岩石各向异性波速三维全方位表征方法与声发射定位优化

摘要

为了探究岩石波速各向异性特征及其对声发射定位精度的影响，开展了大理岩与粉砂岩单轴压缩试验.单轴压缩过程中，大理岩几乎完全处于弹性阶段，平均波速保持基本不变，水平波速始终大于斜纵向波速，说明初始状态下纵向裂隙较少.粉砂岩在压密阶段，水平、斜纵向及平均波速均呈现增加趋势；在弹性阶段，水平波速及平均波速缓慢下降，说明该阶段岩石在纵向上已出现微小裂隙；在损伤阶段，水平、斜纵向与平均波速的快速减小表明裂隙已贯通.根据岩石不同方向波速演化特征提出了基于罗德里格矩阵的岩石各向异性波速三维椭球体表征方法，通过统计椭球体长轴与真实裂纹分布方位角，大理岩和粉砂岩波速椭球体77%以上的长轴方位角与裂纹方位角分布一致，说明该方法可应用于裂纹扩展预测.同时提出了结合各项异性波速演化特征的声发射定位方法，通过断铅试验确定该方法平均误差在大理岩中为1.89 mm，在粉砂岩中为2.76 mm.粉砂岩的定位误差大于大理岩，主要因为粉砂岩孔隙率较大、波速变化不稳定性强以及波速的各向异性更为严重.在两种岩石中本文方法相较于传统单纯形法和Geiger方法定位精度均提高了58%以上，验证了该定位方法的准确性.

关键词

罗德里格矩阵 / 波速 / 各向异性 / 三维表征 / 声发射定位

基金资助

国家自然科学基金资助项目（U2034206）; 国家重点研发计划资助项目（2022YFC3004601）