一种三维单体粗糙裂缝建模方法、系统、设备以及介质

1.本发明涉及裂缝建模技术领域，尤其涉及一种三维单体粗糙裂缝建模方法、系统、设备以及介质。


背景技术：

2.裂缝是指岩石受到构造变形发生破裂作用或物理成岩作用形成的没有明显位移的面状不连续体。裂缝在很多工程领域中均起到重要作用，例如：在石油工程中裂缝主要起储存和渗流作用；在水文地质中，裂缝作为主要渗流通道，在水污染的过程中起主导作用；在核工程中，裂缝带的位置和运移能力是对核废料储存场地选择的重要评价标准；此外，裂缝的空间展布研究对于地热开发、采矿、岩土工程、工程勘探等领域均有重要意义。
3.由于在大多数实际情况下裂缝不能直接观测，只能在它们与钻孔、露头或偏移的交叉处进行观察研究，而数值模拟可以避开这个限制，因而成为研究裂缝的有效手段。裂缝建模是裂缝数值模拟的关键一步，研究者们已经提出了一些裂缝建模方法。平板模型是常用的裂缝模型，因为其简单且易于实现，许多学者采用这种模型来开展研究。然而，平板模型只是对裂缝的一种简单近似，实际中的裂缝并不是光滑的平面，而是粗糙不平的、极不规则的，因此使用平板模型的模拟结果与实际裂缝响应存在显著差异。baecher圆盘模型是基于真实裂缝的可能形状是粗糙的圆状或者椭圆状这一事实，构建的一种离散裂缝网格模型。后续又出现了一些改进模型，比如增强baecher模型、bart模型、随机多边形模型等。这些裂缝模型很好地考虑了裂缝的形状特征，但不能设置裂缝的厚度、粗糙度等参数。针对单体裂缝的模拟研究，这些离散裂缝网格的建模方法缺乏对裂缝的精确刻画。brown裂缝模型由两个随机粗糙表面组成，可以用分形维度、均方根高度、相关长度来描述裂缝的粗糙程度。brown裂缝模型考虑到了裂缝粗糙面这一特征，但是它是一种无界模型，没有涉及裂缝轮廓的构建，忽略了裂缝边缘尖灭、形状不规则的特点。
4.因此现有的裂缝模拟还没有能够同时体现粗糙、尖灭、不规则等特征的裂缝模型。使用不合理的裂缝建模方法得到的裂缝模型，与实际裂缝相差较大，这样的裂缝模型模拟后得到的结果也是不可靠的。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种三维单体粗糙裂缝建模方法，其解决了现有的裂缝模拟还没有能够同时体现粗糙、尖灭、不规则等特征的裂缝模型的技术问题。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.第一方面，本发明实施例提供一种三维单体粗糙裂缝建模方法，所述方法包括：
10.通过一维随机粗糙面生成函数对预设的三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮
廓不规则的裂缝模型；
11.通过二维随机粗糙面生成函数对所述轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型；
12.对所述表面粗糙不平的裂缝模型进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝模型；
13.基于所述具有空间形态的裂缝模型进行裂缝探测数值模拟。
14.可选地，所述裂缝基本形体包括椭球体，所述椭球体满足：
[0015][0016]
其中，a》b》c，a为长半轴长度，b为中半轴长度，c为短半轴长度；a和b影响椭球体xoy面的轮廓，c在椭球体z方向上；短半轴c的两倍即为裂缝厚度。
[0017]
可选地，通过一维随机粗糙面生成函数对预设的三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型包括：
[0018]
基于高斯谱的一维随机粗糙面生成函数，获得两个分别用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上、下轮廓的一维随机粗糙面；
[0019]
在裂缝的上、下轮廓分别按第一比例叠加两个一维随机粗糙面，得到新裂缝轮廓；
[0020]
依据所述新裂缝轮廓和所述裂缝基本形体进行判定；
[0021]
若新裂缝轮廓囊括于所述裂缝基本形体之内，保留新裂缝轮廓，得到轮廓不规则的裂缝模型；
[0022]
若新裂缝轮廓不囊括于所述裂缝基本形体之内，保留所述裂缝基本形体的轮廓，得到轮廓不规则的裂缝模型；
[0023]
其中，用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上轮廓的一维随机粗糙面与用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的下轮廓的一维随机粗糙面的数值不同。
[0024]
可选地，
[0025]
所述基于高斯谱的一维随机粗糙面生成函数为：
[0026][0027]
其中，xn＝nδx(n＝-n/2 1,
…
,n/2)表示一维随机粗糙面上第n个采样点，l为生成长度，n为等间隔离散点数，δx为相邻两点间的距离，f(kj)与f(xn)称为fourier变换对，定义为：
[0028][0029]
其中，定义离散波数kj的表达式为kj＝2πj/l，s(kj)为一维随机粗糙面的功率谱密度，n(0,1)表示均值为0，方差为1的正态分布的随机数；
[0030]
所述一维随机粗糙面的功率谱密度为：
[0031][0032]
其中，δ1为一维粗糙面的均分根高度；l为相关长度；
[0033]
所述第一比例为：
[0034]
yc＝yb yb·
ya/n
[0035]
其中，yc为叠加完后的裂缝上轮廓，yb为叠加前的裂缝上轮廓，ya为用于刻画所述裂缝基本形体的xoy面的上轮廓的一维随机粗糙面，n为比例因子，比例因子n可取到yb的最大值。
[0036]
可选地，通过二维随机粗糙面生成函数对所述轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型包括：
[0037]
基于高斯谱的二维随机粗糙面生成函数，获得两个分别用于刻画所述轮廓不规则的裂缝模型的上、下表面的二维随机粗糙面；
[0038]
在所述轮廓不规则的裂缝模型上、下表面分别按第二比例叠加两个二维随机粗糙面，得到新裂缝表面；
[0039]
其中，所述用于刻画所述轮廓不规则的裂缝模型的上表面的二维随机粗糙面与用于刻画所述轮廓不规则的裂缝模型的下表面的二维随机粗糙面的数值不同。
[0040]
可选地，
[0041]
所述基于高斯谱的二维随机粗糙面生成函数为：
[0042][0043]
其中xm＝mδx(m＝-m/2 1,
…
,m/2)、yn＝nδy(n＝-n/2 1,
…
,n/2)分别表示二维随机粗糙面上x方向第m个、y方向第n个采样点，l
x
和ly分别为x和y方向的生成长度，m和n分别为x和y方向等间隔离散点数，δx和δy分别为x和y方向相邻两点间的距离，与f(xm,yn)称为fourier变换对，定义为：
[0044][0045]
其中定义离散波数和表达式分别为表达式分别为为二维随机粗糙面的功率谱密度；
[0046]
所述二维随机粗糙面的功率谱密度为：
[0047][0048]
其中，δ2为二维粗糙表面的均方根高度；l
x
和ly分别为沿x和y方向的相关长度；
[0049]
所述第二比例为：
[0050]
zc＝zb zb·
za/m
[0051]
其中，zc为叠加完后的裂缝上表面，zb为叠加前的裂缝上表面，za为用于刻画裂缝上表面的二维随机粗糙面，m为比例因子，比例因子m可取到zb的最大值。
[0052]
可选地，对所述表面粗糙不平的裂缝模型进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝模型包括：
[0053]
在所述表面粗糙不平的裂缝模型的xyz方向上加上对应的平移参数；
[0054]
将所述表面粗糙不平的裂缝模型的裂缝中心从起点平移到原点；
[0055]
分别对所述表面粗糙不平的裂缝模型分别进行绕x轴、绕y轴、绕z轴方向的旋转处理；
[0056]
将旋转后的所述表面粗糙不平的裂缝模型的裂缝中心从原点平移返回至起点；
[0057]
其中，所述平移参数包括x平移量、y平移量以及z平移量。
[0058]
第二方面，本发明实施例提供一种三维单体粗糙裂缝建模系统，包括：
[0059]
轮廓处理模块，用于通过一维随机粗糙面生成函数对预设的三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型；
[0060]
表面处理模块，用于通过二维随机粗糙面生成函数对所述轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型；
[0061]
空间变换模块，用于对所述表面粗糙不平的裂缝模型进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝模型；
[0062]
数值模拟模块，用于基于所述具有空间形态的裂缝模型进行裂缝探测数值模拟。
[0063]
第三方面，本发明实施例提供一种三维单体粗糙裂缝建模设备，包括：至少一个数据库；以及与所述至少一个数据库通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个数据库执行的指令，所述指令被所述至少一个数据库执行，以使所述至少一个数据库能够执行如上所述的一种三维单体粗糙裂缝建模方法。
[0064]
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，所述可执行指令被处理器执行时实现如上所述的一种三维单体粗糙裂缝建模方法。
[0065]
(三)有益效果
[0066]
本发明的有益效果是：本发明利用椭球体可以设置模拟裂缝厚度的参数，且符合边缘尖灭的特点构建了裂缝基本形状；基于裂缝基本形状，依次利用一维、二维随机粗糙面，刻画裂缝不规则的轮廓和裂缝粗糙起伏的表面，同时可以用相关长度、均分根高度来定量调节粗糙程度；对裂缝进行平移变化、旋转变换等空间变换，形成具备空间展布的裂缝。本发明最终生成的具有空间形态的裂缝模型具有不规则、尖灭、粗糙等特点，与实际裂缝更加贴近。
附图说明
[0067]
图1为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的流程示意图；
[0068]
图2为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的步骤s1的具体流程示意图；
[0069]
图3为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的步骤s2的具体流程示意图；
[0070]
图4为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的建模过程演变图；
[0071]
图5为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的步骤s3的具体流程示意图；
[0072]
图6为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的裂缝轮廓刻画过程演变图；
[0073]
图7为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的不同粗糙程度时的裂缝变化图；
[0074]
图8为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的裂缝离散化过程；
[0075]
图9为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的模型切片图；
[0076]
图10为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法的裂缝模拟结果示意图；
[0077]
图11为本发明实施例提供的一种三维单体粗糙裂缝建模系统的组成示意图。
[0078]
【附图标记说明】
[0079]
100：三维单体粗糙裂缝建模系统；
[0080]
110：轮廓处理模块；
[0081]
120：表面处理模块；
[0082]
130：空间变换模块；
[0083]
140：数值模拟模块。
具体实施方式
[0084]
为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
[0085]
如图1所示，本发明实施例提出的一种三维单体粗糙裂缝建模方法，方法基于空间直角坐标系实施，方法包括：首先，通过一维随机粗糙面生成函数对三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型；其次，通过二维随机粗糙面生成函数对轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型；接着，对表面粗糙不平的裂缝模型进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝模型；最后，基于具有空间形态的裂缝模型进行裂缝探测数值模拟。
[0086]
本发明利用椭球体可以设置模拟裂缝厚度的参数，且符合边缘尖灭的特点构建了裂缝基本形状；基于裂缝基本形状，依次利用一维、二维随机粗糙面，刻画裂缝不规则的轮廓和裂缝粗糙起伏的表面，同时可以用相关长度、均分根高度来定量调节粗糙程度；对裂缝进行平移变化、旋转变换等空间变换，形成就有空间展布的裂缝。本发明最终生成的具有空间形态的裂缝模型具有不规则、尖灭、粗糙等特点，与实际裂缝更加贴近。
[0087]
为了更好地理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0088]
具体地，本发明提供的一种三维单体粗糙裂缝建模方法，包括：
[0089]
s1、使用一维随机粗糙平面对所述三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型。
[0090]
基本形状可以选择一种三维简单形体，以该基本形状作为裂缝的基础模型。实际的裂缝是一个粗糙的圆形或椭圆形的薄盘，如图4中(a)所示，本发明采用椭球体作为裂缝基本形态。之所以选择椭球体而非薄盘，是因为椭球体可以设置厚度信息，厚度(短半轴方向长度)减小到0时，就退化成薄盘，薄盘是椭球体的一种特殊情况。实际中的裂缝虽然厚度很小，但是厚度的大小仍会影响裂缝的响应，需要考虑厚度信息。裂缝的另一个特点是边缘尖灭，也就是边缘逐渐趋近于零，椭球体可以体现这一点。综合考虑后，采取椭球体作为裂
缝基本形态更加的普遍、合理。
[0091]
实际裂缝的轮廓不太可能是完整的圆形或椭圆形(椭球体轮廓)，考虑到这一点，给椭球体轮廓上加了一维随机粗糙面，从而使得裂缝轮廓变得不规则。
[0092]
所述裂缝基本形体包括椭球体，椭球体满足：
[0093][0094]
其中，a》b》c，a为长半轴长度，b为中半轴长度，c为短半轴长度；a和b主要影响椭球体xoy面的轮廓，c在椭球体z方向上；短半轴c的两倍即为裂缝厚度。
[0095]
如图2所示，步骤s1包括：
[0096]
s11、基于高斯谱的一维随机粗糙面生成函数，获得两个分别用于刻画裂缝基本形体的xoy面的上、下轮廓的一维随机粗糙面。其中，如图6(b)所示，upper所指的是上轮廓，lower所指的是下轮廓。也就是说，把xoy面(椭圆形)一份为二，上半部分为上轮廓(y大于0)，下半部分为下轮廓(y小于0)。上轮廓和下轮廓以y＝0所在直线为分界，y》0为上轮廓，y《0为下轮廓。
[0097]
s12、在裂缝的上、下轮廓分别按第一比例叠加两个一维随机粗糙面，得到新裂缝轮廓。
[0098]
s13、依据新裂缝轮廓和裂缝基本形体进行判定。
[0099]
s14a、若新裂缝轮廓囊括于裂缝基本形体之内，保留新裂缝轮廓，得到轮廓不规则的裂缝模型。
[0100]
s14b、若新裂缝轮廓不囊括于裂缝基本形体之内，保留裂缝基本形体的轮廓，得到如图4(b)所展示的轮廓不规则的裂缝模型。
[0101]
其中，用于刻画裂缝基本形体的xoy面的上轮廓的一维随机粗糙面与用于刻画裂缝基本形体的xoy面的下轮廓的一维随机粗糙面的数值不同。这里数值可以指的是y坐标值。也就是图6(a)中y的值。
[0102]
进一步地，
[0103]
所述基于高斯谱的一维随机粗糙面生成函数为：
[0104][0105]
其中，xn＝nδx(n＝-n/2 1,
…
,n/2)表示一维随机粗糙面上第n个采样点，l为生成长度，n为等间隔离散点数，δx为相邻两点间的距离，f(kj)与f(xn)称为fourier变换对，定义为：
[0106][0107]
其中，定义离散波数kj的表达式为kj＝2πj/l，s(kj)为一维随机粗糙面的功率谱密度，n(0,1)表示均值为0，方差为1的正态分布的随机数；
[0108]
所述一维随机粗糙面的功率谱密度为：
[0109][0110]
其中，δ1为一维粗糙面的均分根高度，它决定了粗糙面在y方向(垂直方向)的尺度；l为相关长度，它与粗糙面在x方向(水平方向)的尺度有关；k为波数；
[0111]
所述第一比例为：
[0112]
yc＝yb yb·
ya/n
[0113]
其中，yc为叠加完后的裂缝上轮廓，yb为叠加前的裂缝上轮廓，ya为用于刻画裂缝基本形体的xoy面的上轮廓的一维随机粗糙面，n为比例因子，比例因子n可取到yb的最大值。
[0114]
s2、使用二维随机粗糙面对所述轮廓不规则的裂缝模型的表面进行刻画，得到表面粗糙不平的裂缝模型。
[0115]
如图3所示，步骤s2包括：
[0116]
s21、基于高斯谱的二维随机粗糙面生成函数，获得两个分别用于刻画轮廓不规则的裂缝模型的上、下表面的二维随机粗糙面。其中，如图4(b)所示，以z＝0所在的xoy平面为分界，上半部分为上表面(z大于0)，下半部分为下表面(z小于0)。上、下表面示根据z坐标进行划分的，z》0为上表面，z《0为下表面。
[0117]
s22、在轮廓不规则的裂缝模型上、下表面分别按第二比例叠加两个二维随机粗糙面，得到新裂缝表面，进而得到如图4(b)所展示的表面粗糙不平的裂缝模型。
[0118]
其中，用于刻画轮廓不规则的裂缝模型的上表面的二维随机粗糙面与用于刻画轮廓不规则的裂缝模型的下表面的二维随机粗糙面的数值不同。这里数值可以指的是z坐标值。也就是图4(b)中z的值。
[0119]
进一步地，
[0120]
所述基于高斯谱的二维随机粗糙面生成函数为：
[0121][0122]
其中xm＝mδx(m＝-m/2 1,
…
,m/2)、yn＝nδy(n＝-n/2 1,
…
,n/2)分别表示二维随机粗糙面上x方向第m个、y方向第n个采样点，l
x
和ly分别为x和y方向的生成长度，m和n分别为x和y方向等间隔离散点数，δx和δy分别为x和y方向相邻两点间的距离，与f(xm,yn)称为fourier变换对，定义为：
[0123][0124]
其中，定义离散波数和表达式分别为表达式分别为为二维随机粗糙面的功率谱密度；
[0125]
所述二维随机粗糙面的功率谱密度为：
[0126]
[0127]
其中，δ2为二维粗糙表面的均方根高度，它决定了粗糙表面在z方向(垂直方向)的尺度；l
x
和ly分别为沿x和y方向的相关长度，它与粗糙表面在x方向和y方向(水平方向)的尺度有关；k
x
和ky分别为粗糙面在x和y方向的波数；
[0128]
所述第二比例为：
[0129]
zc＝zb zb·
za/m
[0130]
其中，zc为叠加完后的裂缝上表面，zb为叠加前的裂缝上表面，za为用于刻画裂缝上表面的二维随机粗糙面，m为比例因子，比例因子m可取到zb的最大值。
[0131]
在上述方法中，粗糙也是裂缝的一个重要特征，为此在椭球体表面上添加二维随机粗糙面。无论是一维随机粗糙面还是二维随机粗糙面，都可以用相关长度、均分根高度来定量调节粗糙程度。因此，定量描述裂缝的粗糙特性成为可能，粗糙裂缝的简单规律为：相关长度越小，裂缝越粗糙；均方根高度越大，裂缝越粗糙。经过上面步骤得到的裂缝，已经具有了粗糙、尖灭、不规则等特征，与实际裂缝更加相符。此外，裂缝的各种形态都可以通过调节参数进行改变，设置好参数后自动生成裂缝模型，远优于人为刻画裂缝。
[0132]
s3、对表面粗糙不平的裂缝模型进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝模型。图4(d)展示了空间变换后的裂缝。
[0133]
如图5所示，步骤s3包括：
[0134]
s31、对表面粗糙不平的裂缝模型进行如下平移变换。
[0135]
s32、表面粗糙不平的裂缝模型的xyz方向上加上对应的平移参数。
[0136]
s33、将表面粗糙不平的裂缝模型的裂缝中心从起点平移到原点。
[0137]
s34、分别对表面粗糙不平的裂缝模型分别进行绕x轴、绕y轴、绕z轴方向的旋转处理。其中，绕x轴、绕y轴、绕z轴方向角度是人为选定的。图4(c)到图4(d)进行了一次绕x轴逆时针旋转30度的操作。在图4(d)中没有绕y轴和绕z轴进行旋转。
[0138]
s35、将旋转后的表面粗糙不平的裂缝模型的裂缝中心从原点平移返回至起点。
[0139]
在具体实施例中，三维裂缝面最初假设为圆盘，因为裂缝产生时最初近似为圆形或椭圆形，随着破裂过程的继续，受层面等多方面限制，其形状变得相对不规则。因此完美椭圆形不符合实际中裂缝轮廓的形态，本发明用一维随机粗糙面对裂缝轮廓进行刻画。图6是裂缝轮廓刻画过程演变图，展示了裂缝轮廓刻画的具体过程：第一步是生成如图6(a)所示的两个一维随机粗糙面，分别用于刻画椭圆的上下轮廓；第二步是根据图6(b)所示的椭圆轮廓，按比例在椭圆上下分别叠加两个随机粗糙面，得到如图6(c)所示新椭圆轮廓；第三步是根据新椭圆轮廓进行判定，当新椭圆轮廓处在原椭圆轮廓之内时，保留新椭圆轮廓，否则保留原椭圆轮廓，最终生成如图6(d)所示的裂缝轮廓。
[0140]
图7为不同粗糙程度时的裂缝变化图。图7(a)为相关长度固定，均方根高度变大时的情况；图7(b)为相关长度固定，均方根高度变小时的情况；图7(c)为均方根高度固定时，相关长度变大时的情况；图7(d)为均方根高度固定时，相关长度变小时的情况。通过图4(c)和图7对比，可以观察粗糙表面参数变化时，裂缝粗糙程度的变化情况。当相关长度l
x
和ly固定时，均方根高度δ2越大意味着表面越粗糙(图7(a))，反之均方根高度δ2越小意味着表面越光滑(图7(b))。而当均方根高度δ2固定时，相关长度l
x
和ly越小，表面相应方向也就越粗糙(图7(c))，反之相关长度l
x
或ly越大意味着表面相应方向越光滑(图7(d))。因此，基于随机粗糙表面的裂缝可以通过均方根高度δ2、相关长度l
x
或ly等参数对裂缝粗糙程度进行描述，
进而可以对裂缝粗糙特性进行定量研究。
[0141]
s4、基于所述具有空间形态的裂缝模型进行裂缝探测数值模拟。
[0142]
通过上述方法构建了所述具有空间形态的裂缝模型，并将该裂缝模型作为数值模型，开展裂缝探测数值模拟研究。裂缝探测的方法选择的是钻孔雷达，数值模拟方法选择的是时域有限差分方法。钻孔雷达是探地雷达的一种特殊形式，由于其天线位于钻孔中，可以更加靠近探测目标并且可以避免近地表风化层的影响。时域有限差分方法是由微分形式的麦克斯韦方程出发进行差分离散从而得到一组时域推进公式。
[0143]
为了进行时域有限差分方法计算，需要对不规则形体进行阶梯近似，使其符合正交网格，该过程也称为离散化。以图4(d)中的裂缝模型为例，进行离散化后的效果如图8所示。图8(a)与图4(d)相同，放于此处方便观察；图8(b)为裂缝模型离散化后的结果(网格尺寸0.1m)；图8(c)为裂缝和钻孔在模拟区域中的位置。
[0144]
模拟区域大小为8m
×
8m
×
16m，钻孔位于x＝4m，y＝1.5m处，见图8(c)。沿x＝4m的平面做切片，得到的切片图为图9。裂缝中填充的是空气，介电常数为ε0，电导率为0。围岩介电常数为4ε0，电导率为0.001s/m。本发明实施例主要研究波和介质的响应关系，故没有对钻孔和天线进行实际建模。激励源选择雷克子波，中心频率f0＝100mhz，网格尺寸δx＝δy＝δz＝0.1m，模拟区域网格数量为80
×
80
×
160，时间步长为0.16677ns。发射点开始时位于钻孔2.8m处，接收点位于发射点下方，相距1.6m。测量时，发射点和接收点同时向上移动，每次移动0.2m，总共移动60次。由于钻孔雷达测量的每一道都相互独立，可以很容易实现并行计算，其中使用了openmp来实现并行计算，从而充分利用计算机的计算资源，提高计算效率。最终得到的裂缝模拟结果见图10。
[0145]
如图11所示，本发明提供一种三维单体粗糙裂缝建模系统100，包括：
[0146]
轮廓处理模块110，用于通过一维随机粗糙面生成函数对预设的三维裂缝基本形状进行轮廓处理，得到轮廓不规则的裂缝模型。
[0147]
表面处理模块120，用于通过二维随机粗糙面生成函数对所述轮廓不规则的裂缝模型进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝模型。
[0148]
空间变换模块130，用于对所述表面粗糙不平的裂缝模型进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝模型。
[0149]
数值模拟模块140，用于基于所述具有空间形态的裂缝模型进行裂缝探测数值模拟。
[0150]
由于本发明上述实施例所描述的系统/装置，为实施本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置，故而基于本发明上述实施例所描述的方法，本领域所属技术人员能够了解该系统/装置的具体结构及变形，因而在此不再赘述。凡是本发明上述实施例的方法所采用的系统/装置都属于本发明所欲保护的范围。
[0151]
此外，本发明实施例还提供一种三维单体粗糙裂缝建模设备，包括：至少一个数据库；以及与至少一个数据库通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个数据库执行的指令，指令被至少一个数据库执行，以使至少一个数据库能够执行如上所述的一种三维单体粗糙裂缝建模方法。
[0152]
以及，本发明实施例提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，可执行指令被处理器执行时实现如上所述的一种三维单体粗糙裂缝建模方法。
[0153]
综上所述，本发明公开了一种三维单体粗糙裂缝建模方法、系统以及介质，本发明主要包括：(1)构建裂缝基本形状；其中，基本形状可以选择一种三维简单形体，优选椭球体作为裂缝基本形状；(2)裂缝轮廓处理；其中，根据步骤(1)中所选择的基本形状，对裂缝xoy面轮廓进行刻画，得到轮廓不规则的裂缝模型。(3)裂缝表面处理；其中，根据步骤(2)获得的裂缝基础上，对裂缝进行表面处理，得到表面粗糙不平的裂缝。(4)空间变换；其中，根据步骤(3)得到的裂缝，对裂缝进行空间变换，得到具有空间形态的裂缝。
[0154]
基于上述方案描述，可知本发明通过该建模方法得到的裂缝模型，能够同时体现粗糙、尖灭、不规则等特征，为后续开展裂缝数值模拟研究提供可靠的数值模型。
[0155]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0156]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
[0157]
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
[0158]
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0159]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0160]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。