基于PFC数值模拟技术的构造应力场作用方向确定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于PFC数值模拟技术的构造应力场作用方向确定方法，包括：根据研究区块的几何学参数及细观岩石力学参数构建PFC3D数值模型；根据运动学参数将研究区块所受的构造应力场作用方向划分为不同角度加载至PFC3D数值模型进行数值模拟试验；将各组数值模拟试验所加载的应力场作用角度作为自变量，将每一模拟结果状态图中形成的构造特征的偏转角度作为因变量，得到拟合曲线；测定现今实际构造特征的实际偏转角度，并代入拟合曲线函数求取实际应力场作用角度，将其得到的模拟结果与实际偏转角度相比对，若一致，则确定实际应力场作用角度为现今研究区块所受的构造应力场作用方向。采用本方法能够准确、有效地判断出构造应力场作用的精确方向。造应力场作用的精确方向。造应力场作用的精确方向。

【技术实现步骤摘要】
基于PFC数值模拟技术的构造应力场作用方向确定方法


[0001]本专利技术涉及构造地质学、盆地构造解析和数值模拟
，特别是涉及一种基于PFC数值模拟技术的构造应力场作用方向确定方法。

技术介绍

[0002]构造应力是由于地质构造作用引起的应力。地质构造运动(含地震)归根到底是一个地层变形与破坏的力学过程，与之对应的应力场叫构造应力场。
[0003]在漫长的地质历史时期构造变形过程中，只能可见现今的构造运动结果，要寻找的应力场来源就是寻找构造变形结果的力源，这是一个反序的问题。在构造应力场求解中，通常无法知道初始应力状态，不易弄清楚深部构造的情况和深部地质体的力学性能，只能进行模拟或假想研究。然而现今规定俗成的模拟研究方法一般是采用物理模拟的方式，进行不断试错，该方法既费时、费力而且还因为整个实验的过程中人为因素太大，致使实验结果存在很大的不确定性和失真性。因此，本领域亟需一种有效的技术手段既可以减少人为因素的干扰，提高研究结果的确定性、准确性，又可以有效地判断构造应力场精确方向，从而指导构造解析，分析动力作用来源及判断地质构造产生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PFC数值模拟技术的构造应力场作用方向确定方法，其特征在于，包括：根据研究区块所在位置的相关地质资料，获取研究区块的几何学参数和运动学参数；所述相关地质资料包括构造图、地震剖面图以及断层面三维立体图；所述几何学参数包括研究区块的几何尺寸，研究区块所包含的断层及断层产状，以及研究区块所包含地层的几何尺寸；所述运动学参数包括研究区块的构造演化特征、活动期次及演化历史；通过平行采样的方式对研究区块每个地层进行取样，并将岩石样品进行室内三轴压缩试验，获得研究区块每个地层的宏观岩石力学参数；通过三轴压缩数值模拟技术将所述宏观岩石力学参数转换为细观岩石力学参数；根据所述研究区块的几何学参数以及所述细观岩石力学参数构建研究区块的PFC3D数值模型；根据所述运动学参数将所述研究区块所受的构造应力场作用方向划分为不同角度加载至所述PFC3D数值模型，分别开展不同角度构造应力场作用的多组数值模拟试验，待模拟结束后得到每一角度构造应力场作用的模拟结果状态图；将各组数值模拟试验所加载的构造应力场作用角度作为自变量，将每一角度构造应力场作用的模拟结果状态图中形成的构造特征的偏转角度作为因变量投入同一直角坐标系中，拟合成一条用函数表达的构造应力场作用角度
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构造特征偏转角度拟合曲线；测定现今研究区块实际构造特征的实际偏转角度，将所述实际偏转角度作为所述构造应力场作用角度
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构造特征偏转角度拟合曲线函数的因变量去求取对应的自变量，将求取结果做为实际构造应力场作用角度；将所述实际构造应力场作用角度加载至所述PFC3D数值模型进行数值模拟实验，将得到的模拟结果状态图中形成的构造特征的偏转角度与实际偏转角度相比对，若二者一致，则确定所述实际构造应力场作用角度为现今研究区块所受的构造应力场作用方向。2.根据权利要求1所述的构造应力场作用方向确定方法，其特征在于，所述通过平行采样的方式对研究区块每个地层进行取样，并将岩石样品进行室内三轴压缩试验，获得研究区块每个地层的宏观岩石力学参数，具体包括：对研究区块的每个地层层位进行平行采样，得到具有研究区块每个地层岩石力学性质代表性的岩石样品；将所有岩石样品进行室内三轴压缩试验，得到代表每个地层岩石力学性质的宏观岩石力学参数；所述宏观岩石力学参数包括杨氏模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度、峰值强度、摩擦系数。3.根据权利要求2所述的构造应力场作用方向确定方法，其特征在于，所述通过三轴压缩数值模拟技术将所述宏观岩石力学参数转换为细观岩石力学参数，具体包括：根据所述研究区块的几何尺寸以及用以模拟试验的计算机的运算能力，计算得出构建PFC3D三轴压缩数值模型的颗粒粒径；根据所述颗粒粒径，基于平行黏结的接触本构模型构建PFC3D三轴压缩数值模型；基于所述PFC3D三轴压缩数值模型进行PFC3D三轴压缩数值模拟试验，同时运用试错法以及线性回归法，得到所述颗粒粒径对应的宏
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细观参数转换关系；根据所述宏
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细观参数转换关系将所述宏观岩石力学参数转换为对应的细观岩石力学参数；所述细观岩石力学参数包括刚度比、平行粘结强度、有效弹性模量。
4.根据权利要求3所述的构造应力场作用方向确定方法，其特征在于，所述根据所述研究区块的几何尺寸以及用以模拟试验的计算机的运算能力，计算得出构建PFC3D三轴压缩数值模型的颗粒粒径，具体包括：根据所述研究区块的几何尺寸计算出研究区块的体积；将所述研究区块的体积除以计算机能承载的最大限度的颗粒数，得到每个颗粒的体积；根据所述每个颗粒的体积，基于球体的体积公式计算出颗粒粒径。5.根据权利要求4所述的构造应力场作用方向确定方法，其特征在于，所述根据所述颗粒粒径，基于平行黏结的接触本构模型构建PFC3D三轴压缩数值模型，具体包括：根据所述颗粒粒径，采用公式计算出模型最小尺度上颗粒数RES；其中L为模型最小尺度；R
max
为颗粒最大直径；R
min
为颗粒最小直径；基于平行黏结的接触本构模型构建出PFC3D三轴压缩数值模型，构建过程中需保证模型最小尺度上颗粒数RES大于等于10。6.一种基于PFC数值模拟技术的构造应力场作用方向确定系统，其特征在于，包括：研究区块参数获取模块，用于根据研究区块所在位置的相关地质资料，获取研究区块的几何学参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海学，付晓飞，刘志达，易泽军，谢昭涵，宋宪强，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：