[發明專利]一種電法探測采空區裂隙帶的電各向異性數值模擬方法

有效

• 申請號: 201710283502.3
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN108228952B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 蘇本玉;于景邨
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;淮北礦業(集團)有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21B49/00;G06F111/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種電法探測采空區裂隙帶的電各向異性數值模擬方法，其特征是：探測數值模擬方法：基于電法探測理論，考慮采空區導水裂隙帶電各向異性特征，利用數值模擬的方法研究裂隙帶發育狀況與視電阻分布之間的關系；

具體步驟如下：

(1).基于采空區裂隙帶電各向異性特征的電法理論推導；

(2).根據電法理論推導，匯編數值模擬程序；匯編數值模擬程序分為四個模塊：①模型參數輸入；②電各向異性地電模型判斷；③電各向異性地電模型響應計算；④計算結果輸出；

(3).根據采空區實際地質資料，建立數值模擬所需要的地電模型，把實際的采空區簡化為三層，其中，中間層為電各向異性的裂隙帶和裂隙帶上層和下層均為理想均勻介質；

(4).針對步驟(3)建立的地電模型進行數值模擬；所述的數值模擬是：對每一個供電電極，以A為圓心，以AB為半徑進行轉動，每15度計算一個數值，對每一個供電電極AB，總共計算24個視電阻值；

(5).變化AB的長度，重復步驟(4)進行計算，直到AB的長度滿足探測深度的需要為止；

(6).經匯編數值模擬程序進行數值模擬，計算結果輸出模塊將計算結果輸出后，繪制在極坐標系內，極向圖視電阻率呈橢圓圖狀分布，長軸方向指向裂縫分布的走向，而橢圓的性質與裂縫傾向有關；利用方位視電阻率的橢圓特征參數估算地下地層的裂縫分布參數；

步驟1(中)，帶電各向異性特征的電法理論推導是將電各向異性的麥克斯方程的標量位表示成螺線型與極向型標量位；

借助快速算法，將電流密度與磁場矢量取x和y方向的二維傅里葉變換，得到場分量的波數域表達式；

在波數域求解麥克斯基本方程，得到電磁場標量的基本解；

根據電磁場在地層界面連續性條件，得到相應的關系式；

電流源插在地表，考慮源于地表的耦合條件；

基于地層界面連續性條件和地表的源耦合條件，構造計算遞歸關系，得到標量位電流密度和標量位的磁場；

利用二維傅里葉反變換，得到空間域的電場和磁場；其中，利用水平電場進行表達各向異性地層的視電阻率；

其中，E是電場，x和y分別為測量點的橫坐標和縱坐標，G為電極系系數，G＝πL²，L＝AB/2，AB是電極距，I為電流；

步驟(6)中，所述的數值模擬，裂縫傾向與視電阻率分布特征之間的關系，選擇三個采空區地電模型，其中，裂縫走向一直沿著Y軸方向，設走向角為與Y軸方向的夾角β＝0°，裂隙傾角不同的三個采空區地電模型，其中(a)傾角為α＝45°，(b)傾角為α＝60°，(c)傾角為β＝90°，其數值模擬結果視電阻率分布的形態特征隨著傾角的改變而變化，得到結論：視電阻率分布的極向圖，其形狀與傾角α相關；

所述的裂縫分布的走向，裂縫走向與視電阻率分布之間的關系，選擇三個采空區地電模型，裂縫傾向一直都為α＝45°，裂縫走向分布為，(a)走向：β＝0°；(b)走向：β＝30°；(c)走向：β＝60°，視電阻率分布的橢圓形狀的對稱軸指向與走向相關。