观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法与流程

本发明涉及金属矿矿震分析，特别是涉及观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法。

背景技术：

1、金属矿产资源是国民经济建设和社会发展的重要物质基础。随着金属矿开采强度的不断增大，浅部资源趋于枯竭，矿产开采逐渐向深部进军。金属矿开采深度逐渐进入千米大关，由此触发的各类地下工程灾害也日渐严峻，其中一个重要工程问题是深井开采诱发矿震，严重制约了矿井的安全高效生产。因此，精细监测金属矿区的微震发生情况，分析其触发机制，进而有效开展微震监测，对金属矿开采的灾害防控具有重要的理论和实际意义。

2、金属矿深井开采诱发矿震原因复杂，往往受背景场的时-空动态变化影响。因此，要查明金属矿深井开采诱发矿震机制，必须在矿区多源数据融合的基础下，开展观测耦合模拟的系统研究。深部岩石赋存环境与浅部截然不同，深部岩体的高应力、高地温、高岩溶水压及深部开采的强扰动、强时效是典型的“三高两强”赋存环境，进入深部以后，岩体材料的非线性行为更加凸显。然而，适用于浅部工程的传统理论、方法、以及观测数据远不能解释深井开采矿震诱发机制，对于触发深井开采诱发矿震的根本机制依然不清楚，缺少相关研究，尤其是缺少一套可以囊括整个矿区的多尺度、多手段、多物理场、实测耦合模拟的研究方法。以典型矿区做为研究应用范例，将先进理论及预警系统推广至全省乃至全国范围内的深井矿山，是亟需的发明技术。

3、现有研究方法、技术和观测数据多针对浅层开采诱发矿震，无法应用到深井开采所诱发的矿震。另外，现有研究方法单一，如侧重观测或模拟的某一个方法，没有将观测和模拟有效耦合。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于，提供一种观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，本发明所述的观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，提供一套系统、完善、有理论依据的研究方法，将观测和模拟进行有效耦合，通过观测数据来约束数值模拟，把模拟结果跟观测数据进行对比，进而改进模型，反复迭代，实现观测和模拟的有效耦合。

2、一种观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，包括以下步骤：

3、步骤1、选择典型金属矿区作为研究原型，建立典型金属矿区的综合数据库,所述综合数据库包括典型金属矿区的平面和剖面的分布资料库、实时记录的地震事件库、和钻井数据库；

4、步骤2、开展典型金属矿区的微震背景场的观测，包括以下三个方面：

5、(21)开展典型金属矿区的地震频率谐振研究，揭示地下岩体结构、地层产状和断层分布，得到最新的断层的时-空分布状态和地层展布情况；

6、(22)开展典型金属矿区的短周期密集地震台阵研究，得到微震的时-空分布数据及地下岩体的速度数据；建立岩体速度模型和微震精定位模型，查明深井开采诱发微震的时-空发生规律；

7、(23)开展典型金属矿区的微震背景场的实时测量，建立典型金属矿区深井开采诱发微震发生的背景场模型，得到影响微震孕育和发生的温度、应力和应变速率场，掌握微震背景场的变化规律；

8、步骤3、利用超级计算机，开展热-力学耦合的地球动力学数值计算模拟，计算微震背景场的时-空变化，得到断层的时-空分布、岩体速度、温度、应力和应变速率模拟数据；

9、步骤4、把步骤3计算得到的模拟数据与步骤2的观测数据进行对比，根据观测数据校正模拟数据，反复迭代，使模拟数据逼近观测数据后，开展下一时间步的计算。

10、本发明所述的观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，提出了一整套完善和系统的多手段耦合的研究方法，从选择典型的金属矿区，到开展区域-局部的地球观测，到揭示地下岩体深部-浅部的精细结构，到耦合观测和模拟，将观测和模拟进行有效耦合，通过观测数据来约束数值模拟，把模拟结果跟观测数据进行对比，进而改进模型，反复迭代，实现观测和模拟的有效耦合；进而实现全面、系统地分析深井开采诱发矿震机制，并行之有效地开展深井开采诱发矿震的监测预警。

11、本发明通过耦合模拟的方法，能够根据背景场的变化(如温度、压力、速度、应力和应变速率等)，判断新的断裂在哪里出现，新断裂的出现就代表矿震的发生，从而动态揭示控制深井开采诱发矿震的物理机制。

12、进一步地，所述背景场包含断层的时-空分布、密度场、温度场、压力场、应力场、应变速率场。

13、进一步地，所述断层的平面和剖面分布的资料库中主要包括断层的平面和剖面延伸范围，断层的倾角，宽度，和断层之间的距离；所述实时记录的地震事件库中主要包括地震震级，深度，经纬度，发生的时间；所述钻井数据库主要包括岩芯柱状图，结构面，应力和应变速率数据。本发明步骤1的数据库中的相关数据用于对步骤2的观测数据的补充，同是也能够作为步骤3和步骤4的耦合、对比模拟数据。

14、进一步地，步骤2的(22)中，所述微震的时-空分布数据包括每一个微震的发生时间、震级、深度以及经纬度；地下岩体的的速度数据包括地震波的体波和面波速度数据；所述典型金属矿区深井开采诱发微震的时间-空间发生规律，主要包括微震发生的时间周期和频繁程度，以及空间位置。

15、进一步地，步骤2的(21)中，使用地震频率谐振研究方法，开展典型金属矿区的地震频率谐振研究，获取地下岩体的视波阻抗数据；进而推测地下岩体结构、地层产状和断层的水平/垂直分布，获取最新的断层时-空分布状态和地层展布情况。

16、进一步地，步骤2的(23)中，背景场的变化规律为背景场随时间和空间的动态变化规律。方便与步骤3得到的背景场的变化规律进行对比，用观测数据校正模拟数据。

17、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

技术特征：

1.一种观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，其特征在于：所述微震背景场包含断层的时-空分布、温度场、应力场、应变速率场。

3.根据权利要求1所述的观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，其特征在于：所述断层的平面和剖面分布的资料库中包括断层的平面和剖面延伸范围，断层的倾角，宽度，和断层之间的距离；所述实时记录的地震事件库中包括地震震级，深度，经纬度，发生的时间；所述钻井数据库包括岩芯柱状图，结构面，应力和应变速率数据。

4.根据权利要求1所述的观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，其特征在于：步骤2的(21)中，使用地震频率谐振研究方法，开展典型金属矿区的地震频率谐振研究，获取地下岩体的视波阻抗数据；进而推测地下岩体结构、地层产状和断层的水平/垂直分布，获取最新的断层时-空分布状态和地层展布情况。

5.根据权利要求1所述的观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，其特征在于：步骤2的(22)中，所述微震的时-空分布数据包括每一个微震的发生时间、震级、深度以及经纬度；地下岩体的的速度数据包括地震波的体波和面波速度数据；所述典型金属矿区深井开采诱发微震的时间-空间发生规律，包括微震发生的时间周期和频繁程度，以及空间位置。

6.根据权利要求1所述的观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，其特征在于：步骤2的(23)中，背景场的变化规律为背景场随时间和空间的动态变化规律。

技术总结
本发明涉及一种观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法。本发明所述的观测耦合模拟的金属矿深井开采诱发矿震机制分析方法，在典型金属矿区的综合数据库中的已有资料的基础上，开展微震背景场的精细观测；利用超级计算机，开展热‑力学耦合的地球动力学数值计算模拟，计算微震背景场的时空变化，得到模拟数据；把计算得到的模拟数据与观测数据进行对比，根据观测数据校正模拟数据，反复迭代，使模拟数据逼近观测数据后，开展下一时间步的计算。本发明的方法，将观测和模拟进行有效耦合，通过观测数据来约束数值模拟，把模拟结果跟观测数据进行对比，进而改进模型，反复迭代，实现观测和模拟的有效耦合。

技术研发人员：欧阳仕元,廖杰,原桂强,陈尚周,唐建,卢海珠,雍征,李伦,武成飞,李达,梁宏达,刘粱金,田玮
受保护的技术使用者：深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11