[發明專利]一種基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法及系統

在審

• 申請號: 202111206685.1
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN113640389A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 翟夢陽;薛雷;步豐暢;黃曉林;張珂;許超
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 陳建民

1.一種基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法，其特征在于，包括：

獲取待測試巖石試樣的宏觀力學參數；

根據所述宏觀力學參數構建所述待測試巖石試樣的數值模型；所述數值模型包括多個巖石晶粒，各巖石晶粒之間通過膠結物粘結；

通過PFC軟件加載所述數值模型，模擬待測試巖石試樣的破壞過程，在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中識別各微裂紋的破裂時間和位置；在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中各巖石晶粒之間每個粘結點的斷裂均表示一個微裂紋；

在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中，若依次產生的兩個微裂紋的巖石晶粒中有共同的巖石晶粒，且兩個微裂紋產生的時間間隔小于當前聲發射事件的持續時間，則所述兩個微裂紋為同一聲發射事件；當前聲發射事件的初始持續時間為當前聲發射事件的第一個微裂紋產生的持續時間，微裂紋產生的持續時間為裂紋在產生微裂紋的兩個巖石晶粒中的較大直徑中的傳播時間，裂紋的傳播速度為待測試巖石試樣剪切波速的一半；

將一個聲發射事件對應的所有微裂紋覆蓋的空間范圍作為對應聲發射事件的空間范圍，將聲發射事件的空間范圍內的所有微裂紋位置的幾何中心作為對應聲發射事件的震源位置；

根據矩張量分析的方法確定各聲發射事件的聲發射參數。

2.根據權利要求1所述的基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法，其特征在于，所述根據矩張量分析的方法確定各聲發射事件的聲發射參數，具體包括：

在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中，當初始微裂紋產生后，在每個設定時間步，根據產生的微裂紋的巖石晶粒之間接觸力的變化量以及接觸位置確定微裂紋矩張量的各個分量；

根據微裂紋矩張量的各個分量確定微裂紋的標量矩；

將在一個聲發射事件范圍內的所有微裂紋中最大標量矩的值作為對應聲發射事件的標量矩；

根據聲發射事件的標量矩確定聲發射事件的聲發射參數。

3.根據權利要求2所述的基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法，其特征在于，所述根據聲發射事件的標量矩確定聲發射事件的聲發射參數，具體包括：

根據聲發射事件的標量矩確定聲發射事件的震級；

根據聲發射事件的震級確定聲發射事件的能量。

4.根據權利要求1所述的基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法，其特征在于，所述宏觀力學參數包括單軸抗壓強度、彈性模量、泊松比和剪切波速。

5.根據權利要求1所述的基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定方法，其特征在于，所述根據所述宏觀力學參數構建所述待測試巖石試樣的數值模型，具體包括：

基于PFC軟件構建所述待測試巖石試樣的數值模型；

根據所述宏觀力學參數，通過試錯法標定所述數值模型中巖石晶粒和巖石晶粒之間接觸的微觀參數。

6.一種基于矩張量分析的巖石聲發射參數確定系統，其特征在于，包括：

宏觀力學參數獲得模塊，用于獲取待測試巖石試樣的宏觀力學參數；

數值模型構建模塊，用于根據所述宏觀力學參數構建所述待測試巖石試樣的數值模型；所述數值模型包括多個巖石晶粒，各巖石晶粒之間通過膠結物粘結；

各微裂紋的破裂時間和位置確定模塊，用于通過PFC軟件加載所述數值模型的過程中識別各微裂紋的破裂時間和位置；在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中各巖石晶粒之間每個粘結點的斷裂均表示一個微裂紋；

同一聲發射事件確定模塊，用于在所述PFC軟件加載所述數值模型的過程中，若依次產生的兩個微裂紋的巖石晶粒中有共同的巖石晶粒，且兩個微裂紋產生的時間間隔小于當前聲發射事件的持續時間，則所述兩個微裂紋為同一聲發射事件；當前聲發射事件的初始持續時間為當前聲發射事件的第一個微裂紋產生的持續時間，微裂紋產生的持續時間為裂紋在產生微裂紋的兩個巖石晶粒中的較大直徑中的傳播時間，裂紋的傳播速度為待測試巖石試樣剪切波速的一半；

空間范圍和震源位置確定模塊，用于將一個聲發射事件對應的所有微裂紋覆蓋的空間范圍作為對應聲發射事件的空間范圍，將聲發射事件的空間范圍內的所有微裂紋位置的幾何中心作為對應聲發射事件的震源位置；

聲發射參數確定模塊，用于根據矩張量分析的方法確定各聲發射事件的聲發射參數。