本發(fā)明涉及煤系承壓斷層帶滲透性研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于分形維值的斷層帶滲透性定性評價方法。

背景技術(shù)：

斷層作為巖體內(nèi)的缺陷結(jié)構(gòu)，在其影響帶內(nèi)巖石破碎、松散、裂隙發(fā)育，是煤層和下伏承壓含水層發(fā)生聯(lián)系的主要途徑。斷層破碎帶巖石的滲透性是表征斷層富水性及導(dǎo)水性的重要指標，同時也是影響地下工程中由滲流失穩(wěn)而引發(fā)災(zāi)害事故的重要影響因素之一，因此對斷層滲透性評價至關(guān)重要。目前對斷層滲透性評價大多采用試驗方法，此方法操作較為繁瑣。

本發(fā)明基于斷層泥是由斷層反復(fù)運動時兩盤巖石的擠壓、碎裂、摩擦、滑動作用與地下水攜帶物質(zhì)的沉淀等作用形成的，蘊含了有關(guān)斷層運動和性質(zhì)的大量信息，且近年國際國內(nèi)一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，不同巖石介質(zhì)及力學(xué)環(huán)境中形成的斷層泥有著不同的分維，對斷層滲透性進行定性評價。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.本發(fā)明的目的

鑒于此，本發(fā)明針對斷層滲透性評價方法的不足，提供一種更能定性評價斷層滲透性的方法。

2.本發(fā)明的技術(shù)方案

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種基于分形維值的斷層帶滲透性定性評價方法，該方法包括：步驟a，以斷層泥樣品顆粒粒徑為對象，繪制m(r)/m與粒徑r的線性擬合圖；步驟b，根據(jù)線性擬合圖，結(jié)合相關(guān)公式，求出擬合公式；步驟c，根據(jù)線性擬合公式，求解斷層泥巖樣分形維值d；步驟d，根據(jù)所得分維值的大小，判斷斷層帶粘粒含量，以此定性評價斷層帶滲透性。

本發(fā)明以斷層泥顆粒粒徑為研究對象，借助分形維值d來定性評價斷層帶的滲透性的方法較為新穎，且操作簡單，易于實際應(yīng)用，為斷層帶滲透性評價提供了一種新的方法和思路。

附圖說明

此處用來說明的附圖是為了對本發(fā)明的進一步解釋和說明，為本申請的一部分，但并不能限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明基于分形維值的斷層帶滲透性定性評價方法流程圖。

圖2為本發(fā)明實例某斷層m(r)/m與粒徑r的線性擬合圖。

圖3為本發(fā)明實例某斷層泥分形維值與細顆粒物質(zhì)關(guān)系散點圖。

具體實施方案

下面結(jié)合附圖及本發(fā)明所應(yīng)用的實例，對本發(fā)明進行進一步說明。

圖1為本發(fā)明基于分形維值的斷層帶滲透性定性評價方法流程圖。如圖1所示，該方法包括：

步驟a，以斷層泥樣品顆粒粒徑為對象，繪制m(r)/m與粒徑r的線性擬合圖；

步驟b，根據(jù)線性擬合圖，結(jié)合相關(guān)公式，求出擬合公式；

步驟c，根據(jù)線性擬合公式，求解斷層泥巖樣分形維值d；

步驟d，根據(jù)所得分維值的大小，判斷斷層帶粘粒含量，以此定性評價斷層帶滲透性。

以下結(jié)合具體實例，對上述每一步驟進行解釋說明。

步驟a，以斷層泥樣品顆粒粒徑為對象，繪制m(r)/m與粒徑r的線性擬合圖。在本發(fā)明實例中，根據(jù)某斷層泥樣品顆粒粒徑為對象，繪制m(r)/m與粒徑r的線性擬合圖，見圖2。

步驟b，根據(jù)線性擬合圖，結(jié)合相關(guān)公式，求出擬合公式。

斷層泥分形分析原理：

自然界中物質(zhì)形態(tài)、功能、信息及時空結(jié)構(gòu)等方面在局部與整體性上往往顯示出自相似性，在分形學(xué)中可用一種基于hausdorff-besicovitch空間的連續(xù)變化非整數(shù)的分形維數(shù)(簡稱“分維”)d表示空間維數(shù)，從而產(chǎn)生了測度觀的轉(zhuǎn)變，為研究自然界中的復(fù)雜現(xiàn)象提供了一種科學(xué)方法。目前分形學(xué)方法在地學(xué)領(lǐng)域被日益廣泛應(yīng)用。

細粒沉積物顆粒分布在統(tǒng)計上通常具有一定的自相似性，稱為統(tǒng)計分形。對應(yīng)于不同類型和性質(zhì)的物質(zhì)顆粒指標的某些特征用分形學(xué)的分維法描述，可顯示出空間維數(shù)上的不同分維d：

logn(r)＝-dlogr+c(1)

設(shè)沉積物顆粒的平均粒徑為r，粒徑小于r的顆粒累積質(zhì)量為m(r)，m為樣品總質(zhì)量，根據(jù)經(jīng)驗，相對累計質(zhì)量m(r)/m與r的關(guān)系式往往滿足式(2)，即

log(m(r)/m)＝blogr+a(2)

假定沉積物顆粒固體密度均勻分布，則顆粒質(zhì)量正比于顆粒粒徑立方，即頻度的增量與質(zhì)量的增量關(guān)系為：

聯(lián)立(1)～(3)式，可得到：

(4)式的意義是：如果沉積物的粒度組成確有分形特征，則在雙對數(shù)坐標下，可得到確切d值。注意到3-d在公式中是一個線性比例系數(shù)，因此當對某個具體樣品顆粒成分依據(jù)(4)式進行相關(guān)分析，如果線性相關(guān)系數(shù)高，意味著樣品顆粒分形特征明顯。

在本發(fā)明實例中，以某斷層破碎帶斷層泥顆粒粒徑為對象(見表1)，根據(jù)(4)式在雙對數(shù)坐標系建立pc＝m(r)/m與r線性擬合關(guān)系，擬合出5條曲線的方程，分別為：

①y＝1.901+0.181x；②y＝1.892+0.175x；③y＝1.613+0.305x：

④y＝1.862+0.171x；⑤y＝1.885+0.108x

步驟c，根據(jù)線性擬合公式，求解斷層泥巖樣分形維值d。

本發(fā)明實例中，根據(jù)步驟b，5個線性擬合公式，求出5個樣品的分維d分別為2.912、2.863、2.709、2.827和2.872，見表1。

步驟d，根據(jù)所得分維值的大小，判斷斷層帶粘粒含量，以此定性評價斷層帶滲透性。

對比圖2中(1)～(5)可看到，由于粒徑分布右端點都對應(yīng)于pc＝100％，因此左端的pc值(即“粘粒含量”)實際控制了直線斜率；當粘粒含量多時，直線斜率較緩，即3-d較小，因此d自然較大。對表1的粘粒含量和分維作線性擬合，可以得到粘粒含量與分維d的關(guān)系表(表1)和散點圖(圖3)所示，除某斷層第2號樣品外，其它4個樣品其相關(guān)系數(shù)達到了r＝0.932。說明粘粒土含量與分形維值存在正比，體現(xiàn)出分形維值是表征斷層碎屑粘粒含量的一個代表性參數(shù)。

表1某斷層泥分形維值與細顆粒物質(zhì)的關(guān)系表

分形多孔介質(zhì)固有滲透率隨分形維值d增加而減小已獲得理論證明，d趨于3時，滲透率趨于0。由于某斷層碎屑分形維值d普遍很大，自然滲透性弱。粘粒含量在控制碎屑物質(zhì)導(dǎo)水性方面可起到關(guān)鍵性作用，原因是顆粒表面靜電大量吸附極性水分子形成的結(jié)合水層抗拒重力作用，不易傳遞靜水壓力，不具有流動性，致使粘性土具有很好的隔水性，因此較高粘性土含量是某斷層帶滲透性很低的關(guān)鍵原因?？梢哉J為正是由于顆粒分形維值d普遍很高，因此某斷層帶滲透性必然很差。

本發(fā)明以斷層泥顆粒粒徑為研究對象，借助分形維值d來定性評價斷層帶的滲透性的方法較為新穎，且操作簡單，易于實際應(yīng)用，為斷層帶滲透性評價提供了一種新的方法和思路。

以上所述具體實例，對本發(fā)明的目的，過程和有益效果進行詳細說明，并不用于限定本發(fā)明的限定范圍，凡在本發(fā)明的精神原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。