本发明涉及干热岩开采诱发地震领域，尤其涉及一种干热岩开采诱发地震机理分析方法和系统。
背景技术：
1、目前，对干热型地热资源的开发主要利用增强型地热系统egs来提取其内部热量，作为egs干热岩储层改造的关键技术，水力压裂的目的是在注入井和生产井之间构建人造裂缝体系，但在高压注水增缝过程中将导致断层或裂缝产生新的不稳定状态，可能诱发有感甚至破坏性地震，不仅会造成严重的人员伤害和经济损失，而且给能源开采带来很大的负面影响，这是大规模地热开发必然面临的安全问题。
2、干热岩地热开采诱发地震是一个水力压裂缝扩展诱发远场断层活化的一个动态“黑箱”演化过程，要想打开“黑箱”揭示诱震机理，必须要对裂缝源进行精准表征并定量刻画其扩展时空动态过程。在干热岩压裂裂缝扩展过程中会伴随有以弹性波向外界释放应变能的现象，称为声发射/微震。声发射/微震技术是通过对伴生波形数据深入挖掘来推演岩体破裂的时空演化进程，在岩石破裂机理、压裂裂缝扩展及灾害预报研究方面得到了广泛应用。如：专利cn114137600b提供了一种利用微震监测数据反演岩石破裂机理及失稳预测方法；专利cn113885073a公布了一种基于原始波形的岩石断裂及压裂声发射精细化分析方法；专利cn106154307a、cn112964787a分别公布了一种基于声发射、微震矩张量判识实验室及现场煤岩裂纹属性及冲击失稳模式的方法等。上述成果利用声发射/微震监测干热岩压裂过程及其诱发地震机理提供了借鉴。
3、然而，目前上述方法对声发射/微震数据的分析还多停留在以空间定位点趋势为主的“点到为止”阶段，即动裂缝源表示为一系列的“小圆点”，通过“小圆点”的空间分布及其时变趋势来可视化展示裂缝起裂、扩展、贯通到宏观主破裂的演化过程。而实际上，干热岩压裂缝是一个结构面，如何利用声发射/微震数据来对压裂缝结构面取向、运动方向、类型等源头参数进行反演表征，并再现干热岩压裂诱发地震渐进演化过程等仍缺乏有效方法；此外，干热岩开采诱发地震包括压裂缝网扩展、断层活化致震两个过程，而目前基于微震/声发射信号对岩体失稳灾害预测方法大都直接采用采集到所有信号，而无法将两个过程信号有效区分，这导致对诱发地震预报的针对性不强、适用性不高，难以满足实际需求。
4、上述问题的突破急需一种基于缝源参数反演的干热岩开采诱发地震过程分析方法，其有助于从源头解译干热岩压裂致震演化过程及机理，并对精准识别诱发地震时空前兆具有重要意义。
技术实现思路
1、本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种干热岩开采诱发地震机理分析方法和系统，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。
2、本发明的一个目的在于提出一种干热岩开采诱发地震机理分析方法，包括如下步骤：
3、s10：制备含断层弱面的干热岩试样，其中，试样由具有倾角的上下两部分组成，两部分通过粘合剂粘结形成完整的正方体试验，两部分间粗糙接触面即为预制断层面；
4、s20：将制备好的干热岩试样放入高温真三轴模拟加载试验系统中进行加载，并同步采集全过程的声发射波形信号数据；其中，高温真三轴模拟加载试验系统包括：三轴加载装置、注水压裂控制装置和声发射采集仪，三轴加载装置内部限定出三轴加载腔，且三轴加载装置的上端开设有与所述注水压裂控制装置相连通的注水钻孔和回水钻孔；
5、s30：对采集的声发射波形信号数据进行处理，定位计算干热岩压裂诱发地震全过程中动裂缝空间位置，由张剪破裂震源机制反演方法定量获取动裂缝事件的尺寸、类型和方位的源头参数；
6、s40：由声发射定位获得的动裂缝空间分布对干热岩压裂的动态影响范围进行圈定，形成干热岩压裂缝扩展的事件集e1；根据动裂缝与断层面距离与夹角、运动方位和张剪体积比确定断层活化的有效动裂隙事件，组成断层活化致震事件集e2，由e2空间分布来判识压裂激发断层活化区域；
7、s50：由步骤s30获得的动裂缝位置、尺寸、方位三维表征干热岩压裂裂缝扩展及断层活化的空间展布形态，由步骤s40确定的断层活化致震事件集e2中事件数的时变演化规律来识别干热岩开采诱发地震前兆特征，从源头再现干热岩开采诱发地震时空演化过程。
8、在本发明的一个示例中，所述步骤s30包括如下步骤：
9、s31:提取第i个动裂隙事件所有通道采集到的声发射波形，筛选信噪比高、初动明显的通道波形数据进行处理分析；
10、s32:采用到时拾取算法提取筛选出的第i个事件、第j个通道的声发射p波初至到时tij和初动幅值vij；
11、s33:由定位算法计算压裂致震全过程中的第i个动裂缝的空间位置(xi,yi,zi)；
12、s34:由张剪破裂震源机制反演方法定量获取第i个动裂缝事件的尺寸(包括新生裂缝面积δs、体积δv)、张剪类型(包括张拉体积vn、剪切体积vt及拉剪比k)、方位取向(包括裂缝面法向n(nx,ny,nz)及运动方向m(mx,my,mz))的源头参数；
13、s35：重复上述步骤s31-s34，直到完成对所有动裂隙事件的声波数据处理。
14、在本发明的一个示例中，在步骤s34中，动裂隙的尺寸、张剪类型、方位取向的源头参数的计算公式如下：
15、
16、其中，λ和μ为介质拉梅常数；m1、m2、m3分别为矩张量的最大、中间及最小特征值；n和m是在矩张量主轴坐标系下的裂缝面法向和运动方向。
17、在本发明的一个示例中，动裂隙矩张量m的计算公式如下：
18、
19、其中，vp为拾取的初动幅值；sa为传感器灵敏度系数；ζ为拉格朗日乘子；χ1、χ2、χ3分别为矩张量的三个不变量；ω为试样弹性常数相关系数；r、γ分别为破裂源与观测点位置的空间距离及方向余弦；ρ和cp为分别为介质密度和波速；tu为上升时间。
20、在本发明的一个示例中，动裂缝的张剪破坏属性可根据拉剪体积比k值进行判断：当0<k<0.2时，判断为张拉破裂类型；当0.2≤k<1时，判断为复合破裂-张拉占主类型；当1<k≤5时，判断为复合破裂-剪切占主类型；当k>5时，判断为剪切破裂类型。
21、在本发明的一个示例中，在所述步骤s40中，由步骤声发射定位获得的动裂缝空间分布对干热岩压裂的动态影响范围进行圈定，形成干热岩压裂缝扩展的事件集e1包括如下步骤：
22、s41:计算第i个动裂隙事件点f(xi,yi,zi)与注水钻孔和回水钻孔最深端y1和y2连结直线间的最小距离di1：
23、
24、其中，α为向量y1y2和向量y1f之间的夹角的计算公式如下：
25、
26、其中，(xr,yr,zr)、(xe,ye,ze)点y1和点y2的坐标；
27、s42：计算第i个动裂隙事件点f(xi,yi,zi)到断层面g1g2g3g4的最小距离di2：
28、
29、其中，l为试样的边长；(0,0,z1)、(l,0,z2)、(l,l,z3)和(0,l,z4)分别为断层平面与试样边线的交点g1、g2、g3、g4的坐标；t为断层平面的法向量，其可表示为：
30、
31、s43:若第i个动裂隙事件满足di1<εdi2(其中ε为比例系数，其取值范围ε≥1)时，即动裂隙事件更靠近注、回水间的水力缝网，将其圈定到注水压裂动态影响范围内；
32、s44：重复上述步骤s41-s43，对所有的动裂缝进行圈定，则满足s43中条件的所有动裂隙事件组成干热岩压裂缝扩展的事件集e1。
33、在本发明的一个示例中，在步骤s40中，确定断层活化的有效动裂隙事件，需满足以下条件：
34、(a)第i个动裂隙事件不属于裂缝扩展的事件集e1，即第i个动裂隙到注回水孔直线y1y2的最短距离和到断层面的最短距离满足di1≥εdi2；
35、(b)第i个动裂隙事件的破裂类型为剪切型或复合型-剪切分量占优，即张拉和剪切体积分量满足vn<vt，或拉剪比k<1；
36、(c)第i个动裂隙事件的空间取向与预制断层面取向相接近，即动裂隙空间取向与预制断层面的夹角β1小于预设值β01(β1<β01)，其中β1由反演方法的裂缝面法向n与断层法向量t计算：
37、
38、(d)第i个动裂隙事件的运动方向与预制断层面取向相接近，即动裂隙事件的运动方向与预制断层面的夹角β2小于预设值β02(β2<β02)，其中β2由反演方法的裂缝面运动方向m与断层法向量t计算：
39、
40、其中，当满足上述条件(a)且同时(b)、(c)、(d)条件中两个及以上时，可判定第i个动裂隙事件为断层活化的有效事件。
41、在本发明的一个示例中，在步骤s50中，由动裂缝位置、尺寸、方位三维表征干热岩压裂裂缝扩展及断层活化的空间展布形态的方法包括如下步骤：
42、以定位得到的动裂缝位置(x,y,z)为圆心绘制裂缝展布形态表征圆，其中表征圆半径r与动裂缝体积δv的立方根成正比(即r＝ηδv1/3，η为图像比例系数)；
43、选取参考投影面，将反演得到动裂隙法向n沿参考投影面进行投影得到新向量n’，用表征圆中与n’垂直的直径线表征裂缝面取向；同样的，将反演得到动裂隙运动方向m也在参考投影面上投影得到新向量m’，在表征圆中用方向为m’的双箭头线对动裂隙面运动方向进行表示。
44、在本发明的一个示例中，在步骤s50中，干热岩开采诱发地震前兆特征识别方法包括如下步骤：
45、绘制干热岩压裂全过程中所有采集到的动裂隙事件率、累计裂缝体积的参数随时间的变化曲线，当动裂缝事件率超过预设临界值且累计裂缝体积增长速率超过预设斜率的时刻t1，其可以视为干热岩开采诱发地震的长期前兆时间点；
46、绘制断层活化致震事件集e2中的动裂缝事件率、累计裂缝体积的参数随时间的变化曲线，当事件率超过预设临界值且累计裂缝体积增长速率超过预设斜率的时刻t2，其可以视为干热岩开采诱发地震的短临前兆时间点。
47、本发明的另一个目的在于提出一种干热岩开采诱发地震机理分析系统，包括：
48、试验制备模块，配置为用于制备含断层弱面的干热岩试样，其中，试样由具有倾角的上下两部分组成，两部分通过粘合剂粘结形成完整的正方体试验，两部分间粗糙接触面即为预制断层面；
49、信号采集模块，配置为用于将制备好的干热岩试样放入高温真三轴模拟加载试验系统中进行加载，并同步采集全过程的声发射波形信号数据；其中，高温真三轴模拟加载试验系统包括：三轴加载装置、注水压裂控制装置和声发射采集仪，三轴加载装置内部限定出三轴加载腔，且三轴加载装置的上端开设有与所述注水压裂控制装置相连通的注水钻孔和回水钻孔；
50、信号处理模块，配置为用于对采集的声发射波形信号数据进行处理，定位计算干热岩压裂诱发地震全过程中动裂缝空间位置，由张剪破裂震源机制反演方法定量获取动裂缝事件的尺寸、类型和方位的源头参数；
51、断层活化识别模块，配置为用于由声发射定位获得的动裂缝空间分布对干热岩压裂的动态影响范围进行圈定，形成干热岩压裂缝扩展的事件集e1；根据动裂缝与断层面距离与夹角、运动方位和张剪体积比确定断层活化的有效动裂隙事件，组成断层活化致震事件集e2，由e2空间分布来判识压裂激发断层活化区域；
52、地震时空演化模块，配置为用于由信号处理模块获得的动裂缝位置、尺寸、方位三维表征干热岩压裂裂缝扩展及断层活化的空间展布形态，由断层活化识别模块确定的断层活化致震事件集e2中事件数的时变演化规律来识别干热岩开采诱发地震前兆特征，从源头再现干热岩开采诱发地震时空演化过程。
53、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
54、1、本发明提供了一种基于动裂缝位置、类型、尺度及取向等源头参数的干热岩压裂诱发地震过程分析新方法，将传统基于声发射/微震信号对岩体破裂的点刻画拓展延伸至对三维结构面表征，能更直观地展示干热岩压裂到断层活化致震的全过程，有助于从源头解译诱发地震的“黑箱”演化机理。
55、2、本发明综合利用了动裂缝与断层面距离及其夹角、动裂隙面方位、张剪破裂类型等源头信息，将干热岩压裂缝扩展、断层活化致震两个过程声波信号进行了有效区分，划分了对应的动裂隙事件集合，并根据两类事件集中动裂缝事件率、累计体积变化等时变曲线对干热岩开采诱发地震的长期及短临时间前兆进行识别。本发明对诱发地震时空前兆识别更具针对性，有助于显著提升干热岩开采诱发地震预报的准确性。
56、3、本发明采用了张剪破裂震源机制反演方法，其考虑破裂源的产生、传播到接收的全过程，能直接获得动裂隙的破裂体积(包括张拉体积分量及剪切体积分量)、新生面积、结构面法向、运动方向矢量等直接源头参数，反演得到的参数精度更高；在破裂张剪类型判识中采用裂缝拉剪体积比k值进行，其直接和张拉破裂和剪切破裂分量关联，具有物理意义明确的优点。
57、4、本发明中基于缝源参数反演的分析方法虽针对干热岩开采诱发地震提出的，但方法中声波数据处理与识别、破裂源定位、动裂隙参数反演、不同信号有效区分、破裂源三维表征等一整套流程具有通用性和可借鉴性，不仅适用于干热岩开采诱发地震过程分析，还可以为煤岩动力灾害机理、边坡失稳预警、压裂缝网改造监测等一系列岩石破裂共性问题研究提供数据处理经验及借鉴参考。
58、下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更加详尽的描述，以便能容易理解本发明的特征和优点。
1.一种干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，
4.根据权利要3所述的干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，
7.根据权利要求1所述的干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的干热岩开采诱发地震机理分析方法，其特征在于，
10.一种干热岩开采诱发地震机理分析系统，其特征在于，包括：
