[发明专利]一种模拟应力扰动条件下诱发断层或裂缝激活的方法

说明书

本发明属于岩石试验模拟技术领域，公开了一种模拟应力扰动条件下诱发断层/裂缝激活的方法，包括：制备含有初始裂缝的试样，并获取初始裂缝的粗糙度参数；向将初始裂缝边缘密封的试样施加各向同性压力模拟裂缝面的法向应力，并在各向同性压力和裂缝变形均稳定后测得裂缝渗透率并计算裂缝等效水力开度；向试样的初始裂缝的两侧试样主体施加轴向力模拟沿裂缝面的剪应力，直至达到初始裂缝的剪应力的设定值；向试样施加应力扰动诱导裂缝面激活发生剪切滑移；测得扰动后裂缝渗透率并计算扰动后裂缝等效水力开度，获取扰动后裂缝的粗糙度参数。本发明提供的模拟应力扰动条件下诱发断层/裂缝激活的方法能够实现断层/裂缝活化的系统性量化模拟。

技术领域

本发明涉及岩石试验模拟技术领域，特别涉及一种模拟应力扰动条件下诱发断层或裂缝激活的方法。

背景技术

目前，关于裂缝或断层活化的研究是近年来岩石力学、地球科学等领域的研究热点。一般通过现场微震监测和数值模拟方法对断层或裂缝活化进行定性分析，很难系统性地，量化的揭示断层或裂缝活化的机理，整体的可靠性并不高。

发明内容

本发明提供一种模拟应力扰动条件下诱发断层或裂缝激活的方法，解决现有技术中裂缝或断层活化研究方法仅能够定性分析，无法系统性量化模拟的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟应力扰动条件下诱发断层或裂缝激活的方法，包括：

制备含有初始裂缝的试样，并获取所述初始裂缝的粗糙度参数；

向将初始裂缝边缘密封的所述试样施加各向同性压力模拟裂缝面的法向应力，并在所述各向同性压力和裂缝变形均稳定后测得裂缝渗透率并计算裂缝等效水力开度；

向所述试样的初始裂缝的两侧试样主体施加轴向力模拟沿裂缝面的剪应力，直至达到所述初始裂缝的剪应力的设定值；

当法向应力、剪应力和裂缝变形均稳定后，向所述试样施加应力扰动诱导裂缝面激活发生剪切滑移；

测得扰动后裂缝渗透率并计算扰动后裂缝等效水力开度，获取扰动后裂缝的粗糙度参数；

其中，自所述施加各向同性压力开始，持续监测所述各向同性压力、所述轴向力、以及裂缝剪切形变和法向形变。

进一步地，所述制备含有初始裂缝的试样包括：

将圆柱形试样沿轴向切开，形成两个相同尺寸的半圆柱；

在所述半圆柱的切面上形成初始裂缝面，可以通过切割、劈裂和雕刻制备具有不同粗糙度的初始裂缝。

进一步地，所述制备含有初始裂缝的试样还包括：

将所述两个半圆柱对齐布置，而后通过硅胶密封所述初始裂缝边缘；

在试样的两端面上分别固定相对放置的刚性剪切垫片，且所述刚性剪切垫片通过弹性硅胶与所述两个半圆柱相连；

在试样和刚性剪切垫片的外部包裹热缩管。

进一步地，所述获取所述初始裂缝的粗糙度参数包括：

通过激光扫描、重构，得到初始裂缝的表面形态，计算粗糙度参数。

进一步地，所述各向同性压力和所述轴向力通过三轴剪切试验仪施加到所述试样上。

进一步地，所述测得裂缝渗透率并计算裂缝等效水力开度包括：

通过稳态法测量裂缝渗透率，并根据立方定律计算得到裂缝等效水力开度。

进一步地，所述应力扰动包括：恒定法向应力条件下的持续注水增压或恒定注入压力条件下卸载法向应力。

进一步地，所述恒定法向应力条件下的持续注水增压包括：