一种三维单体粗糙裂缝建模方法、系统、设备以及介质技术方案

本发明专利技术涉及一种三维单体粗糙裂缝建模方法、系统、设备以及介质，其方法包括：通过一维随机粗糙面生成函数进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型；通过二维随机粗糙面生成函数进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型；通过空间变换得到具有空间形态的裂缝模型；基于具有空间形态的裂缝模型进行裂缝探测数值模拟。本发明专利技术利用椭球体可以设置模拟裂缝厚度的参数，且符合边缘尖灭的特点构建了裂缝基本形状；依次利用一维、二维随机粗糙面，刻画裂缝不规则的轮廓和裂缝粗糙起伏的表面，并通过平移变化、旋转变换等空间变换形成具备空间展布的裂缝。本发明专利技术最终生成的具有空间形态的裂缝模型具有不规则、尖灭、粗糙等特点，与实际裂缝更加贴近。更加贴近。更加贴近。

【技术实现步骤摘要】
一种三维单体粗糙裂缝建模方法、系统、设备以及介质


[0001]本专利技术涉及裂缝建模
，尤其涉及一种三维单体粗糙裂缝建模方法、系统、设备以及介质。

技术介绍

[0002]裂缝是指岩石受到构造变形发生破裂作用或物理成岩作用形成的没有明显位移的面状不连续体。裂缝在很多工程领域中均起到重要作用，例如：在石油工程中裂缝主要起储存和渗流作用；在水文地质中，裂缝作为主要渗流通道，在水污染的过程中起主导作用；在核工程中，裂缝带的位置和运移能力是对核废料储存场地选择的重要评价标准；此外，裂缝的空间展布研究对于地热开发、采矿、岩土工程、工程勘探等领域均有重要意义。
[0003]由于在大多数实际情况下裂缝不能直接观测，只能在它们与钻孔、露头或偏移的交叉处进行观察研究，而数值模拟可以避开这个限制，因而成为研究裂缝的有效手段。裂缝建模是裂缝数值模拟的关键一步，研究者们已经提出了一些裂缝建模方法。平板模型是常用的裂缝模型，因为其简单且易于实现，许多学者采用这种模型来开展研究。然而，平板模型只是对裂缝的一种简单近似，实际中的裂缝并不是光滑的平面，而是粗糙不平的、极不规则的，因此使用平板模型的模拟结果与实际裂缝响应存在显著差异。Baecher圆盘模型是基于真实裂缝的可能形状是粗糙的圆状或者椭圆状这一事实，构建的一种离散裂缝网格模型。后续又出现了一些改进模型，比如增强Baecher模型、BART模型、随机多边形模型等。这些裂缝模型很好地考虑了裂缝的形状特征，但不能设置裂缝的厚度、粗糙度等参数。针对单体裂缝的模拟研究，这些离散裂缝网格的建模方法缺乏对裂缝的精确刻画。Brown裂缝模型由两个随机粗糙表面组成，可以用分形维度、均方根高度、相关长度来描述裂缝的粗糙程度。Brown裂缝模型考虑到了裂缝粗糙面这一特征，但是它是一种无界模型，没有涉及裂缝轮廓的构建，忽略了裂缝边缘尖灭、形状不规则的特点。
[0004]因此现有的裂缝模拟还没有能够同时体现粗糙、尖灭、不规则等特征的裂缝模型。使用不合理的裂缝建模方法得到的裂缝模型，与实际裂缝相差较大，这样的裂缝模型模拟后得到的结果也是不可靠的。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种三维单体粗糙裂缝建模方法，其解决了现有的裂缝模拟还没有能够同时体现粗糙、尖灭、不规则等特征的裂缝模型的技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供一种三维单体粗糙裂缝建模方法，所述方法包括：
[0010]通过一维随机粗糙面生成函数对预设的三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮
廓不规则的裂缝模型；
[0011]通过二维随机粗糙面生成函数对所述轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型；
[0012]对所述表面粗糙不平的裂缝模型进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝模型；
[0013]基于所述具有空间形态的裂缝模型进行裂缝探测数值模拟。
[0014]可选地，所述裂缝基本形体包括椭球体，所述椭球体满足：
[0015][0016]其中，a>b>c，a为长半轴长度，b为中半轴长度，c为短半轴长度；a和b影响椭球体xoy面的轮廓，c在椭球体z方向上；短半轴c的两倍即为裂缝厚度。
[0017]可选地，通过一维随机粗糙面生成函数对预设的三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型包括：
[0018]基于高斯谱的一维随机粗糙面生成函数，获得两个分别用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上、下轮廓的一维随机粗糙面；
[0019]在裂缝的上、下轮廓分别按第一比例叠加两个一维随机粗糙面，得到新裂缝轮廓；
[0020]依据所述新裂缝轮廓和所述裂缝基本形体进行判定；
[0021]若新裂缝轮廓囊括于所述裂缝基本形体之内，保留新裂缝轮廓，得到轮廓不规则的裂缝模型；
[0022]若新裂缝轮廓不囊括于所述裂缝基本形体之内，保留所述裂缝基本形体的轮廓，得到轮廓不规则的裂缝模型；
[0023]其中，用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上轮廓的一维随机粗糙面与用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的下轮廓的一维随机粗糙面的数值不同。
[0024]可选地，
[0025]所述基于高斯谱的一维随机粗糙面生成函数为：
[0026][0027]其中，x
n
＝nΔx(n＝
‑
N/2+1,
…
,N/2)表示一维随机粗糙面上第n个采样点，L为生成长度，N为等间隔离散点数，Δx为相邻两点间的距离，F(k
j
)与f(x
n
)称为Fourier变换对，定义为：
[0028][0029]其中，定义离散波数k
j
的表达式为k
j
＝2πj/L，S(k
j
)为一维随机粗糙面的功率谱密度，N(0,1)表示均值为0，方差为1的正态分布的随机数；
[0030]所述一维随机粗糙面的功率谱密度为：
[0031][0032]其中，δ1为一维粗糙面的均分根高度；l为相关长度；
[0033]所述第一比例为：
[0034]y
c
＝y
b
+y
b
·
y
a
/n
[0035]其中，y
c
为叠加完后的裂缝上轮廓，y
b
为叠加前的裂缝上轮廓，y
a
为用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上轮廓的一维随机粗糙面，n为比例因子，比例因子n可取到y
b
的最大值。
[0036]可选地，通过二维随机粗糙面生成函数对所述轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型包括：
[0037]基于高斯谱的二维随机粗糙面生成函数，获得两个分别用于刻画所述轮廓不规则的裂缝模型的上、下表面的二维随机粗糙面；
[0038]在所述轮廓不规则的裂缝模型上、下表面分别按第二比例叠加两个二维随机粗糙面，得到新裂缝表面；
[0039]其中，所述用于刻画所述轮廓不规则的裂缝模型的上表面的二维随机粗糙面与用于刻画所述轮廓不规则的裂缝模型的下表面的二维随机粗糙面的数值不同。
[0040]可选地，
[0041]所述基于高斯谱的二维随机粗糙面生成函数为：
[0042][0043]其中x
m
＝mΔx(m＝
‑
M/2+1,
…
,M/2)、y
n
＝nΔy(n＝
‑
N/2+1,
…
,N/2)分别表示二维随机粗糙面上x方向第m个、y方向第n个采样点，L
x
和L
y
分别为x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维单体粗糙裂缝建模方法，其特征在于，所述方法包括：通过一维随机粗糙面生成函数对预设的三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型；通过二维随机粗糙面生成函数对所述轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型；对所述表面粗糙不平的裂缝模型进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝模型；基于所述具有空间形态的裂缝模型进行裂缝探测数值模拟。2.如权利要求1所述的一种三维单体粗糙裂缝建模方法，其特征在于，所述裂缝基本形体包括椭球体，所述椭球体满足：其中，a>b>c，a为长半轴长度，b为中半轴长度，c为短半轴长度；a和b影响椭球体xoy面的轮廓，c在椭球体z方向上；短半轴c的两倍即为裂缝厚度。3.如权利要求1所述的一种三维单体粗糙裂缝建模方法，其特征在于，通过一维随机粗糙面生成函数对预设的三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型包括：基于高斯谱的一维随机粗糙面生成函数，获得两个分别用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上、下轮廓的一维随机粗糙面；在裂缝的上、下轮廓分别按第一比例叠加两个一维随机粗糙面，得到新裂缝轮廓；依据所述新裂缝轮廓和所述裂缝基本形体进行判定；若新裂缝轮廓囊括于所述裂缝基本形体之内，保留新裂缝轮廓，得到轮廓不规则的裂缝模型；若新裂缝轮廓不囊括于所述裂缝基本形体之内，保留所述裂缝基本形体的轮廓，得到轮廓不规则的裂缝模型；其中，用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上轮廓的一维随机粗糙面与用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的下轮廓的一维随机粗糙面的数值不同。4.如权利要求3所述的一种三维单体粗糙裂缝建模方法，其特征在于，所述基于高斯谱的一维随机粗糙面生成函数为：其中，x
n
＝nΔx(n＝
‑
N/2+1,
…
,N/2)表示一维随机粗糙面上第n个采样点，L为生成长度，N为等间隔离散点数，Δx为相邻两点间的距离，F(k
j
)与f(x
n
)称为Fourier变换对，定义为：其中，定义离散波数k
j
的表达式为k
j
＝2πj/L，S(k
j
)为一维随机粗糙面的功率谱密度，N(0,1)表示均值为0，方差为1的正态分布的随机数；
所述一维随机粗糙面的功率谱密度为：其中，δ1为一维粗糙面的均分根高度；l为相关长度；所述第一比例为：y
c
＝y
b
+y
b
·
y
a
/n其中，y
c
为叠加完后的裂缝上轮廓，y
b
为叠加前的裂缝上轮廓，y
a
为用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上轮廓的一维随机粗糙面，n为比例因子，比例因子n可取到y
b
的最大值。5.如权利要求1所述的一种三维单体粗糙裂缝建模方法，其特征在于，通过二维随机粗糙面生成函数对所述轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型包括：基于高斯谱的二维随机粗糙面生成函数，获得两个分别用于刻画所述轮廓不规则的裂缝模型的上、下表面的二维随机粗糙面；在所述轮廓不规则的裂缝模型上、下表面分别按第二比例叠加两个二维随机粗糙面，得到新裂缝表面；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘四新，倪建福，邓莉，鹿琪，李宏卿，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：