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问题讨论:如何同时应用断层距离和应力场约束建立裂缝强度体?该如何实现?

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发表于 2014-11-11 16:30:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 FQplus 于 2014-11-11 16:41 编辑

    该问题还是笔者在担任其他技术论坛技术顾问时,有会员提出出来的,具有非常强的实践意义,也可以说是当前裂缝研究领域的焦点问题之一。笔者先来谈谈自己的几点想法,不太成熟,但求抛砖引玉。
    在开始之前,先明确几个概念,即“应力场”、“构造应力场”以及“地应力场”。在构造地质学中,把物体内各点的应力状态在物体占据的空间内组成的总体称为应力场。因此,顾名思义构造应力场就是指在一个空间范围内构造应力的分布,它的成因是构造作用。值得提起,在构造地质学中,习惯将地壳岩石中存在的应力统称为地应力,除了构造应力,它还包括非构造应力,例如重力、地形引起的应力等。地壳内岩石的变形就是这些应力联合作用的结果,其中最主要的力是构造应力和重力。因此,构造应力场并不等同于地应力场,而是地应力场的主要组成部分。当然,对于裂缝研究通常关心的就是“构造应力场”,但上述概念在实际研究中应该明确,并在论述中加以区分。
    首先,要明确断层对裂缝发育的控制作用与构造应力场控制裂缝发育不是一个层面的问题。构造应力场控制裂缝遵循的是“由因导果”思路,因为现有研究已经证实,构造裂缝的形成与其形成时的构造应力场的联系是非常密切的,后者是前者形成的重要因素之一。除此以外,还有岩石组分、岩石致密程度等等。而断层控制裂缝遵循的是“由果导果”思路,岩石破裂机制研究证实,裂缝其实就是断层形成过程中的中间产物,岩石受力超过其强度极限就发生破裂,一开始形成的是微观尺度的微裂缝,接着演变为肉眼可见的宏观裂缝,形变继续,破裂程度加大且破裂面两侧地层发生错动,就转变为断层。因此在断层系统的周围会伴生一些还处于中间形态的“准断层”—裂缝,这就是断层对裂缝发育控制作用的理论基础。
    其次,关于如何实现的问题,对于断层的控制效应,目前主要是依据距离断层的远近来半定量确定,之所以称半定量,因为确实还没有看到非常系统地可用于定量评估断层控制效应的技术方法或软件工具,应该说这也是一个值得技术突破的点。从软件开发编程角度上笔者提出一点自己的实现建议,仅供参考:编程实现定量计算空间上一点到断层的距离应该不是难事,那么可以把裂缝强度曲线离散化到网格后,计算出拥有裂缝强度数据的网格到断层(面)的距离,然后将两者做相关性分析,最终可以回归确定出断层控制裂缝发育的定量化公式。当然,这只是笔者的一种设想,具体实现步骤和细节还需进一步斟酌。而有关构造应力场的使用,其实该方面的研究已经成为裂缝研究领域的一个重要分支,即构造应力场数值模拟预测裂缝,它的核心思想就是利用有限元或有限差分法,反演地质体形成时的构造应力场,然后结合岩石破裂理论,判断地质体的破裂程度及分布状况。其工作流程如下图所示:

Frac Quest 07.png

    其中:所谓地质模型是指能为构造应力场数值模拟计算提供相关地质构造信息的认识、观点及基本资料,如构造形态特征、构造演化、断层活动信息、地层性质、可能的力源等。它主要包括地质体的确定与边界条件的设定。数值模拟的力学模型则是指在地质模型基础上所确定的地质体力学性质,主要包括不同层位、不同构造部位的岩石物理参数以及断层的处理方案。确定反演标准是指给定一个地质上的反演标准用于进行检验试算结果。目前,主要有以下两类:一是宏观相对标准,包括位移变形标准、断层的产状标准等。二是绝对反演标准,最常用的有主应力产状标准,即把已经被较好把握的应力状态作为反演标准。模拟试算是指在地质模型和力学模型的基础上,用专门的数值模拟方法进行应力状态计算,并把所得结果与有关的实际资料(即反演标准)进行对比分析。目前主要有有限元数值模拟与薄板模型有限差分数值模拟两种。

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    发表于 2015-6-30 10:01:48 | 显示全部楼层
    很实用的东西
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    该用户从未签到

     楼主| 发表于 2015-8-3 10:24:17 | 显示全部楼层


    需要开发成小程序才实用,从理论原理到软件工具。工作室一直有致力于裂缝实用软件平台的开发,希望程序高手可以一起研发。
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