前言

这一篇复现了师姐教的小例子，主要做的工作是对某矿区的一断层进行构造几何数值模拟。

一、三维地质建模

1.建立断裂构造几何模型

根据相关地勘数据在GOCAD中建立矿区断层的几何模型，这样的一个模型上是只包括空间定位信息的几何模型。

2.建立断裂计算网格模型

首先，自动生成一个六面体网格模型，这个模型的相关参数是根据断裂面的空间位置延长过来而确定的，这个模型的作用相当于是给断层面提供一个底面，来生成一个楔形体；

model new
model large off
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;horiton;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;;;;;;;;;;;;;;Create a hexahedron;;;;;;;;;;;;;
zone create brick size  (5 130 60) ...point 0 (, , -) ...point 1 (, , ) ...point 2 (, , ) ...point 3 (, , ) ...group 'layer0'
;;;;;;;;;;;;;;;Import fault;;;;;;;;;;;;;;;

导入断层面，连接断层面与立方体部分；而后删除原来的立方体（layer0）。

geometry   import "F:\\simulation references\\code\\fault_l.dxf";;;;;;;;;;;;;;;Generate hanging plate from fault;;;;;;;;;;;;;;
zone generate from-topography geometry-set 'fault_l' ...segments 16 ratio 1 direction (1 0 0) group 'layer1' slot '1Up'
;zone attach by-facezone delete range group 'layer0'
;zone group 'layer1' range group 'layer11' ;'layer00' or 'layer11'

导入断层面平移一定距离后的另一断层面（这两个面相当于是给断层面加上了一个厚度），然后继续按上面的方式建模。

geometry   import "F:\\simulation references\\code\\fault_r.dxf";;;;;;;;;;;;;;;Generate fault zone from the moved fault;;;;;;;;;;;;;;;
zone generate from-topography geometry-set 'fault_r' ...segments 4 ratio 1 direction (1 0 0) group 'layer3' slot '3Fault' ;;;;;;;;;;;;;;;Generate the rightmost face;;;;;;;;;;;;;;
geometry select 'surface4'
geometry polygon create by-positions ...(, , ) ...(, , ) ...(, , ) ...(, , );;;;;;;;;;;;;;;Generate bottom plate from the rightmost face;;;;;;;;;;;;;;;;
zone generate from-topography geometry-set 'surface4' ...segments 16 ratio 1 direction (1 0 0) group 'layer4' slot '4Down' zone geometry-tolerance 0.2
zone geometry-testzone attach by-facezone export "F:\\Fault_model.f3grid"

这样的建模过程大概是下面的过程：

二、数值模拟

1.定义摩尔-库伦本构模型

经典的摩尔-库伦材料最适合表达中、上地壳的流变性特征。选用摩尔库伦模型来表达地壳应力-应变行为。

new
config fluid thermalimpgrid 'F:\\Fault_model.f3grid'generate merge
attach facemodel mech mohr therm th_iso ;th_ac
model fluid fl_iso

2.定义力学参数

摩尔-库伦材料模型包括cohesion（粘聚力）、density（密度）、dilation（膨胀角）、friction（内摩擦角）、tension（抗张强度）、bulk（体积模量）、shear（剪切模量）这七个参数的力学性质；permeability （渗透系数）、 prosity （孔隙度）两个流体性质，以及spec_heat （热导率）、thexp （比热容）、u_thc（热膨胀系数）等热力学性质。这些参数根据岩石测试资料或实验数据确定。

set grav 0 0 -9.8  ;定义重力加速度; ---- 机械性质参数赋值 -----
prop cohesion 0 density 0 dilation 0 friction 0 tension 0 bulk 0 shear 0 range group layer1 ; 粘聚力、密度、膨胀叫、内摩擦角、抗张强度、体积模量、剪切模量
property
property; ----  流体性质参数赋值 ----
prop permeability 0 prosity 0 range group layer1 ; 渗透系数、孔隙度; ---- 热力学性质参数赋值 ----
prop conductivity 0 spec_heat 0 thexp 0 u_thc 0 range group layer1  ; 热导率、比热、热膨胀系数prop biot_c 1set fluid biot off

3.定义边界条件、初始条件

根据地质实测数据和实验数据，设置初始条件（压力场和温度场）和边界条件（变形速度和持续时间）形成了模拟模拟。温度场的设置包括地表温度、地热梯度和岩体温度等，压力场的设置包括地表大气压力、地压梯度和流体压力；

; ---- 初始条件 ----initial fmod 0 ftens 0 ften 0 initial sat 0 ;饱和度initial temp 0 grad 0 0 1  ; 温度initial pp 0 grad ; 孔压initial sxx 0 ; 初始应力状态; ---- 边界条件 ----
apply zforce 0apply xvel 0 range x -0.1 0.1fix pp 0 range z -0.1 0.1

4.模拟计算

进入时间循环，分别进行力学模型、流动模型和热传导模型的求解。

define newsolve(10)local iloop i (1,nbigsteps)commandset therm off fluid off mech onstep 5;5set mech off fluid off therm onstep 1;1set mech off therm off fluid onstep 2;2end_commandend_loop
end

总结

这一个小例子大致体现了成矿过程数值模拟的一个基本工作流程：①建立三维实体模型，根据地质描述修改完善；②选择本构模型，定义各种岩性力学水文和热力学参数；③设置初始条件、边界条件；④力热流耦合模拟实验。若模拟结果符合地质现象，再进一步对结果进行分析和解释，不符合的话再进一步修改相关参数及条件。

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