[发明专利]节理岩体黏性系数的波动测试方法

说明书

本发明涉及节理岩体黏性系数原位测试技术，是一种基于不同频率的子波在节理岩体传播过程中的振幅衰减规律而提出的黏性系数的原位测试方法。本发明包括以下步骤：第1步：数据采集，第2步：将测点的振动波形分解为子波，第3步：计算测点间的能量损失，第4步：试算岩体的黏性系数，第5步：确定岩体的黏性系数。本发明将实测振动波形分解为一系列子波，通过子波的时域波形计算节理岩体黏性系数，计算结果相对频域计算更稳定。

技术领域

本发明涉及节理岩体黏性系数原位测试技术，是一种基于不同频率的子波在节理岩体传播过程中的振幅衰减规律而提出的黏性系数的原位测试方法。

背景技术

应力波在节理岩体的传播过程中发生振幅衰减，引起应力波黏滞衰减的因素主要包括岩体内各种微结构、流动相饱和度、节理裂隙和断层等因素。为描述应力波的衰减，通常采用黏性系数描述岩体结构对应力波衰减作用，因此黏性系数是研究应力波传播规律的重要参数，另外还是分析岩体在动荷载作用下的变形和破坏规律的重要参数，也是油气勘探中能量补偿的重要依据。

黏性系数测试分为室内测试方法和现场测试方法。室内测试方法是将岩石加工成杆件，建立应力波在黏弹性杆件中传播的动力学方程，求解得到能量耗散量或衰减系数与岩石黏性系数的关系式，通过测试岩石杆件表面测点的振动波形，计算能量耗散量或者衰减系数。室内测试方法具有测试成本低、测试结果能够反映介质的动力特性，但是该方法的不足之处是不便于大规模测试和节理发育的岩石难以加工成杆件等。现场测试方法是在岩体露头布置一定数量的测点，通过人工产生振源，记录测点的振动波形，根据球面波的衰减规律，或应力波的传播过程转换为平面波传播，基于应力波的衰减系数计算岩体黏性系数。采用现场测试方法时，既可以在频域中计算黏性系数，也可以在时域中计算黏性系数，但是在频域中计算时，需要进行频谱分析，由于频谱计算容易受到很多因素的影响，准确获得观测数据的难度较大，因而测试结果波动较大，影响测试结果取值。相对频域内计算岩体黏性系数，在时域中计算岩体黏性系数的现场测试结果更稳定。目前主要针对特征波形的时域衰减系数计算黏性系数，而进一步的研究结果表明，节理岩体的黏性系数在频域是非定常的，一方面，导致频带宽度对计算结果影响较大，另一方面，为基于应力波传播规律更准确计算岩体力学参数，也需要掌握子波峰值频率对岩体力学参数的影响规律。

发明内容

本发明的目的是提供一种节理岩体黏性系数的波动测试方法，测试结果更稳定。

本发明的技术方案：一种节理岩体黏性系数的波动测试方法，包括以下步骤：

第1步：数据采集

选择岩体露头表面平整的区域为测试区域，在测试区域内选择岩块，测试岩块的密度和弹性模量；在测试区域内布置1～2条测线，测线长度应大于1.5m，沿测线方向依次布置1个振源点和若干个测点，测点间距为20～40cm，测点个数大于4，对测点进行编号，编号要求是与振源距离增加测点编号数增大，第1个测点与振源点间的距离应大于50cm；在每个测点上用石膏粉粘结一个加速度传感器，在振源处施加冲击载荷，采用振动信号采集仪记录各传感器的振动波形；

第2步：将测点的振动波形分解为子波

按照频带宽度为100～300Hz对各测点的振动波形进行带通滤波，得到一系列的子波，峰值频率最小的子波为该测点的第1列子波，随子波峰值频率增加，子波的列数编号依次增加；考虑到应力波传播过程中的几何衰减，须对所有子波进行振幅补偿，即将各子波振幅乘以补偿系数ζ_j，补偿系数ζ_j的计算公式见式(1)，

式(1)中，ζ_j为第j个测点的振幅补偿系数，下标j为测点编号，r_j为第j个测点与振源点间的距离，r₁为第1个测点与振源点间的距离；对各子波进行2次积分运算，得到相应的子波的位移波形；

第3步：计算测点间的能量损失