保持水平行驶，根据已经建立的运动学模型，把姿态角作为状态变量，通过姿态传感器的反馈，设计相应的控制率，控制机器人在管道中按照要求的姿态行驶。运动学模型主要用来设计控制率和运用李雅普诺夫(Lyapunov)函数对其进行稳定性分析。

主要研究内容：

(1) 管道曲面的几何建模，研究单个轮子在管道曲面上任意位姿下的运动学特性，分析其在满足纯滚动和无侧滑条件下轮心速度与驱动控制输入的关系，轮心轨迹与轮子位姿的关系。

(2) 轮式移动机器人在圆管曲面上的几何约束分析，根据轮式移动机器人在圆管中每个轮子与壁面相切的条件，分析其在圆管中的几何约束，特别是姿态坐标和空间位置坐标6个坐标之间的关系。

(3) 柱面上轮式移动机器人的运动学分析

本项目将分析机器人控制输入与机器人螺旋运动参数之间的关系，进而推导圆管中轮式移动机器人的运动学模型，并通过仿真实验验证该运动学模型。

(4) 设计一套轮式移动机器人系统和相应的控制算法，设计一套轮子可以展开，并设计相应的运动控制算法，使机器人能够在管道中保持水平行驶作业。

施罗德工业测控设备有限公司在爬行机器人平台的总体研究方案

(1) 单个轮子在圆管曲面上的运动学特性分析

单个轮子在圆管曲面上的位姿与运动描述借鉴单个轮子在平面上的位姿与运动描述，通过接触点的切平面推广到圆管的曲面上。以水平圆管中单个轮子分析为例。轮子与圆管的内壁面接触点Q点，圆管的柱面是一个空间曲面，而轮子的外缘圆是一条空间曲线，那么Q同时在空间曲线和空间曲面上。过Q作空间曲线的切线m和空间曲面的切平面，同时作圆柱母线I，那么m和I在切平面上。切平面的法向量，即过接触点的圆柱的半径矢量，和切线m的法线之间的夹角为旦，切线m与柱面母线!之间的夹角为a。确定了单个轮子在管道曲面上位姿描述之后，推导其在管道曲面上纯滚动时轮心的轨迹方程。当轮子以角速度。在柱面上纯滚动时，柱面上与轮子接触点的轨迹是一条圆柱螺旋线，可推导出其轨迹参数方程。为了推导出轮心的轨迹，以接触点Q处的切矢、主法线与副法线为坐标轴建立活动坐标系，即弗朗内特(Frenet)活动标架，求解出轮心C点的坐标，然后对其进行微分，即可计算出柱面上单个轮子满足纯滚动和无侧滑条件下轮心瞬时速度和轮心轨迹扩用同样的方法分析单个轮子在圆管弯道的曲面上，16T”型接头处的满足纯滚动和无侧滑条件下轮心瞬时速度和轨迹。根据推导的理论，设计轮式管道机器人新型的轮子。

(2) 轮式移动机器人在圆管曲面上的几何约束分析入，轮式移动机器人在管道曲面上的位姿用机器人上一点空间坐标和机器人的欧拉角表示。把轮子简化成圆盘之后，每个轮子的外缘圆可以用空间圆的方f养示出来。于四轮或者多于四轮的多轮机器人，机器人在管道的柱面上运行时，都能找到三个同时与壁面接触轮子。机器人在圆管的柱面上行驶时，3个与壁面接触的轮子与圆管的柱面始终相切‘那么对于每个轮子，轮子与壁面接触点的切向量垂直于圆管半径向量，同时垂直与轮子半径向量。根据这一相切条件可以推导出3个约束方程，推导出机器人的空间坐标和欧拉角这6个坐标之间的关系。

(3) 轮式移动机器人在圆管曲面上的运动学建模:，轮式移动机器人在圆管中运行时，轮心之间的相对距离不变，轮心和机器人本体上所有质点之间的距离不变，所以不包括轮子，俱包括轮心的轮式机器人本体可以看成一个刚体。轮式机器人在圆管中的运动是一个刚体螺旋运动。轮心既是刚体上一点，又是轮子上的一点，所以通过轮心的速度建立机器人各个轮子运动学特性与机器人本体的运动学特性之间的关系。

轮式移动机器人的控制输入通常为驱动轮的转速和舵轮的方向角。在某一时刻，机器人的位姿坐标作为状态变量已知，广对于驱动轮，可以根据前面单个轮子在圆管中的运动学特性分析结果求解出轮心的瞬时速度大不和方向户对于与壁面接触的被动轮，可求解出轮心瞬时速度的方向。

根据两个轮心的速度可求解出轮式移动机器人做瞬时螺旋的螺旋运动参数，根据此螺旋运动的角速度向量可推导出欧拉角的变化率以及机器人坐标系原点的速度向量，进而可推导出机器人的控制输入与位姿坐标变化的关系，即圆管中轮式移动机器人的运动学模型。

(4) 研制二套圆管中轮式移动机器人实验系统，进行相关验证实验设计一套轮子一可张开，即左右两排轮子可以由原来平行伸展成“八”字型的新型轮式移动机器人系统，配置相应的透明的管道，通过样机的实际实验验证己建立的理论.

爬行机器人搭载平台又称“运动搭载平台”，是以运动机构作为载体，根据生产任务可选择性搭载相关检测仪器的平台。已应用于军事、电力、石油石化、无损检测、市政、考古等行业,施罗德工业对这一项目的研发投入了一定的精力，在一批批优秀人才的攻克下，产品销售国内外。深圳质量报告（三）详细讲解了此公司为城市跳动的脉搏打造过硬的管道检测设备。宋清荣

课题阶段性研究

Materials Studio是美国Aelrys公司生产的新一代材料计算软体。

基本介绍 中文名 ：无 外文名 ：Materials Studio 解释 ：模拟软体 生产商 ：美国Aelrys公司 用途 ：新一代材料计算软体, 诞生背景,软体说明,模组, 诞生背景 美国Aelrys公司的前身为四家世界领先的科学软体公司――美国Molecular Simulations Inc.(MSI)公司、Geics Computer Group(GCG)公司、英国Synopsys Scient ific系统公司以及Oxford Molecular Group(OMG)公司，由这四家软体公司于2001年6月1日合并组建的Aelrys公司，是目前全球范围内唯一能够提供分子模拟、材料设计以及化学信息学和生物信息学全面解决方案和相关服务的软体供应商。 Aelrys材料科学软体产品提供了全面完善的模拟环境，可以帮助研究者构建、显示和分析分子、固体及表面的结构模型，并研究、预测材料的相关性质。Aelrys的软体是高度模组化的集成产品，用户可以自由定制、购买自己的软体系统，以满足研究工作的不同需要。Aelrys软体用于材料科学研究的主要产品包括运行于UNIX工作站系统上的Cerius2软体，以及全新开发的基于PC平台的Materials Studio软体。Aelrys材料科学软体被广泛套用于石化、化工、制药、食品、石油、电子、汽车和航空航天等工业及教育研究部门，在上述领域中具有较大影响的世界各主要跨国公司及著名研究机构几乎都是Aelrys产品的用户。 软体说明 Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC上的模拟软体。它可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持Windows 98、2000、NT、Unix以及Linux等多种操作平台的Materials Studio使化学及材料科学的研究者们能更方便地建立三维结构模型，并对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究。 多种先进算法的综合套用使Materials Studio成为一个强有力的模拟工具。无论构型最佳化、性质预测和X射线衍射分析，以及复杂的动力学模拟和量子力学计算，我们都可以通过一些简单易学的操作来得到切实可靠的数据。 Materials Studio软体用灵活的Client-Server结构。其核心模组Visualizer运行于客户端PC，支持的作业系统包括Windows 98、2000、NT；计算模组（如Discover，Amorphous，Equilibria，DMol3，CASTEP等）运行于伺服器端，支持的系统包括Windows2000、NT、SGIIRIX以及Red Hat Linux。浮动许可（Floating License）机制允许用户将计算作业提交到网路上的任何一台伺服器上，并将结果返回到客户端进行分析，从而最大限度地利用了网路。 任何一个研究者，无论是否是计算机方面的专家，都能充分享用Materials Studio软体所带来的先进技术。Materials Studio生成的结构、图表及片断等数据可以及时地与其它PC软体共享，方便与其他同事交流，并能使你的讲演和报告更加引人入胜。 Materials Studio软体能使任何研究者达到与世界一流研究部门相一致的材料模拟的能力。模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。 模组 Materials Studio用了大家非常熟悉的Microsoft标准用户界面，允许用户通过各种控制台直接对计算参数和计算结果进行设定和分析。目前，Materials Studio软体包括如下功能模组： Materials Visualizer: 提供了搭建分子、晶体及高分子材料结构模型所需要的所有工具，可以操作、观察及分析结构模型，处理图表、表格或文本等形式的数据，并提供软体的基本环境和分析工具以及支持Materials Studio的其他产品。是Materials Studio产品系列的核心模组。 Discover: Materials Studio的分子力学计算引擎。使用多种分子力学和动力学方法，以仔细推导的力场作为基础，可准确地计算出最低能量构型、分子体系的结构和动力学轨迹等。 COMPASS: 支持对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场。是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和经验数据等参数化并经验证的从头算力场。可以在很大的温度、压力范围内精确地预测孤立体系或凝聚态体系中各种分子的结构、构象、振动以及热物理性质。 Amorphous Cell: 允许对复杂的无定型系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测。通过观察系统结构和性质之间的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。可以研究的性质有：内聚能密度（CED）、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动等。 Reflex: 模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果。模拟的图谱可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更新。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。 Reflex Plus: 是对Reflex的完善和补充，在Reflex标准功能基础上加入了已被广泛验证的Powder Solve技术。Reflex Plus提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。 Equilibria: 可计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图，溶解度作为温度、压力和浓度的函式也可同时得到，还可计算单组分体系的virial系数。适用领域包括石油及天然气加工过程（如凝析气在高压下的性质）、石油炼制（重烃相在高压下的性质）、气体处理、聚烯烃反应器（产物控制）、橡胶（作为温度和浓度的函式的不同溶剂的溶解度）。 DMol3: 独特的密度泛函（DFT）量子力学程式，是唯一的可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程式，套用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、分子反应、分子结构等，也可预测溶解度、蒸气压、配分函式、熔解热、混合热等性质。 CASTEP: 先进的量子力学程式，广泛套用于陶瓷、半导体、金属等多种材料，可研究：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、体系的三维电荷密度及波函式等。 比Cerius2更具有优点 Materials Studio软体比Cerius2具有以下优点： （1） Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC上的模拟软体。支持Windows 98、2000、NT、Unix以及Linux等多种操作平台。 （2） Materials Studio软体用灵活的Client-Server结构。其核心模组Visualizer运行于客户端PC，支持的作业系统包括Windows 98、2000、NT；计算模组（如DiscoverAmorphous，Equilibria，DMol3，CASTEP等）运行于伺服器端，支持的系统包括Window s 2000、NT、SGIIRIX以及Red Hat Linux。 （3） 投入成本低，易于推广。浮动许可（Floating License）机制允许用户将计算作业提交到网路上的任何一台伺服器上，并将结果返回到客户端进行分析，从而最大限度地利用了网路，减少了硬体投资。 模组详细介绍 基本环境 MS.Materials Visualizer 分子力学与分子动力学 MS.DISCOVER MS.COMPASS MS.Amorphous Cell MS.Forcite MS.Forcite Plus MS.GULP MS.Equilibria MS.Sorption 晶体、结晶与X射线衍射 MS.Polymorph Predictor MS.Morphology MS.X-Cell MS.Reflex MS.Reflex Plus MS.Reflex QPA 量子力学 MS.Dmol3 MS.CASTEP MS.NMR CASTEP MS.VAMP 高分子与介观模拟 MS.Synthia MS.Blends MS.DPD MS.MesoDyn MS.MesoPro 定量结构-性质关系 MS.QSAR MS.QSAR Plus MS.Dmol3 Descriptor 基本环境 ·MS Visualizer 提供了搭建分子、晶体、界面、表面及高分子材料结构模型所需的所有工具，可以操作、观察及分析计算前后的结构模型，处理图型、表格或文本等形式的数据，并提供软体的基本环境和分析工具以支持Materials Studio的其它产品。是Materials Studio产品系列的核心模组。同时Materials Visualizer还支持多种输入、输出格式，并可将动态的轨迹档案输出成i档案加入到Office系列产品中。MS4.0版本增加了纳米结构模建、分子叠合以及分子库枚举等功能。 分子力学与分子动力学 ·MS.DISCOVER　Discover是Materials Studio的分子力学计算引擎。它使用了多种成熟的分子力学和分子动力学方法，这些方法被证明完全适应分子设计的需要。以多个经过仔细推导的力场为基础，Discover可以准确地计算出最低能量构象，并可给出不同系综 *** 系结构的动力学轨迹。Discover还为Amorphous Cell等产品提供了基础计算方法。周期性边界条件的引入使得它可以对固态体系进行研究，如晶体、非晶和溶剂化体系。另外，Discover还提供强大的分析工具，可以对模拟结果进行分析，从而得到各类结构参数、热力学性质、力学性质、动力学量以及振动强度。 ·MS.COMPASS COMPASS是“Condensed-phase Optimized Molecular Potential for Atomisitic Simulation Study”的缩写。它是一个支持对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场。它是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和经验数据等参数化并验证的从头算力场。使用这个力场可以在很大的温度、压力范围内精确地预测出孤立体系或凝聚态体系中各种分子的构象、振动及热物理性质。在COMPASS力场地最新版本中，Aelrys加入了45个以上的无机氧化物材料以及混合体系（包括有机和无机材料的界面）的一些参数，使它的套用领域最终包含了大多数材料科学研究者赶兴趣的有机和无机材料。你可以用它来研究诸如表面、共混等非常复杂的体系。COMPASS力场是通过Discover模组来调用的。 ·MS.Amorphous Cell Amorphous Cell允许你对复杂的无定型体系建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测。通过观察体系结构和性质的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。可以研究的性质有：内聚能密度(CED)、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动、末端距和回旋半径、X光或中子散射曲线、扩散系数、红外光谱和偶极相关函式等。Amorphous Cell的特征还包括提供：任意共混体系的建模方法（包括小分子与聚合物的任意混合）、特殊的产生有序的向列型中间相以及层状无定型材料的能力（用于建立界面模型或适应粘合剂及润滑剂研究需要）、限制性剪下模拟、研究电极化和绝缘体行为的Poling法、多温循环模拟以及杂化的模拟。Amorphous Cell的使用需要Discover分子力学引擎的支持。 ·MS.Forcite 先进的经典分子力学工具，可以对分子或周期性体系进行快速的能量计算及可靠的几何最佳化。包含Universal、Dreiding 等被广泛使用的力场及多种电荷分配算法。支持二维体系的能量计算。MS4.0版本中可以进行刚体最佳化，同时还加入了分析 Discover 所产生的.arc和.his 轨迹档案的功能. ·MS.Forcite Plus 先进的经典力学模拟工具，能够进行能量计算、几何最佳化、动力学模拟。可对从简单分子到二维表面到三维周期等范围很广的结构进行上述操作。一整套的分析工具可用来对诸如偶极相关等复杂性质进行分析。MS4.0版本中可以进行刚体最佳化，同时还加入了分析 Discover 所产生的.arc和.his轨迹档案的功能。 ·MS.GULP GULP是一个基于分子力场的晶格模拟程式，可以进行几何结构和过渡态的最佳化，离子极化率的预测，以及分子动力学计算。GULP既可以处理分子晶体，也可以计算离子性的材料。GULP可以计算的性质包括：氧化物的性质，点缺陷、掺杂和空隙，表面性质，离子迁移，分子筛和其他多孔材料的反应性和结构，陶瓷的性质，无序结构等，可套用于多相催化、燃料电池、核废物处理、蒸气电解、气体感测器、汽车尾气催化以及石油化工等诸多工业领域。 ·MS.Equilibria 使用独有的NERD力场来计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的气液、液液相图，溶解度作为温度、压力和浓度的函式也可同时得到，还可计算单组分体系的二阶virial系数，临界常数和共存曲线可以通过Ising Scaling分析得到。适用领域包括石油及天然气加工过程（如凝析气在高压下的性质）、石油炼制（重烃相在高压下的性质）、气体处理、聚烯烃反应器（产物控制）、橡胶（作为温度和浓度的函式的不同溶剂的溶解度）。最新的版本中可计算的体系增加了：主要的醇类、硫化物、硫醇、氢化硫和氮气。 ·MS. Sorption 使用 Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) 方法预测分子在微孔材料 (如分子筛) 中的吸附性质，可用于吸附等温线、结合位、结合能、扩散途径及分子选择性的研究。 晶体、结晶与X射线衍射 ·MS.Polymorph Predictor Polymorph是一个算法集，目的是测定晶体的低能多晶型。此方法可以与实验衍射数据相关联或者仅仅使用材料的化学结构来实现此目的。 晶体的多晶型可能会导致不同的性质，因此判断哪种晶型更加稳定或者接近稳定态势非常重要的。在处理过程中微小的改变都会导致稳定性的大幅度变化。 Polymorph中的相似性挑选和聚类算法允许用户将相似模型归类，从而节省计算时间。 ·MS.Morphology 从晶体的原子结构来模拟晶体形貌。可以预测晶体外形，研发特殊效果的掺杂成分，控制溶剂和杂质的效应。 ·MS.X-Cell 已申请专利的X-Cell是一种全新、高效、综合、易用的指标化算法，它使用消光决定（extinction-specific）的二分法方法对参数空间进行详尽无遗的搜寻，最终给出可能的晶胞参数的完整清单。在许多情况下显示出比DICVOL、TREOR 和 ITO更高的成功率。X-Cell可以很好的处理粉末衍射指标化中的许多难点，如样品含有杂质相、峰位重叠、零点偏移、极端形状的晶胞等。 ·MS.Reflex 模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果。模拟的谱图可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更新。粉末衍射指标化算法包括：TREOR90, DICVOL91, ITO and X-cell。结构精修工具包括Rietveld精修和Pawley精修。。 ·MS.Reflex Plus 在Reflex标准功能的基础上加入已被广泛验证的Powder Solve技术，提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。包括粉末指标化、Pawley精修、解结构以及Rietveld精修。结构的全局搜寻过程可以选用Monte Carlo模拟退火和Monte Carlo并行回火两种算法之一，求解过程中同时考虑到了优先取向的影响。 ·MS. Reflex QPA 利用粉末衍射数据及Rietveld方法进行定量相分析的强大工具，可以通过多相样品的粉末衍射图判定不同组成成分相对比例的。用于化学品或医药工业中有机或无机材料组成成分的确定。 量子力学 ·MS.DMol3 独特的密度泛函（DFT）量子力学程式，是唯一可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程式，套用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、半导体、分子反应等，也可预测诸如溶解度、蒸气压、配分函式、溶解热、混合热等性质。可计算能带结构、态密度。基于内坐标的算法强健高效，支持并行计算。MS4.0版本中加入了更方便的自旋极化设定，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以进行动力学计算。 ·MS.CASTEP 先进的量子力学程式，广泛套用于陶瓷、半导体以及金属等多种材料。可研究：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度、声子谱）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、成分无序等。可显示体系的三维电荷密度及波函式、模拟STM图像、计算电荷差分密度。MS4.0版本中加入了更方便的自旋极化设定，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以计算固体材料的红外光谱。 ·MS.NMR CASTEP 通过第一原理DFT理论预测NMR化学位移和电场梯度张量。方法适于计算包括有机分子、陶瓷和半导体在内的众多类型材料的分子、固体、表面的NMR位移。 ·MS.VAMP 半经验的分子轨道程式，适用于有机和无机的分子体系。可快速计算分子的多种物理和化学性质，其计算的速度和精度介于基于力场的分子力学方法和量子力学的第一原理方法。快速的VAMP程式可以为DFT程式提供了良好的初始结构以便进行精确的结构最佳化。经DFT最佳化好的结构可以用VAMP来计算各种性质和光谱。VAMP还可以向分子动力学模拟提供参数。MS4.0 版本引入了ZINDO哈密尔敦函式，可计算包含过渡金属的有机金属体系的紫外光谱。 高分子与介观模拟 ·MS.Synthia 可快速预测高分子诸多性质的定量结构-性质关系软体包。对均聚物和无规共聚物可预测从迁移性质到力学性能的一系列性质。 ·MS.Blends Blends可用于预测溶剂和聚合物体系的可混合性，并且能够很好地给出这些体系在制造过程中的稳定性。这种模拟技术能够从二元混合物的化学结构预测出混合物的热力学性质，生成相图来确定稳定性区域。作为一个快速的筛选工具，Blends可以在缩减试验次数的同时开发出稳定的产品配方。 ·MS.DPD 耗散粒子动力学（Dissipative particle dynamics，DPD）是对包括全部流体动力学相互作用流体粒子体系进行模拟的动力学程式。势能的粗粒化处理方法使对较大时间和空间尺度体系的模拟成为可能。DPD用周期边界条件使对无穷大体系的模拟更加有效。可以使用平面墙来研究体系受限所带来的影响，而Lees-Edwards周期边界可以用来模拟体系的剪应力过程。同时可以得到界面张力和临界胶束浓度等，也可以通过可视化界面或者数值结果来进行分析。 ·MS.MesoDyn MesoDyn是一个介等尺度动力学方法，用于研究跨越长时间过程的大体系。此方法使用源自化学组分梯度和朗文噪音的组分密度场方法。体系的微相分离、胶束和自组装过程都可以使用MesoDyn程式进行研究。在固定几何结构的剪应力和受限影响都可以进行研究。 MesoDyn的套用包括：涂料，化妆品，混合聚合材料，表面溶剂，复杂药物传输以及其它领域。 ·MS.MesoPro MesoProp是一个预测具有多组分纳米结构的材料的巨观性质的新工具，可以对聚合物、表面活性剂和连续相进行研究，从而套用于表面涂层、粘合剂、密封剂、人造橡胶、水泥、复合材料、凝胶和层压板材料等的开发工作。作为一个可以将纯组分和复杂混合物的性质联系起来的研究工具，MesoProp可套用于与嵌段共聚物、聚合物表面活性剂、纳米结构聚合物混合物以及膜界面上的物理作用等相关的配方设计和模拟研究。 定量结构-性质关系 ·MS.QSAR QSAR模组是一个全面的工具集，用于在实验信息（“活性”）和分子水征（“描述符”）之间产生统计回归模型。可以使用Materials Studio程式来计算分子的描述符，并在性质和描述符之间建立连线关系。这个数学模型可以用于对未知材料活性的预测。也可以包括那些处理条件和配方数据的描述符。模组的附加功能允许用户研究训练集的描述符和活性之间的差异性和相关性。 QSAR的描述符包含的范围很广。它可以使用Materials Studio其他模组的描述符，包括Forcite、VAMP和FAST描述符。这些描述符使得材料的各种性质得以精确模拟。除了基本的回归算法，还可以通过灵活的遗传算法（GA）。此方法是一个用于找出多元回归最小化的理想方法，在处理大数据集的时候有着很高的价值。此方法使用“适者生存”的理论来进行工作：那些对活性有影响的描述符可以进入到下一代中，而没有影响的则消亡。保留下来的正交描述符会产生更高精确度的模型。 · MS. QSAR Plus 在MS QSAR功能的基础上增加量化描述符以及神经网路算法。 ·MS.DMol3 Descriptor 使用量子力学模组DMol3计算得到的分子和周期体系的描述符，进一步扩展了QSAR的研究范围。这些与反应性相关的描述符包括原子的Fukui函式描述符，用来描述单个原子亲电性、亲核性以及对自由基反应的敏感程度；周期体系描述符包括晶格能和态密度描述符，能够很好地表征晶体的相关性质。

波阻抗反演在樊庄郑庄区块煤孔渗特征研究中的应用

课题阶段性研究：《加强实验教学 培养学生“做中学”能力的研究》

　

（实施阶段：2014.1-2015.4）

板桥初级中学：

一、课题研究背景：

理化新课程理念的宗旨是要服务于每一个学生的发展，着眼于培养学生终身学习的愿望和能力，那么在理化新课程的实施中，我们就要改变以教师为中心，课堂为中心和书本为中心，学生对教学过程参与度低的局面。要引导学生改善学习方式，倡导学生主动参与，乐于探究，勤于动手，培养学生收集和处理信息的能力，获取新知识的能力，分析和解决问题的能力，以及交流与合作的能力。为了学生美好的明天，我们需要不断探索新的的教学模式，让课堂成为学生充分展示才智的舞台，给学生更多的自主发展的时间和空间，使学生学会创造性地学习和生活，为教育事业做出贡献。

20世纪90年代以来，欧美国家流行的“动手做”和“做中学”的教学方法，以及我国流行的“研究性学习”就是探究性学习的一种典型形式。我们进行课改，在教学中学生是学习活动的主体，教师则是教学的组织者和引导者。指导学生探究学习是我们的实验课题。探究创新式学习能充分调动学生的参与意识，极大地发挥学生的主观能动性，变被动学习为主动探究。

二、课题研究理论依据：

1.教育的本质是育人，当今社会是知识与技能竞争激烈的时代，如何培养实践能力强，会学习，会生存，会交流的新兴人才，是当今教育界的一大热门话题。

2.现代教育理论认为：教学是一个系统工程，学生动机的激发，兴趣的培养，个性的塑造，能力的培养，都是教学的重要环节。现代的教学目标除了知识目标以外，更重视能力目标，情感目标的实现。

3.当代认知心理学派认为，应该把学生看成是一个有目的，能够选择和塑造自己行为并从中得到满足的人。

4.“做中学”理论。

5.初中生的心理思维逐渐开始从经验型向理论型过渡，富有创新精神，分析、解决问题的能力也有了很大程度的提高，独立思考和处理问题的能力有所提高。

三、课题研究实验设计：

1.设计在每一节课堂教学中，注意培养学生主动参与与合作探究，培养浓厚兴趣，使学生不仅在能力上而且在情感上获得成功体验，建立自信，体验化学活动中的探索和创新过程。

2.教师要用先进教育观念推进探究式教学方式。培养学生用理化眼光去认识自己所生活的环境与社会。学会“理化地思考”，即通过探究学会运用理化的知识、方法去分析现象思考问题。

3.课题研究内容

（1）、切实完成课标要求必做探究实验和演示实验。（2）、创造条件完成课本家庭实验和兴趣实验。（3）、加强改革实验教学积极开展探究性，研究性实验。（4）、充分发挥实验教学功能，研制教具，改进实验装置，提高探究能力宗旨，激发学生的学习兴趣，全面提高学生的素质和能力彰显“实验教学的功能”及课改精神。

4.课题研究的的方法、手段及途径

根据学校的实际和学科特点：用改进课程实验实验教学法，充分发挥实验教学功能，开放实验室，积极开展课外研究性实验活动。与电教模拟有机结合创建理化学习情景，经验总结法比较研究和各案分析法等，辅以问卷观察分析等手段和方法开展研究

四、课题研究的预期目标：

1.“自主互动”型初中化学实验探究教学的基本模式。

2.明确教学设计与课堂教学效率的关系。

3.用实验及电教模拟构成理化学习情景。激发学生学习兴趣，培养动手能力，积极参与理化学习，培养创新探究能力，培养学生善于发现问题，提出问题的能力和勇于探索的精神，敢于创新。

培养学生敏锐的观察能力，培养学生实际动手操作能力，培养学生不折不绕敢于克服困难的意志力以及实事求是的科学态度。培养学生合理处理信息的能力，培养他们交流合作，共同提高的能力。培养学生初步掌握研究理化问题的方法，体验理化和人类社会的关系，体会用理化为人类社会服务的意识科学探究能力。发展学生个性，发挥学生潜能，构建良好的理化课堂文化。

4.多媒体技术与化学实验教学有机整合提高教学效率。

五、课题研究的方法与步骤：

1.在课堂上，实行小组探究学习的方式，培养学生的学习习惯。

2.启发小组发现问题，在理化学习中，能将课本知识与生活中的常识联系，培养其理化感。

3.选取某个问题为突破点，通过质疑，调查研究，分析研讨，合作探究解决问题。

4.进一步激发学生学习理化的兴趣，培养其问题意识。“探究性学习”总是围绕问题进行的，问题能激发情趣，引发思考。

5.根据学校的实际和学科特点：用改进课程实验实验教学法，充分发挥实验教学功能，开放实验室，积极开展课外研究性实验活动。与电教模拟有机结合创建理化学习情景，经验总结法比较研究和各案分析法等，辅以问卷观察分析等手段和方法开展研究。《加强实验教学培养学生“做中学” 能力的研究》课题开题报告

板桥初级中学：张荣春

我校理化学科的教师在教研员王红老师的带领下，在校领导的关怀下，确定研究课题，在五位老师的努力下对加强实验教学培养学生“做中学”能力课题进行有效的探索。

一、课题提出的背景

我国多年来受应试教育的影响，使教师和学生在思想上、观念上存在着重理论、轻实验；重实验结论、轻实验过程的倾向。针对目前课堂教学中普遍存在的问题，如演示实验通常由教师独揽，学生没有动手操作机会；用“做实验题”代替“做实验”等现象。

相当一部分学生学习兴趣不浓，特别是应用分析，联系实际解决问题的能力极差，这就是为理化新课程的实施，创设积极活跃、动手、动脑的实践氛围培养学生自主探究合作交流的学习策略，和良好的情感态度，价值观，面向全体学生，激发学生的学习兴趣，全面提高学生的素质，体验实验乐趣，培养学生的科学素养和创新思维带来了极大的困难。那么如何关注学生的发展学习理化的兴趣及能力，就是我校理化课题研究的主要方向。

二、课题研究的理论依据

1.新课程标准

2.发展心理学理论：学生最重要的学习是学会学习，最有效的知识是自我调控的知识。

3.建构主义理论：学习过程不是学习者被动地接受知识，而是积极主动地建构知识的过程。学习不是教师向学生传递知识的过程，而是学生建构自己的知识和能力的过程。

4.基于问题的学习模式。

5.“做中学”理论。

6.初中生的心理思维逐渐开始从经验型向理论型过渡，富有创新精神，分析、解决问题的能力也有了很大程度的提高，独立思考和处理问题的能力有所提高。

实验是培养学生能力的一个重要方面， 是培养学生能力的向导， 我们可以通过实验来培养学生多方面的能力。伟大的物理学家爱因斯坦有句名言： “兴趣，是最好的老师。”学生对学习有兴趣，是能否积极思维和具有求知欲望的重要前提。一般来说，学生在刚接触物理时，都有一种新奇感。这种好奇心如果得不到及时培养，可能很快就会消失。所以，应该通过各种有效途径，将学生的这种新奇感转化为持久的学习兴趣。充分发挥实验魅力成为激发学生学习兴趣的重要手段、利用新奇、有趣的实验，可以激发学生的新鲜感，培养学生初步的学习兴趣。成功的创设演示实验，不但能激发学生的学习兴趣，而且有利于克服思维定势，开拓学生思维， 激励学生放大标新立异，提出富有新意、与众不同的实验方案，以此激励学生的创新意识。

（1）通过实验可以使理化教学理论联系实际，引起学生学习兴趣，引导学生发掘问题，激发其求知欲望，从而调动他们学好物理的主动性和积极性，引导他们热爱科学。

（2）通过加强实验，不仅可以使学生具备一定的感性认识，更重要的是使学生进一步理解理化概念和定律是怎样在实验基础上建立起来的，从而有效地帮助学生形成概念，导出规律，掌握理论，正确而深刻地领会理化知识。

（3）通过实验培养学生的观察能力、思维能力、自学能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力；培养学生良好的实验方法以及基本的实验能力和动手能力，并且在此基础上进一步培养他们的独立工作能力和创新能力。

（4）通过实验培养学生从事科学研究应当具备的严格的科学态度，科学的思维方法，严谨的科学作风，逐步学会理化研究中基本的科学方法。

三、课题研究的目标

用实验及电教模拟构成理化学习情景。激发学生学习兴趣，培养动手能力，积极参与理化学习，培养创新探究能力，全面提高教学成绩，培养学生善于发现问题，提出问题的能力和勇于探索的精神，敢于创新实践的能力。

培养学生敏锐的观察能力，培养学生实际动手操作能力，培养学生不折不绕敢于克服困难的意志力以及实事求是的科学态度。培养学生合理处理信息的能力，培养他们交流合作，共同提高的能力。培养学生初步掌握研究理化问题的方法，体验理化和人类社会的关系，体会用理化为人类社会服务的意识科学探究能力，让学生通过实验活动感受物理学之美，体验实验的`乐趣，感受成功的喜悦，激发学生学习物理的兴趣。培养学生善于发现问题，提出问题的能力和勇于探索的精神，敢于创新实践的能力，培养学生敏锐的观察能力，培养学生实际动手操作能力，培养学生不折不绕敢于克服困难的意志力以及实事求是的科学态度。

四、课题的研究内容

（1）、切实完成课标要求必做探究实验和演示实验。（2）、创造条件完成课本家庭实验和兴趣实验。（3）、加强改革实验教学积极开展探究性，研究性实验。（4）、充分发挥实验教学功能，研制教具，改进实验装置，提高探究能力宗旨，激发学生的学习兴趣，全面提高学生的素质和能力彰显“实验教学的功能”及课改精神，对实验教学的目的、实验原理、实验设计、实验步骤、实验数据的研究。

五、课题研究的可实施性

1.领导高度重视、大力支持，对本课题的研究寄予厚望。

2.学校有丰富的电教和标准规范实验室及充足器材。

3.本课题组成员：一线理化骨干，有很强的业务能力和科研意识。

4.规范的管理制度：学习交流制度、档案管理制度、量化考核制度等，确保课题正常开展。

5.可供利用的平台：学校教研室QQ群。

六、课题研究的主要步骤和措施：

（一）时间规划

本课题总体时间约为2年（2013年12月～2015年10月）

（二）研究步骤和措施

1.课题研究的准备（2013年12月～2014年1月）

（1）全体课题组成员广泛搜集理化课堂教学改革的理论及实践资料，系统学习这些理论及资料，摘录重要理论和实践经验，提升理论水平，清除认识误区。增加对搞好理化课堂教学改革的认识。

（2）讨论方案的概念界定，内容，实质，进行人员的分工，明确责职。

根据方案的要求进行小范围试点，论证方案的可行性，积累经验，掌握基本的数据，信息。做好计算机维护和远程教育整理工作及理化实验仪器配套。

2.课题开题报告会（2014年2月）

课题组成员集中研讨，提出改进意见，完善课题研究方案，并召开课题开题报告会。

3.课题实验（2014年3月～2015年4月）

课题组成员按照分工，通过研究教材、集体备课、上试验课、实验操作、正误分析、调查方案、撰写案例、考查对比等环节进行了大量的实践……

利用实验室教学设施拓展实验思路，通过教学示范、经验交流、课件展示、评价鉴定等形式，推动实验教学向纵深发展。每两个月将工作情况向县课题管理机构汇报一次

4.汇报成果阶段（2015年5月～2015年6月）

课改教师汇报各种研究成果，包括课件、论文、材料、数据等。

5.修改完善阶段（2015年7月～2015年8月）

在大量数据、案例、实验基础上，对已形成的研究成果提出评价和修改意见。

6.上交专家评审（2015年9月）

7.进行课题结题报告。（2015年10月）

七、课题研究的方法

1.调查研究法--对多区域、多层次、多类别、多特征的课型状况进行充分地调查与研究。创新：通过听课、座谈、问卷调查等手段搞清目前初中理化课堂教学现状，并经过综合分析，构建物理实验教学的模式。

2.文献综述法--对国内外关于课型的大容量相关文献作以收集、梳理、研究和综述。

3.理论建模法--对实验课型的理论加以系统性研究，对课型的模型加以系列化构建。

4.推广法--开发课型优秀，对课堂问题与现象加以集成，为课型实施与优化搭建平台。

5.实证分析法--把传统课型与现代教育理念有机结合，在多样本实证研究中完善课题成果。

6.网络动态法--通过课题研究网，呈现研究过程、开辟课题博客、动态修订成果。

课题研究用的方法开放、动态、灵活，实践探索性强：即由参加课改的教师共同合作，共同探讨，在平时的教学中边实践、边探索、边进行经验总结。

八、课题研究的预期突破性成果

1.通过对整个初中理化的实验教学案例的梳理，拿出一套体系完整的理化实验探究的校本教材、校本学材和校本习材。

2.初步形成理化实验课的评价标准。

3.理化实验课的优质课范例。

九、课题组成员及分工

1. 课题研究负责人：张荣春

2. 理论研究负责人：岳富荣

3. 实践研究负责人：韩世义 李华毓

4. 课题科研管理负责人：李延军

刘晓华的研究领域

何灵芳刘大锰姚艳斌张百忍

(中国地质大学北京能源学院北京100083)

摘要:从地质—地球物理角度看，煤层孔隙或裂缝发育带的存在势必引起地震波速度或(和)密度的变化，因此波阻抗数据体能很大程度上反映煤层气储层孔渗特征。文章利用约束稀疏脉冲反演对樊庄－郑庄区块3#煤层进行了孔渗特征的研究。研究区3#煤层孔隙度相对较小，分布范围1%～7%，主要受煤变质程度控制;郑庄区块的渗透率均值为0.12mD，而樊庄区块渗透率均值则为0.49mD，相对郑庄区块要高一些。研究区渗透率非均质性较强，受孔隙发育影响较大，同时也受埋深等其他因素的影响。

关键词:樊庄郑庄波阻抗反演煤储层孔隙度渗透率

基金项目: 国家科技重大专项课题 ( 2010ZX05034 －001) ，国家重大基础研究课题 ( 2009CB219604) ，国家自然科学基金项目 ( 402107) ，中石油创新基金资助 ( 2010D －5006 －0101) 。

第一作者: 何灵芳，硕士研究生，石油与天然气工程专业，主要从事煤层气勘探与开发研究。

Email: bqgcan@ 126. com; Tel: 010 － 82320892

Application of We Impedance Inversion on Porosity and Permeability Characteristics in Fanzhuang-Zhengzhuang Block

( HE Lingfang Liu Dameng YAO Yanbin LI Peng ZHANG Bairen)

( School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，china)

Abstract: According to geological-geophysical theories，the existence of pore-fracture belt in coal seam can cause the changes in speed or ( and) density of seismic we. Thus，the we impedance data cube largely re- flects the characteristics of coal reservoir porosity and permeability. In the paper，the constrained sparse spike in- version ( CSSI) was used to study porosity and permeability characteristics of No. 3 coal seam in Fanzhuang- Zhengzhuang block. The No. 3 coal porosity in the study area is small ( ranging from 1% to 7% ) and mainly con- trolled by the coal metamorphism grade. The eraging permeability value of coals is 0. 12 mD in Zhengzhuang block and is relatively higher in Fanzhuang ( 0. 49 mD) . The coal permeability in the study area is intensely het- erogeneous，and is mainly influenced by the pore development and burial depth etc.

Keywords: Fanzhuang-Zhengzhaung; we impedance inversion; coal reservoir; porosity; permeability

1 前言

煤储层既是生气层又是储气层，因而煤的储气性能在煤层气评价中起着至关重要的作用(胡宝林等，2003)。孔隙、裂隙性质直接受控于自身的物质组成和结构特征，是煤层气的储存和渗流空间，煤储层孔渗发育好坏直接影响煤层气开效果，因此煤层气储层孔隙度、渗透率的研究有着重大意义。

沁水盆地是我国典型的高煤阶含煤盆地，在沁水盆地南部发现了沁水高煤阶煤层气田，虽然煤层气丰富，但储层非均质性强，储层物性差异大。赵贤正等(2011)研究发现沁水南部高煤级煤储层含气性、渗透率在水平空间展布及垂向尺度分布上均具有明显的差异。Yao等(2008;2009)将煤基质孔隙可分为吸附孔和渗流孔，认为吸附孔的非均质性对煤吸附甲烷具有显著影响，而渗流孔的非均质性能显著影响煤的渗透性。前人都是通过压汞实验和低温氮吸附等实验对煤样进行分析，从而研究煤储层的孔渗特征(唐书恒等，2008;赵兴龙等，2010)，但是由于煤储层的强非均质性，实验的研究结果对于全区的孔渗特征预测有一定的局限性。因此，笔者运用地震资料进行波阻抗反演对樊庄郑庄区块的孔渗性进行预测。

近年来，地震技术在储层研究中应用较多，但是由于带限地震子波的干涉效应以及地震剖面无法提供地层的岩性特征和物性特征，地震资料解释面临困难，为了克服上述困难，需要利用地震资料反演技术。崔若飞等(2008)指出波阻抗反演技术是岩性地震勘探的重要手段之一，它能把具有高纵向分辨率的已知测井资料与连续观测的地震资料联系起来，实行优势互补，大大提高地震资料的纵、横向分辨率和对地下地质情况的勘探研究程度。张永升(2000)认为以波阻抗为基础进行的油藏参数估计(如孔隙度、渗透率等)比用地震振幅方法得到的更可靠、更准确。因此，基于波阻抗反演的煤储层孔渗特征研究是可行的。

2 波阻抗反演技术

2.1 波阻抗反演原理

裂隙的发育也会对煤层的体积密度和速度造成影响，含气裂隙使得体积密度和层速度降低，而充填裂隙使得体积密度和层速度增加。煤层波阻抗的变化程度(即波阻抗梯度)可以反映煤储层的裂隙发育程度，从而反映出煤储层的渗透性。因此，沿煤层提取的煤层波阻抗梯度数据可以反映煤层含气裂隙发育情况及渗透性。

稀疏脉冲反演建立在一个趋势约束的脉冲反演算法上，其基本出发点是地下的强反射系数界面不是连续分布的而是稀疏分布的。约束稀疏脉冲反演的主要目的是利用约束井资料及地震反射系数建立声波阻抗数据体(王权锋等，2008)。稀疏脉冲反演认为地震反射系数是由一系列大的反射系数叠加在高斯分布的小反射系数的背景上构成的，大的反射系数相当于不整合界面或主要的岩性界面。它的目的是寻找一个使目标函数最小的脉冲数目，然后得到波阻抗数据。

2.2 波阻抗反演步骤

2.2.1 初始波阻抗模型

初始波阻抗模型是测井约束反演的基础，为了减少其最终结果的多解性，提高研究成果的可靠性，建立尽可能接近实际地质条件的波阻抗模型是关键。测井资料在纵向上详细揭示了岩层的波阻抗细节，地震记录则连续记录了波阻抗的横向变化，二者的结合，为精确地建立空间波阻抗模型提供了必要的条件。建立波阻抗模型的过程实际上是将横向上连续变化的地震界面信息与高分辨率测井信息相结合的过程。地震层位是建模的基础，可以根据测井曲线标定的结果，在地震剖面上自动或手动拾取目的层位。首先通过井旁地震道与合成记录的相关性对测井曲线进行纵向的拉伸和压缩，当相关系数达到一定的标准时，就可以获得井的初始波阻抗。然后在地震层位和地质模式的约束下，选取适当的插值方法，对井的初始波阻抗进行内插和外推，建立初始波阻抗模型。

2.2.2 绝对波阻抗反演

经过前期大量的准备工作，处理获得合理的时深关系曲线，运用校正过的测井数据及精细的解释层位，建立地质框架模型，通过调整模型与相对波阻抗高低频分量，使模型数据体与相对波阻抗数据体进行叠加，得到最终的绝对阻抗体。

反演处理的过程是不断修正完善的过程，当反演出一次结果后，处理、解释人员就紧密结合在一起，根据掌握的地质、测井、生产等资料对反演效果进行仔细的对析，反复循环处理，直到获得符合本区地质储层变化规律的波阻抗剖面为止。

3 波阻抗反演技术应用实例

3.1 区域地质概况

本项目研究区域位于沁水盆地的南部(简称为沁南)，主要分布在屯留—安泽一线以南地区，西起寺头断层，东、南以煤层露头为界，包括樊庄和郑庄两个区域。构造上，研究区位于沁水盆地复向斜南部的翘起端。区内主要断裂为寺头断层，自南向北，走向由近NE向转为近SN向，倾向NWNWW，倾角70°，断距最大350m左右，性质为正断层，受区域构造应力的作用，该断层具有张扭性特征，断裂两侧伴有羽状张性小断裂。全区断层数量较少，规模小。只有寺头断裂横穿整个区域，其余均为小型的正断裂。与郑庄相比，樊庄小断层较发育(图1)。研究区内沁水盆地沉积地层有长城系下部、寒武系、奥陶系中统、石炭系中上统、二叠系、三叠系和新近系地层，含煤层系主要位于上石炭统的太原组和下二叠统的山西组，共含煤6～11层，其中太原组主要发育8#、9#和15#煤层，山西组主要为2#和3#煤层，本次研究的目标层位为3#煤层。

3.2 波阻抗反演结果

3.2.1 孔隙度

孔隙度是煤储层物性的重要参数，研究区探井显示3#煤储层孔隙度最低为3%，最高为6.49%，一般在5%以下。在波阻抗反演模型的基础上，将反演波阻抗数据体与探井上的孔隙度数据做交汇图进行相关性分析，可以得到波阻抗与孔隙度的对应关系(表1)。

通过以上方法得到的孔隙度与波阻抗的对应关系，结合其他没有探井资料的测线上的波阻抗数据，可以得到每个测线的孔隙度，最后通过插值法得到整个区域的孔隙度的平面图(图2)。

3.2.2 渗透率

试井显示沁南地区3#煤层的渗透率，大多分布在0.5～3.0mD之间，其次在0.1～0.5mD和3.0～10.0mD之间，表明沁水盆地南部煤层具有相对较好的渗透性。

图1 樊庄郑庄区域地质图

表1 波阻抗和孔隙度转换关系数据表

本次研究同样根据波阻抗数据，制作交汇图显示其与渗透率的相互关系，并得到波阻抗与渗透率的转换关系(表2)。最终通过插值法运用到全区，预测全区的渗透率分布情况。

表2 波阻抗和渗透率转换关系数据表

图2 3#煤层波阻抗预测孔隙度平面图

4 孔渗发育主控因素分析

4.1 孔隙度

依据波阻抗反演预测结果与实测结果相结合，做出沁南郑庄樊庄区块煤层孔隙度图(图4)。图中可以看出研究区沁南孔隙度相对较小，分布范围1%～7%。刘大锰等(刘大锰等，2010)统计发现，华北晚古生代煤的孔隙发育主要与煤的变质程度有关。随着煤的镜质组平均随机反射率(Ro，r)的增高，煤的氦测孔隙度呈高—低—高的变化规律。分析全区的预测结果发现，孔隙度大于3.75%的区域约占全区面积的20%，孔隙度低于2.5%的区域约占全区面积的35%。

4.2 渗透率

郑庄3#煤层渗透率普遍较低(图3)，煤层渗透率平均约为0.12mD，樊庄区块的煤层渗透率稍高，平均为0.49mD，即使在同一地区，煤层渗透率差别也比较大，郑庄区块，最大渗透率为2.96mD，最小为0.01mD;樊庄区块最大为2.00mD，最小为0.02mD。

裂隙是煤层气运移的通道，是煤层渗透性的主要影响因素。据Palmer等(1998)的研究，煤储层渗透率是孔隙度的三次幂的函数，孔隙度的大小对煤储层的渗透性意义重大。对比图2和图3可以看出，孔隙度发育良好的区域对应的渗透率也比较大，因此，研究区渗透率受孔隙度影响很大。

煤体结构与煤层的渗透性密切相关，一般认为，原生结构煤和碎裂煤是煤层气开发比较理想的煤体结构类型;而碎粒煤和糜棱煤由于煤体破碎，裂隙形态破坏，煤层渗透性差，而被视为非渗透性煤层。寺头断层周边地区由于断层使得煤层破裂，渗透率较其他地区更低(图3)。

图3 3#煤层波阻抗预测渗透率平面图

图4 郑庄樊庄区块煤层孔隙度

煤层埋藏深度对渗透率的制约机理是应力问题。随着煤层埋藏深度的增大，煤层所承受的地应力增大，地应力增大会导致煤层裂隙闭合，使得煤层渗透率降低。因此煤层渗透率具有随埋藏深度增大而逐渐减小的趋势。郑庄樊庄区块煤层埋深由东向西逐渐增加，郑庄区块3#煤层可达1200m以上(图5)。但从郑庄樊庄区块3#煤层的实际情况来看，郑庄的渗透率要普遍好于樊庄，可能的原因是郑庄区块后期的断裂活动。断层等构造的发育使得煤层的物性发生了较大改变。

图5 郑庄樊庄区块煤层埋深图

煤储层不仅受上覆岩层的压力作用，而且还受水平地应力的作用。垂向地应力对储层压力的影响主要是由煤层上覆岩层厚度的增加引起的。而在水平方向上，煤储层处在区域性的构造应力场中，受水平构造应力的作用，因此，水平主压应力越大，储层压力也就越高。同时，煤层渗透率是一种应力敏感性储层参数，注入/压降试井测试以及研究表明，煤层渗透率与地应力呈负相关关系。由于煤层是一种典型的双重介质、双孔隙度的储层，裂隙孔隙度是决定煤层渗透性的关键因素，地应力增大带来的直接后果就是煤层裂隙宽度变小甚至闭合，从而降低煤层的渗透性;另一方面，煤层本身塑性较强，地应力增大使煤体被压缩，导致基质压缩，基质渗透率降低。煤层地应力自研究区四周向内部增大，其变化趋势与煤层埋深等值线一致。在研究区东南部煤层埋藏较浅的地区，地应力也普遍较低，多在10MPa以下，在西部及北部，煤层埋藏深，地应力高，多超过10MPa。郑庄区块煤层地应力要大于樊庄区块(图6)，这也合理的解释了郑庄渗透率高于樊庄的原因。

5 结论

沁南郑庄樊庄区块3#煤层孔隙度相对较小，分布范围1%～7%。煤的孔隙度发育主要与变质程度有关，一般肥煤和焦煤的孔隙度最低，瘦煤以上有所增高。构造发育会影响煤的孔隙度发育。

沁南郑庄樊庄区块3#煤层渗透率较低，并且受到多种因素的影响。郑庄区块渗透率平均值为0.12mD，而樊庄区块渗透率均值则为0.49mD。渗透率具有较高非均质性，即使在同一地区，渗透率差异也很大。影响渗透率的主控因素以孔隙度发育程度最为显著，其他因素如埋深，地应力以及媒体结构对渗透率也有一定的影响。

波阻抗反演在研究区内的应用取得的较好的成果，说明在勘探程度比较低的地区，约束稀疏脉冲反演技术能较好的将测井、地震资料相结合，较准确的预测煤储层的孔渗特征。

图6 3#煤层地应力等值线图

参 考 文 献

崔若飞，孙学凯，崔大尉 . 2008. 地震反演—煤田地震勘探的新进展 . 中国煤炭地质，20 ( 6) ，49 ～52

胡宝林，车遥，杨起等 . 2003. 吐哈盆地煤储层物性特征研究及煤层气前景 . 煤炭科学技术，31 ( 4) ，50 ～ 53

刘大锰，姚艳斌，蔡益栋等. 2010. 华北石炭—二叠系煤的孔渗特征及主控因素. 现代地质，24 ( 6) ，1198 ～1203

唐书恒，蔡超，朱宝存等 . 2008. 煤变质程度对煤储层物性的控制作用 . 天然气工业，28 ( 12) ，30 ～33

王权锋，郭科 . 2008. 约束稀疏脉冲反演在储层预测中的应用 . 测井技术，32 ( 1) ，33 ～37

张永升 . 2000. 新疆塔里木盆地沙雅隆起兰尕地区三维地震 . 勘探成果报告

赵贤正，桑树勋，张建国等 . 2011. 沁南煤层气开发区块煤储层特征分析及意义 . 中国煤层气，8 ( 2) ，3 ～7

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Yao Y B，Liu D M，Tang D Z，et al. 2009. Fractal characterization of seepage-pores of coals from China: an investigation on permeability of coals. Computer＆Geosciences，35，1159 ～ 1166

　海上油气藏精细描述技术

1、带有海水淡化装置的总能系统方案研究，大连市科技基金项目；

2、带有低温多效蒸发海水淡化装置的水电联产系统的建模与优化，大连理工大学青年教师基金；

3、大连港新港供热系统节能技术研究，大连港新港港务公司；

4、热压缩式高效多效蒸发海水淡化系统工程研究，大连理工大学；

5、多效蒸发海水淡化实验装置建设与水电联产系统方案研究，大连理工大学；

6、专业基础平台课立体化双语教学体系的研究与建设，大连理工大学；

7、超疏水表面微通道中水流动、传递特征及其物理基础的研究， 国家自然科学基金；

8、运动变形相界面与热质传递之间的相互作用机理研究，国家自然科学基金；

9、瓦轴热电站改造工程可行性研究与设计，瓦房店轴承有限公司；

10、云南红塔集团玉溪卷烟厂能源利用状况分析，云南省经委；

11、昆明钢铁股份有限公司能源审计报告，云南省经委；

12、锦西天然气化工有限责任公司能源审计报告，锦西天然气化工有限责任公司；

13、大连重工起重集团有限公司能源审计报告，大连重工起重集团有限公司；

14、舰船用造水机研究，国防项目（719所）；

15、多效蒸发海水淡化装置热力计算方法研究及软件开发，上海市科教兴市项目；

16、万吨级低温多效海水淡化装置国产化技术开发，北京国华电力工程技术有限责任公司；

17、沈胜强，刘晓华等，海水淡化与水电联产系统研究，教育部国际合作交流司；

18、沈胜强，刘晓华等，低品位热能利用的关键技术装备开发；辽宁省重点科技项目；

19、水电联产与水源热泵联合系统优化设计，大连市建委科技项目；

20、王正、李素芬、刘晓华等，构建能源与动力学院本科教学体系，大连理工大学教改重点项目；

21、刘晓华、刘宏升、刘宏等，《热工基础实验教程》教材建设，大连理工大学教材出版基金；

22、能源信息系统开发于研究，云南省节能中心；

23、沈胜强,刘晓华,杨洛鹏，水平管管内凝结传热系数与流动阻力实验研究；

24、沈胜强, 杨洛鹏,刘晓华，多效蒸馏海水淡化装置热力计算方法研究及软件开发；

25、沈胜强,刘晓华,杨洛鹏，海横管降膜蒸发单管蒸发换热系数实验研究；

26、沈胜强,郭亚丽,刘晓华,杨洛鹏，超大型蒸发/冷凝器关键技术开发；

27、刘晓华、沈胜强，3500t/d多效蒸发海水淡化装置技术开发；

28、刘晓华等，太阳能海水淡化技术研究，大连市建委科技项目。

时钧的主要成就

油气藏描述包括对油气田的静态描述和动态描述两部分。静态描述主要指对油气田的构造、储层，三维空间的物性和含油性特征以及分布规律的描述，并计算油气田的油气地质储量。动态描述则是对油气田在开发过程中的地下油气藏基本参数变化，油田、油井产能以及开发开方式、收率、产液剖面、吸水剖面等油田生产中动态规律的研究和描述，并用这些动态所反映的油气藏地下实际情况，来修改、完善静态描述提供的地质模型，预测油气田未来动态变化趋势，以及这种变化对油气田生产的影响。同样油田建模也包括静态建模和动态建模。静态模型称为油气田地质模型，动态模型称为油气藏模型。

油气藏精细描述技术，在我国海上是20世纪80年代中期对外合作期间引进发展起来的新技术，是一项融油气田地质、开发地震、岩石物理、油气藏工程研究等技术为一体的油气藏地质综合研究。中国海油使用这项新技术以来，取得了很多曾引起国外专家高度重视和肯定的成果。

最为成功的油气藏描述成果是1987年前后，中国海油向原国家储委提交的绥中36-1油田和东方1-1气田基本探明储量报告中应用的储量描述技术。其中，绥中36-1油田储量研究工作的油藏描述技术，还在1988年昆明召开的全国储量工作年会上进行了介绍和推广，受到与会陆地各油田储量研究单位专家和领导的赞赏和肯定。提交的绥中36-1油田基本探明储量报告，获1987年度国家优秀储量报告奖。这是中国海油组建以来，首次获得的一项国家优秀储量成果奖。东方1-1气田储量报告获1996年度国家储委颁发的储量报告一等奖和19年国家科委颁发的科技进步三等奖。

一、渤海稠油油田油藏描述

（一）绥中36-1油田

绥中36-1油田，是中国海油在辽东湾海域发现的一个地质储量上亿吨的大油田，也是2000年以后，渤海地质实现年产千万吨目标的支柱油田之一。油田现已按预期目标全面建成投产。

油田位于辽东湾水深约30m的海域，西距河北省秦皇岛市102km，北距海上锦州20-2凝析气田4km。在区域构造上，处于辽东湾－下辽河拗陷，辽西低凸起中段绥中36-1构造的中南高点，海域平均水深30m。

1986年6月，在构造北高点，钻探了绥中36-1-1井，在下第三系东营组下段和前新生界风化壳附近见油气显示，于前新生界底部的风化壳试油时，油水同出。

对绥中36-1-1井钻井、测试资料和本区二维地震资料精细研究、解释之后，1987年2月在距绥中36-1-1井南11km处的南高点，以潜山和下第三系东营组为目标，钻探了绥中36-1-2D井。该井在下第三系东营组下段钻遇厚达200多米的疏松砂质岩油层。DST测试时，获折算日产原油93m3、天然气61m3。

绥中36-1油田位于辽西凹陷的东侧的辽西大断层的上升盘，是一个在前新生界基底上发育起来的断裂半背斜。

主要储层段岩性为一套砂质岩与泥岩频繁互层的沉积组合，纵向上分Ⅰ、Ⅱ两个油组，其中I油组（上油组）是油田生产主力油层，每个油组包含若干个厚度不等的薄砂层。油层分布稳定、横向连通好、非均质性强（图9-1）。

图9-1　绥中36-1油田储层与油气聚集关系图

油藏类型为一个受岩性影响的、受构造控制的边水层状油藏。油田预计在高部位可能有储量规模不大的气顶。

1．油田早期储量描述

1987年绥中36-1油田第一口发现井获得成功后，结合1口预探井的钻井、取心，测井及试油结果，开展了油田早期预评价。结合已集的二维地震资料，充分发挥地质、地球物理、岩石物理及石油工程等学科技术优势，用常规油田地质综合研究方法和地质数理统计法，计算了油田控制级石油地质储量，并完成了5口评价井的部署（图9-2）。

图9-2　东营组油层顶面构造图

评价结束后，于同年7月用6口评价井资料完成基本探明储量计算，向国家储委提交了缓中36-1油田1.2×108t基本探明地质储量报告。这份报告获国家储量优秀成果奖。绥中36-1油田的发现，探明级地质储量的确定，不仅是当年我国石油界的一件大事，也是我国海上发现的第一个储量上亿吨的大油气田。

2．油田实验开发阶段的储层物性、含油性特征描述

1988年，在早期储量评价的基础上，根据中国海油对绥中36-1油田“建产能和生产试验”并举的开发方针，经技术论证，决定在油田南部探明程度较高的储量高丰度区开辟一个生产试验区。试验区包括油田总体规划中的A、B两个开发区。每区分别设计1座海上生产平台，用反九点面积注水井网、500～350m井距布井，钻开发生产井48口。同时，以落实储量为目标，在北部控制储量区补钻5口评价井。实验区于1989年9月启动开发井的钻井作业，1993年底建成投产（图9-3）。

接着，进一步搞清油田范围内主力油层的油层物性、含油性变化，以及各套油层的分布和储量高丰度区，指导油田开发的先导试验，为油田整体开发作充分的地质准备。

为提高原始地震记录的纵横向分辨率，进行了保幅保真的室内精细处理，为油田储层精细解释和描述提供资料保证。

使用地震资料进行的常规构造解释，通常用于解释大套稳定分布的砂质岩地层，但对于定量研究类似绥中36-1油田这类砂泥岩交互、厚度不等的储层，甚至一些薄油层的物性、含油性，就显示出方法上的软弱无力。中国海油油田地质和开发的地震专家，在绥中36-1油田先导试验阶段的储量描述中，结合试验区开发试验井的钻井测井资料，针对该油田主力油层组的物性、含油性规律的研究和定量描述，使用了当时刚刚引进、开发的地震相对波阻抗测井多井约束反演技术。所谓多井测井约束反演，是一种模型化的波阻抗反演技术，即在由测井数据建立的初始地质模型上，用这个模型合成地震剖面，经不断修正后，使其逼近实际地震剖面并能达到最佳、令研究人员满意的地震效果。整个反演研究过程如下：建立单井地质模型—建立三维反演初始地质模型—三维地震迭代反演—砂体空间追踪－三维时深转换（图9-4）。在此过程中，初始模型的建立是一个人机交互处理的过程，对反演的好坏有直接影响。

图9-3　缓中36-1油田开发试验区示意图

图9-4　测井约束反演流程图

初始模型实际上是一个把横向上连续变化的地震信息与垂向上具有高分辨率的测井信息相结合的过程。初始模型准确与否，一取决于层位的拾取，二取决于断层解释组合的合理性，三取决于测井数据的可靠程度及井旁地震道层位标定的准确性。此方法，不仅利用了测井资料的低频成分，也充分使用了有效的高频成分，从而能获得高分辨率的三维定量反演效果。

对绥中36-1油田所做的测井多井约束反演结果看，井旁砂体基本上与钻探结果吻合，井间或表现砂体连续，或变薄或尖灭，或出现新增零星小砂体。这些由地震反演表现出的井间砂体分布，客观地反映了绥中36-1油田的地质沉积规律。

1989年，使用这个流程和技术描述了全油田基本探明地质储量，并向全国储委提交了油田北部控制储量区的新增探明含油面积35km2和全油田已探明级石油地质储量。

与1987年上报储量相比，储量的增加相当于又发现了一个亿吨级的大油田。这轮储量研究主要使用了开发地震多井约束反演技术，不仅在油田南部发现了新油区，而且确认了北部控制储量区的基本探明储量。

3．全面开发生产阶段的油藏精细描述

油气藏描述是在油气田勘探、开发、生产的不同阶段，对油气藏不断认识的渐进过程，它贯穿于油田的始终。在不同阶段根据需要，随着地质目标和要获得的成果不同，使用的描述方法、技术思路和工作流程也有所不同。但它们都从不同侧面揭示油气藏地下的地质特征，使人们一步一步地深化对油气藏的地质认识。

19年，面对渤海原油产量上千万吨的历史使命，进行了油田储层再认识和以挖掘储层潜力、确保油田产能的油田精细描述。通过新引进地质测井分析技术，针对原使用的测井分析处理软件功能不健全，不能适应绥中36-1油田这类井眼易垮塌、出砂的疏松油层重新进行测井解释。在岩石物理评价中，使用自编软件对油田勘探开发井的测井记录作了必要环境校正（如不规则井眼的井径校正、声波曲线环境校正、自然伽马曲线泥质校正等）后，重新精细研究储层四性关系，调整油层有效厚度下限解释标准。使用多矿物分析软件解释油田开发井钻遇的各类油层厚度。在此基础上结合开发地震多井约束反演，描述了油田储量。通过这轮岩石物理评价，油田的各类油层有效厚度增加了近40%，新增加探明地质储量近亿吨。其中在北部的待开发区通过多井约束反演，增加探明地质储量约1.9×108t。全油田探明含油面积达33.5km2，油田总地质储量达到了2.8×108t。

这轮以岩石物理研究技术为主要手段，并与开发地震的多井约束反演技术紧密配合，完成的油田储量精细描述和地质建模，不仅得到国家储委专家的认可，也为绥中36-1油田的整体高速、高效开发奠定了坚实的物质基础。

通过19年的油藏精细描述，调整、建立了油田地震模型。以此为基础，编制了的油田开发方案。生产井钻井及生产动态证实，描述的储量分布和油田地质模型基本符合油田地下实际情况。

（二）南堡35-2油田

南堡35-2油田是中国海油在19年于渤海中部石臼坨凸起上发现的又一个大型浅层油气田。油田西南距塘沽渤海基地110km，东距秦皇岛32-6油田27km。

1998年在6口预探井和评价井的基础上进行了首次储量评价，并向国家储委提交了探明石油地质储量6124×104m3(5868×104t），可石油地质储量919×104m3(880×104t）。

图9-5　南堡35-2油田构造图

图9-6　南堡35-2油田明下段油藏小层对比图

图9-7　南堡35-2油田密度与阻抗关系统计和密度反演剖面

2001年6月至11月，为落实探明地质储量又钻了南堡35-2-7、35-2-8sa和35-2-10井3口评价井，结合地震资料，用地震多属性密度反演技术精细描述了油藏和计算了储量。由于基础资料增加和地震反演技术提高，进一步加深了对油田油气分布、油藏模式的认识，落实了各项储量参数，重新计算了油田探明地质储量，为油田整体经济有效地开发提供了保证。

南堡35-2油田是一个由半背斜、复杂断块及斜坡组成的复式断鼻构造（图9-5）。

油层发育于明化镇组与馆陶组顶部，明化镇组下段为主力油层段。储层为河流相沉积砂体，具有高孔、高渗及非均质性较强的特征。油田油水关系复杂，油藏类型众多，以岩性－构造复合油藏为主。是一个油层埋藏浅、储量大、流体性质复杂的稠油油田（图9-6）。

由于河流相砂体沉积的复杂性，三维地震资料受带宽和分辨率的限制，对薄互层砂体物性和含油性的预测难度很大。但密度测井资料与声波、地震信息，特别是声阻抗关系密切（图9-7）。

因此，有条件在油藏描述时使用严格受关键井约束的密度反演资料，对19个气油砂体进行定量描述，完成各类反映储层物性、含油性的油藏描述图件近90幅，编制了单砂体和油田储量丰度图。这项用密度反演完成的储量精细描述成果，受到了国家储委专家的好评和肯定。

二、南海莺歌海盆地大气田储量描述

（一）东方1-1气田

东方1-1气田是中国海油1994年在南海北部莺歌海海域自营勘探发现的，天然气地质储量近1000×108m3的大气田。气田位于海南省莺歌海镇正西方约100km、水深61～70m的海域，区域构造位置为莺歌海盆地中央泥底辟构造带的北部（图9-8）。

图9-8　东方1-1气田区域位置图

东方1-1气田为大型较完整的短轴背斜构造，近南北走向，东陡西缓。由于受泥拱活动的影响，在构造中心部位形成一个断裂复杂带，10条断层多数由构造顶部向构造南北延伸。其中，贯穿南北的两条主断层将背斜分为东、西两区。圈闭面积大，闭合度高（219～254.8m），气层埋藏浅（图9-9）。

图9-9　东方1-1气田Ⅱ下下气组气层顶面构造图

东方1-1气田为发育于上第三系莺歌海组地层中的浅层气藏，构造范围内气层翼厚顶薄，者层是一套以极细粒石英砂岩为主的滨外浅滩和滨外砂坝相沉积。纵向上分为5个气组，属E常压力系统，压力分布具有平面上分块，纵向上分层的多压力系统特征。具有统一的正常是度系统，不同区块、不同气组的天然气组分、气水分布、气藏类型略有差异（图9-10）。

图9-10　东方1-1气田气藏剖面图

图9-11　东方1-1气田过井波阻抗剖面图

东方1-1气田气藏描述最大特色，是充分发挥了海上高分辨率地震勘探的优势。结合996年在气田北部、西部和南部补钻的3口评价井，在对1995年新集的1km×1km高分辨率地震资料和以往集的地震资料归一化精细处理后，用地震波阻抗反演、亮点技术振幅检测等多种地震信息，综合描述储层物性和含油性并完成了储量计算。

在精细处理后的高分辨率地震资料记录上，气田范围内由于含气砂体速度明显降低，储层中的含气砂体和非储层的阻抗反差清晰可辨，为使用波阻抗信息反演、描述含气砂体厚度提供了可能（图9-11）。

储层段含气砂层地震速度的降低，不仅在气藏边界产生了平点、亮点，而且在道积分剖面上显示了气层低速强振幅异常，根据异常振幅的强度，可以定性地描述气层的含气丰度和进行储层分类（图9-12）。

图9-12　东方1-1气田振幅异常及干点显示剖面图

结合对气田地质综合研究，使用多种信息进行气藏描述的具体做法，可归纳为：以储量计算单元为单位，根据异常振幅的强度定性地进行储层分类，并结合波阻抗资料圈定含气范围。根据气层边界的平点显示，分单元确定含气面积，结合波阻抗资料编制气层等厚图。对东方1-1气田气藏综合描述的结果如图9-13所示。

图9-13　东方1-1气田气层综合描述成果图

图9-14　崖城13-1气田开发井位图

1995年，对东方1-1气田的气藏综合描述和储量计算，使中国海油再一次在南海西部海域实现了稀井广探的战略部署，提供的储量报告获当年国家储委储量报告一等奖和1996年度国家科委科技进步三等奖。

（二）崖城13-1气田

崖城13-1气田，是中国海油和美国阿科公司于1983年6月在中国莺歌海盆地联合勘探发现的地质储量约亿万立方米的大气田。气田位于海南岛南部海域，距三亚市100km左右，水深98m。

1983年6月在崖城13-1构造上部署2口探井，其中崖城13-1-1井钻至3822m花岗岩基底完钻。电测解释气层24层141.2m，从3278m到3587mDST测试3层，其中 DST2层（3658.6～3701m）获日产天然气58×104m3，从而发现了崖城13-1气田，它是在南海海域发现的第一个大气田。

崖城13-1气田为一个在基底隆起上发育起来的继承性背斜构造，构造西南部受断层切割而复杂化。以断层为界，主体被断层复杂化为半背斜（图9-14）。主要储集层为下第三系渐新统陵水组三段砂岩，次要储层为上第三系三亚组楔形砂光体A和下第三系陵水组二段的楔形砂光体B，储集层分布较稳定，具有扇三角洲沉积特征。气田具有统一正常温度、压力系统，气藏类型为层状边水气藏。气田主体分布在构造东部，构造高部位储层遭剥蚀。

为了进一步研究气田构造、断层空间展布，落实储量，为开发提供可信的地质依据，1992年阿科公司在气田内集290km2、测网密度12.5m×12.5m的三维地震资料，并进行室内保幅保真精细处理和反射系数、亮点、瞬时速度、瞬时频率等多项特殊处理。使用这些资料不仅搞清了基岩顶面形态，而且为标定气层顶、底和层间的关系提供了可信的依据。以此为基础，结合钻井试油及测井成果，完成了对气田构造、储层的描述和储量研究，并向国家提供了该气田的基本探明地质储量报告。

崖城13-1气田气藏描述是用地质综合方法，综合地震信息、地质资料和测井成果在精细三维储层建模基础上完成的。

开发地震研究中，结合8口预探井、评价井的钻探成果，在过井地震记录上用桥式对比法确定了相应储层的地震响应，精细地标定了气层，并根据层序地层学原理划分了5个地震层序，建立了气田3个作图层位、4个不整合面和5个地震层序的地震－地质解释模型和储层沉积模型。通过精细研究，以储量计算单元为制图单元，编制了相应的气层顶、底构造图和气层的等厚图。经钻井标定，搞清了主力气层顶面为一组代表低层速度、低密度、强振幅波谷反射的地震响应。

在此基础上，计算了气田的地质储量（包括证实储量和各级控制储量）。

崖城13-1气田自1983年发现以来，一度引起国内外的关注，继中方完成储量描述后，国内外先后有8家公司参与气田的储量计算。各家公司运用气田的实际资料，背靠背地用崖城13-1气田等厚图进行计算，结果与中方基本一致。1990年7月，国家储委批准了崖城13-1气田储量。崖城13-1气田储量描述最大特色，就是充分发挥了海上地震，特别是三维地震的集、处理和精细解释的优势，使用了先进的斯伦贝谢测井解释技术和油气田地质综合研究技术。

时钧一生从教，60多年来，他在化工高等教育辛勤耕耘，1980年起，他开始招收研究生（1945年在重庆曾招过2名研究生），到现在已有5人获得博士学位。他的学生有不少是蜚声中外的科学家，两院院士就有16位，获得高级职称的数以百计,在化工、炼油、冶金、建材、机械、医药等领域作出了卓越的贡献 。半个多世纪的辛劳熬白了他的鬓发，而他的青春活力却在一代代弟子身上得到焕发，他的事业正由众多的学生去弘扬光大。

在他的从教生涯中，所带过的学生中先后产生了16名院士。名单如下 ： 姓名院士主要成果备注陈家镛中国科学院院士中国湿法冶金开拓者1943年毕业于国立中央大学（现为南京工业大学）化学系梁晓天中国科学院院士药物化学和有机化学1942年考入中央大学化学工程系（现南京工业大学化工系）闵恩泽中科院、工程院院士石油化工催化剂专家1946年夏从国立中央大学化学工程系（今南京工业大学）毕业，闵恩泽和陆婉珍（女）为同班同学，也是夫妻 陆婉珍中国科学院院士分析、石油化学家胡宏纹中国科学院院士有机合成化学专家1946年毕业于原中央大学化学系（今南京工业大学）张存浩中国科学院院士物理化学家1947年毕业于南京中央大学化学工程系（现南京工业大学）朱起鹤中国科学院院士分子反应动力学家1947年毕业于南京中央大学化工系（现南京工业大学）陆钟武中国工程院院士热能工程专家1950年毕业于大同大学（前三年在中央大学）时铭显中国工程院院士石油化工机械专家1952年7月毕业于南京大学化工系（现南京工业大学）陈懿中国科学院院士物理化学家1955年毕业于南京大学化学系（现南京工业大学）唐明述中国工程院院士无机非金属材料专家1956年南京工学院（现东南大学）化工系研究生毕业曹湘洪中国工程院院士石油化工专家1967年毕业于南京化工学院（现南京工业大学）江东亮中国工程院院士材料科学1960年毕业于南京化工学院（现南京工业大学）徐德龙中国工程院院士无机非金属材料专家1983年南京化工大学（现南京工业大学）硕士毕业欧阳平凯中国工程院院士生物化工1981年来到南京化工学院（南京工业大学的前身）工作徐南平中国工程院院士化学工程领域1989年南京化工学院化学工程专业博士毕业根据全国图书参考资料联盟，时均共培养硕士2名，博士52名，具体情况如下 ： 年度论文名称作者授予单位学位2005《苯氯化三相催化精馏过程研究》崔咪芬南京工业大学博士2007《里氏木霉分泌蛋白降解木质纤维素的研究》欧阳嘉南京工业大学博士2003《陶瓷膜处理含油乳化废水的技术开发及传递模型研究》谷和平南京工业大学博士2002《溶液结晶动力学实验与模型研究》伍川南京工业大学博士2002《有机羧酸稀溶液的络合萃取过程研究》管南京工业大学博士2002《吸附制冷工质对及其制冷过程研究》崔群南京工业大学博士2004《陶瓷膜分离对氨基苯酚生产中镍催化剂的研究》金珊南京工业大学博士2004《一体式陶瓷膜乳化装置的研究和应用》景文珩南京工业大学博士2004《面向中药水提液体系的陶瓷膜设计与应用》李卫星南京工业大学博士2004《料仓内散体流动的数值模拟研究》肖国先南京工业大学博士2003《综合建模方法和先进控制技术在两个化工过程中的应用》张湜南京工业大学博士2003《分光光度分析专家系统》陈国松南京工业大学博士2003《钙钛矿型透氧材料的制备与研究》谭亮南京工业大学博士2003《新型锆基钙钛矿型致密透氧膜的研究》杨丽南京工业大学博士2002《面向钛白工业废水处理的陶瓷膜材料设计与应用》赵宜江南京工业大学博士2002《乙烯/乙烷络合分离吸附剂的制备及表征》梅华南京工业大学博士2002《陶瓷膜成套装备与工程应用技术的研究》邢卫红南京工业大学博士2002《纳滤浓缩和脱盐的传质过程研究》杨刚南京工业大学博士2002《陶瓷膜生物反应器的研究》徐农南京工业大学博士2002《混合导体致密透氧膜反应器进行甲烷催化氧化反应的研究》顾学红南京工业大学博士2002《D-氨基酸的制备研究》韦萍南京工业大学博士2001《三相流态化光催化过程的研究》崔鹏南京工业大学博士2001《NaA型沸石分子筛膜的合成及渗透性能研究》董强南京工业大学博士2000《氧化锆陶瓷超滤膜制备及相关基础技术研究》琚行松南京化工大学博士2000《强化传递的多相催化内循环气升反应器研究》 吕效平南京化工大学博士2000《高质量低成本钛酸钾晶须的制备及其在复合材料中的应用》 冯新南京化工大学博士1999《硫酸钾生产工艺模拟及其溶解动力学研究》陈栋梁南京化工大学硕士1999《混合传导型致密透氧陶瓷膜》李世光南京化工大学博士1999《TiO2起滤膜和超薄Pd/TiO2复合膜的研究》吴立群南京化工大学博士1999《甲缩醛合成流化催化精馏过程研究》乔旭南京化工大学博士2001《单分散二氧化钛纳米微粒合成及在光解水制氢反应中的应用》陈洪龄南京工业大学硕士　　1999《光催化陶瓷膜反应器的实验研究与数学模拟》 史载锋南京化工大学博士1999《液体混合物的吸附平衡及动力学研究》 刘晓勤南京化工大学博士1999《面向过程模拟的电解质溶液化学和相平衡研究》 吉晓燕南京化工大学博士1999《担载钙钛矿型透氧膜的制备及甲烷部分氧化制合成气管式致密膜反应器的研究》 金万勤南京化工大学博士1999《处理含油乳化液废水的研究》 王春梅南京化工大学硕士1998《新型干法回转窑内煤粉燃烧、高温传热、煅烧熟料热工过程的应用基础研究》 叶旭初南京化工大学　　1998《流体微观结构及扩散性质的分子动力学模拟研究》 周健南京化工大学博士1998《陶瓷微滤膜过滤微米、亚微米级颗粒体系的基础研究和应用开发》 钟璟南京化工大学博士1998《甲烷部分氧化膜催化反应的数学模拟和实验研究》 杨超南京化工大学博士19《络合吸附净化含氮气体中微量一氧化碳的研究》居沈贵南京化工大学博士19《气固吸附平衡与吸附动力学研究》马正飞南京化工大学博士19《液体粘度的关联推算及醇烃体系混合物粘度的测定》沈式泉南京化工大学博士19《超临界流体沉积技术的研究与应用》汪朝晖南京化工大学博士19《氧化铝微滤膜的制备和工业化研究》王沛南京化工大学博士1996《氧化铝陶瓷膜的制备、表征及应用研究》黄培南京化工大学博士1996《高压相平衡与状态方程研究》 云志南京化工大学博士1995《液相扩散系数的测定与研究》 范益群南京化工大学博士1995《高压流体相平衡及状态方程的若干研究和应用》董军航南京化工学院博士1994《电解质溶液相平衡的热力学研究》张吕正南京化工学院博士1992《统计热力学的相对性及其应用》王仁远南京化工学院博士1992《临界区域相平衡测定及状态方程的研究》 卞白桂南京化工学院博士1989《高压流体相平衡的实验测定和状态方程研究》 徐南平南京化工学院博士1988《强电解质混合溶剂体系的热力学研究》陆小华南京化工学院博士1988《非电解质溶液过量热力学性质的研究》沈树宝南京化工学院博士 时钧治学严谨，一丝不苟。他在担任《中国大百科全书．化工卷》常务副主编时，为编纂这部巨著倾注了大量心血，不仅肩负着繁重的组织领导工作，还亲自撰写修改了若干重要条目，有的甚至五易其稿。他亲手撰写了《综论》中的若干篇章。他还撰写了《化学工程手册》中的“传质”和“吸收”两篇，并主持翻译了《传质学》以及《流态化工程》和《翅管换热器设计计算》等书。

时钧非常注重科学研究。早在清华大学读书的时候，便在《清华大学学报》和《中国化学会杂志》上发表过有关探讨制备有色烟幕的规律和有关有机定性分析的3篇论文（英文稿）。他在缅因大学的硕士论文《关于机械木浆的筛分和性能的关系》，由导师分成两篇论文发表在美国造纸专业杂志上。1957年，由他指导的杨南如作的研究生论文《关于高铝水泥原料粒度与烧成温度的关系》发表在《硅酸盐学报》创刊号上。在逆境中，时钧于1965年做过湍流塔的试验；12年起进行了膜分离的研究，都取得了可喜的成果，但由于当时试验条件的限制，无法深入下去。自14年起，时钧参加了国产填料（以拉西环为主）的性能评定试验，曾发表了4篇论文（均未署名）。对于几种填料的试验全过程，如试验方案的确定，装置的设计安装，数据的测定、整理和关联，计算公式的应用，以及试验报告的撰写等，都是在他亲自主持下进行的。有关试验方法的一些内容，如试验体系的选择原则、数据的处理及表达方法等，后来一直被国内有关方面所引用。19年后，时钧带领助手们开始了系统的研究工作。研究的内容主要包括3个方面：流体热力学性质的实验测定、色谱法研究溶液热力学和膜分离技术 。 时钧认为工程科学迄今仍是一门实验科学。化学工程研究、设计和开发所用的基础物性则更需精密的实验测量。自80年代初起，他就有地着手组建一个热力学基础物性的测定中心，对广泛范围的相平衡、容积性质和过量性质进行了研究，并培养了一批从事这方面研究的专门人才，在国内外重要期刊上发表论文30余篇。在流体相平衡方面，高压下流体的热力学性质测定的投资费用较高，并且费工费时，因而迄今有用的实测数据极为缺乏，影响了这一领域的理论进展。有鉴于此，时钧、王延儒等筹建了精度较高的高压相平衡装置，对含氯氟烃替代物体系和高压二氧化碳气田气体系的相平衡，以及多元体系近临界区域和混合物临界轨迹等方面进行了广泛测定。有关的论文在国内外重要期刊上发表后，已有10多个国家和地区的专家和数据库来函索取单印本。有些实测结果纠正了前人所测数据的偏差，扩充了测量范围。最近，在原有的静态法基础上，结合Bumett 膨胀法成功地建立了在一台装置上同时测量高压流体相平衡组成和平衡相密度的简便方法，为快速而有效地获取高压下的流体基础物性提供了新的手段。此外，他和助手们一起建立了一套流体压缩因子的Bumett 法精密测量装置，用以求取高压下混合气体的P-V-T 基础数据。当论文在国外重要期刊上发表时，美国热力研究中心（TRC）的评阅者认为文中所测的混合物压缩因子精度“已达同类装置的最好水准”。在建立高压装置的同时，时钧与合作者还对常压下的相平衡，包括汽－液、液－液以及液—固相平衡进行了广泛而实用的测量研究。这方面发表的10多篇论文，为C5 烃的溶剂萃取、甲乙苯—甲基苯乙烯分离、重要溶剂4－甲基－戊酮的分离提纯，以及氯甲烷在偏三甲苯中溶解性能等化工工艺的开发设计，提供了必不可少的基础物性数据。

溶液的混合热（过量焓）是一类既具有重要理论意义，又有工程设计用途的基础物性。时钧与合作者经过多年的努力，改进并逐步完善了一套精密测量微量热效应的装置。这套装置可用以测得各种纯物质或生物物质在混合、反应或其他物理化学变化中产生或吸收的微量热效应（可灵敏反映出1焦耳）。在这一领域中，已经接连测量了多种有机物的二元三元体系混合热和强电解质混合溶剂体系的过量焓、稀释热、溶解热等基础物性数据，并在国际化学热力学期刊上发表近10篇论文。

含有有机物的电解质水溶液是一类在工业实际过程中经常会遇到的复杂体系。有关的相平衡数据比较缺乏，且其热力学特性目前尚很难用一般电解质溶液理论或半经验模型来预测和推算。时钧与合作者利用不同浓度溶液电导率的差异与电导滴定相结合，以及用离子选择性电极的连续测定方法，方便而准确地测量了多种强电解质有机物水溶液的相平衡组成，并且测量精度显著提高。有关研究在国际学术会议上发表，得到众多专家好评。

从统计力学理论建立流体状态方程的关键，在于包括径向分布函数和势能函数乘积的积分难以计算。国内外学者一般均用数值积分进行处理，或对径向分布函数g(r) 作简化。时钧与合作者则将这一积分作为整体量处理，引用统计力学压缩性方程，通过简化势能函数形式而得到这一积分的解析计算公式，从而能够直接得到形式简单、计算精度高的状态方程，并将这一思想用于流体局部组成研究，将局部组成这一微观量首次与压缩系数这一宏观量联系起来，为局部组成研究提供了新方法。新的局部组成模型已在强非理想体系的汽液平衡计算中获得了成功。

溶液热力学是化学热力学的重要组成部分，也是化学工程学科的基础。作为热力学研究工作者，时钧从80年代起即根据国内外当时最新的研究动态和学院具有的条件，领导科研人员用仅有的一台气相色谱仪开展色谱法测定热力学性质的研究。经过10多年的努力，时钧和汪绍昆等在这一方向上培养了多名研究生，先后发表论文20余篇。除用色谱测定了众多体系的无限稀释活度系数外，他们还改进了国外学者70年代中期提出的r与(dr/dx)x=0 预测全浓度范围活度系数的模型与方法，建立了自己的经验关联式，用于预测汽液平衡，取得了比国际上现有的UNIFAC基团贡献法还要好的预测精度。他们还利用色谱仪测定了挥发性溶质在混合不挥发溶剂中无限稀释活度系数，在实验基础上研究了Wilcon 方程的参数多解，对称与多元系汽液平衡的预测，研究了台阶脉冲法测汽液平衡，使色谱法扩大用于含极性组分和聚合物组分的多种体系，用于吸附研究，以推算气固平衡；研究了测定有加合物生成体系的加合常数，进而预测这种体系的固液平衡。在测定无限稀释活度系数的基础上，还对80 年代国外提出的预测无限稀释活度系数的修正分离凝聚能密度模型进行了改进，提高了预测精度。

在膜分离方面，时钧和他的合作者主要做了有关气体膜分离的研究，还做了一些渗透汽化过程和液膜分离设备性能的研究。前后已经发表论文30余篇（包括国际会议大会报告）。80年代初期，时钧和陈鸣德等用改性含氟树脂膜对氨、氢、氮混合气体进行渗透分离，为从混合气体中分离氨提供了一个新方法，在国内外是一项首创工作。1986年在东京国际膜及膜过程大会报告后，引起了各方注意，至今还被国外学者在有关论文中引用。

1985年后，时钧和庄震万等在气体膜分离方面做了较为系统的研究工作。用各种不同的国产膜，组成单膜和双膜渗透器以及连续膜塔，以He-N2-CH4，CH4-CO2-N2 等混合气体为对象，进行分离试验，并从理论上阐述气体在膜中的溶解与渗透机理，还探索了各种膜渗透器及其系统的气体分离计算方法，从而建立了一个新的数学模型。这个新模型对任意组分数的混合气体在不同类型的膜渗透器及其系统中的分离计算都是适用的。此外，他们还建立了气体在膜中溶解和渗透机理的通用热力学模型，以及存在有增塑化作用时的渗透机理模型等。目前时钧又和杨南如等在研究无机膜及膜反应器的国家重点课题。

在液膜分离方面，时钧和裘元焘等主要进行了油一乳一水体系在多孔转盘塔中的流体力学性能、液滴直径分布以及传质效果等的研究，从而探讨在液膜分离中用多孔转盘塔的可能性。

为了表彰时钧的卓著成就，化学工业部特授予他“全国化工有重大贡献的优秀专家”的光荣称号，成为我国首批享受特殊津贴的专家。时钧是第六届、第七届全国政协委员、中国科学院学部委员、化学工程一级教授，南京化工学院化学工程系名誉系主任。同时，他还兼任国家自然科学基金委员会化学学科评议组成员、化工组组长，中国石化总公司技术经济顾问委员会委员，化学工程国家重点实验室学术委员会主任，煤转化国家重点实验室学术委员会委员，中国化工学会常务理事，江苏省化学化工学会理事长，《化工百科全书》编委会副主任委员，《化学工程手册》编委会主任，《化工学报》副主编，《中国化学工程学报》（英文）编委会委员等职。

年逾八旬、童颜鹤发的时钧，依然精神矍铄，思路敏捷，继续培育一批又一批年轻人脱颖而出，有的荣获“洪堡研究奖学金”、“霍英东教育基金奖”，有的获得“优秀青年科技工作者”的光荣称号，普遍在各自的研究领域里卓有建树。这表明，时钧的事业后继有人。

1934年毕业于清华大学化学系。1936年获美国梅因大学化学工程硕士学位。1936年至1938年在美国马萨诸塞理工学院研究院学习。回国后，曾任重庆大学、中央大学教授、化工系主任。建国后，历任南京大学、南京工学院、南京化工学院教授、化工系主任，中国科学院化学部委员，院学位委员会第一届学科评议组成员，《中国大百科全书化工卷》副主编，中国化工学会第四届常务理事，江苏省化学化工学会第五届理事长。九三学社社员。是第六届全国政协委员。专于化学工程。1952年创设我国硅酸盐工艺学专业。合编《化学工程手册·气体吸收》，合译《水泥和混凝土化学》。 1　ShiJ，ChenM．PermeabilityofAmmonia，Hydrogen，NitrogenandTheirMixturesTroughFluoropolymerMembranesProceedingsoftheIntemationalCongressonMembranesandMembraneProcesses．okyo，Japan，1987：502

2　ShiJun，ZhuangZhenwan．MultipleMembraneSeparationSystem．ProceedingsoftheIntemationalSymposiumonMembranesandMembraneSeparationProcesses．MainLecture，Torun，Poland，1989：33

3　陆小华，王延儒，时钧．含盐溶液汽液平衡的预测（I）Pitzer模型的扩展及其在多元体系中的应用．化工学报，1989，40（3）：293

4　陆小华，王延儒，时钧．含盐溶液汽液平衡的预测（Ⅱ）参数的物理意义及估算．化工学报，1989，40（3）：301

5　LiJianminwangShaokun，shiJun．ModelofElutiononaPlateauMethod．ChromatographicScience．1989，27（10）：596

6　LiJianmin，WangShaokun，ShiJun．Flexibility，MultiplicityandSymmetryofwi1sonParametersandVapor－liquid－EquilibriuminMultiComponentSystems．ChemicalEngineeringScience，1990，45（1）：199

7　FengX，WangSK，ShiJ．MeasurementoftheAdductionConstantbyGas－LiquidChromatography．Chromatographia．1990，30（3/4）：211

8　ZhuangZhenwan，ShiJun．GeneralMathematicalModelsofMembranePermeation．Proceedingsofthe1990IntemationalcongressonMembranesandMembraneProcessesChicago，U．S．A1990，V01－Ⅱ：1361．

9　XuNanping，YaoJianmin，WangYanru，ShiJun．VaporLiquidEquilibriaofFiveBinarySystemsContainingR－22．FluidPhaseEquilibria，1991，69：261—270