[发明专利]一种岩石裂隙网络产状三维统计分布的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩石力学和地质技术领域，尤其涉及一种岩石裂隙网络产状三维统计分布的预测方法。

背景技术

岩石裂隙包括节理面、层理面和其它可忽略拉伸强度的显著破裂面，它是地壳中普遍存在的一类介质分界面，由各个裂隙单元构成的网络，特别是其网络的几何性状，控制着岩石介质的运动学、力学和水力等行为，裂隙网络的几何性状可用大小、位置和产状等一组三维物理量的统计分布来定量描述。

测线技术是一种常用的几何性状野外观测技术，这种技术只收集与测线相交的裂隙，它的观测样本反映的是一维裂隙几何信息，并不能代表三维统计量。前人开发了多种由这种观测技术获得的一维观测量来预测三维统计分布的方法，包括Fisher方法，Tokhmchi方法，Williams-Stroud方法，Zazoun方法，Follin方法，Berrone方法，Zaree方法，Terzaghi公式和Terzaghi改进方法，这些预测方法存在如下不足：

(1)这些预测方法需要其它调查信息如渗透系数的测量，增加了实测工作量，并且预测过程中需要设置一些参数，预测结果对这些外加的调查信息和设置可能敏感，从而引起预测结果的不确定性与不准确性。

(2)一个或多个理论产状分布类型必须被定义，而它们未必符合真实的三维分布，同时，现在并没有实用的方法可用来鉴定最优的分布类型。

(3)一些样本在本质上并不符合理论分布，所以，强加性地定义理论分布类型显得并不合理。

最近发展的Fouché方法是较为先进的方法，Fouché方法对投影网进行网格化，将投影网划分成结构化网格后计数落入各个网格的频数，通过相应的偏差补偿公式进行加权，Fouché方法考虑了样本容量效应，使得预测精度得到提高。但同时它具有一些不足，比如并没有完全消除观测误差，对于近似平行的裂隙如层理面，预测结果与三维真实分布差距较小，能够反映三维统计分布，但对于非平行的情况如节理面，预测后的残余误差还比较明显，并引起预测结果离三维真实分布还有一定差距，不能有效代表三维统计分布。因此，要获取精确的预测结果，有必要对Fouché方法进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能够准确预测裂隙产状三维统计分布的岩石裂隙网络产状三维统计分布的预测方法。

本发明提供一种岩石裂隙网络产状三维统计分布的预测方法，包括以下步骤：

布置野外观测岩石的测线，采集与所述测线相交的裂隙，利用地质罗盘测量这些裂隙的倾向和倾角，利用皮尺测量这些裂隙的大小，并计算出所述裂隙的大小的平均值，然后统计所述倾向和倾角的样本数量；

利用地质罗盘测量所述测线的倾伏向和倾伏角，采用卡尺测量所述测线的宽度；

判断所述裂隙的倾向和倾角是否在概率空间内随机分布；

判断所述测线的宽度的数量级是否小于裂隙的大小的平均值的数量级；

若所述裂隙的倾向和倾角在概率空间内随机分布且测线的宽度的数量级小于裂隙的大小的平均值的数量级，则将所述裂隙的倾向和倾角通过极射投影转换成极点，获取投影于各个极点的观测频数；

获得所述测线与投影于各个极点的裂隙的交切角，计算所述交切角的正弦值；

根据所述交切角的正弦值计算极点的观测频数的偏差补偿系数；

根据所述极点的观测频数的偏差补偿系数和观测频数计算极点的初始预测频数，将所述初始预测频数通过四舍五入取整的方法得到极点的预测频数。

进一步地，所述判断裂隙的倾向和倾角是否在概率空间内随机分布的具体步骤为：通过地质分析检验，如果研究的裂隙处于均一的地质环境并且经受了相同的历史地质作用时，说明裂隙的倾向和倾角在概率空间内随机分布；如果研究的裂隙处于不同的地质环境或经受了不同的历史地质作用，则将其视为统计非均质区，裂隙的倾向和倾角在概率空间内不满足随机分布。

进一步地，所述获取投影于各个极点的观测频数的具体步骤为：统计投影于各个极点的裂隙数量，这些裂隙数量为采用一维测线观测法获取的各个极点的观测频数。

进一步地，所述交切角的正弦值的计算公式为：

sinθ＝|sinβcosζcos(α-ψ)-cosβsinζ|

式中，θ是测线与投影于各个极点的裂隙的交切角，α是裂隙的倾向，β是裂隙的倾角，ψ是测线的倾伏向，ζ是测线的倾伏角。

进一步地，所述极点的观测频数的偏差补偿系数的计算公式为：