[發明專利]適用于地球物理動態模型試驗的相似材料的制備方法

在審

• 申請號: 201811596499.1
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109859608A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 李飛;程久龍;康慶濤;陳紹杰;潘建旭
• 申請（專利權）人: 華北科技學院
• 主分類號: G09B25/06
• 分類號: G09B25/06
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

本發明涉及適用于地球物理動態模型試驗的相似材料的制備方法，相似材料采用沙子、石膏、碳酸鈣、水、氯化鈉和云母粉，其中沙子、石膏、碳酸鈣和水的用量由原型力學參數決定，氯化鈉的用量由原型電性參數、沙子、石膏、碳酸鈣和水的用量共同決定，制備方法包括以下步驟：建立地質地球物理模型→確定相似常數→計算沙子、碳酸鈣、石膏和水的用量→根據幾何相似常數將原型每一塊的尺寸轉換為模型每一塊的尺寸→確定模型每一塊的沙子、碳酸鈣、石膏、水的用量比例→確定模型每一塊的沙子、碳酸鈣、石膏和水的質量→計算氯化鈉用量→稱取每一塊模型所需沙子、碳酸鈣、石膏、氯化鈉和水的質量→攪拌→裝模→拆模→常溫干燥，即可得到所需相似材料模型。

技術領域

本發明涉及地質與勘探地球物理領域，尤其涉及一種適用于地球物理動態模型試驗的相似材料的制備方法。

背景技術

模型試驗是地球物理研究的重要方法，其中相似材料的選取和制備是關鍵。傳統地球物理模型試驗方法包括水槽法和土(砂)槽法，用水或土(砂)做均勻介質來模擬均勻圍巖，用金屬和石墨等模擬低電阻率異常體，用環氧樹脂和有機玻璃等模擬高電阻率異常體。近年來發展了一些改進的地球物理模型試驗方法。例如：中國礦業大學姜志海等采用鹽水作為相似材料，建立了全空間瞬變電磁超前探測物理模型；山東大學聶利超等以粉質黏土、碎石和水泥作為相似材料，制作了多元地球物理場綜合探測模型。以上相似材料主要實現的是地球物理靜態模型的模擬。

地球物理動態模型試驗需要模型材料同時滿足力學相似條件和電性相似條件，使模型的變形破壞與實際巖層的變形破壞滿足一定的相似條件，同時模型的電阻率與實際巖層電阻率也滿足一定的相似條件。目前，用不同配比的沙子、石膏、碳酸鈣和水作為相似材料進行力學模型試驗方法已經比較成熟；用水槽和土(砂)槽等進行地球物理模型試驗也比較成熟。但是，還沒有能同時定量滿足力學相似條件和電性相似條件的相似材料及制備方法，難以滿足地球物理動態模型試驗的需要。

發明內容

針對上述現有相似材料的不足，本發明提供一種可以同時定量滿足力學相似條件和電性相似條件的適用于地球物理動態模型試驗的相似材料的制備方法,，以解決常規相似材料難以實現地球物理動態模型試驗的問題。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：適用于地球物理動態模型試驗的相似材料的制備方法，相似材料采用沙子、石膏、碳酸鈣、水、氯化鈉和云母粉，其中沙子、石膏、碳酸鈣和水的用量由原型力學參數決定，氯化鈉的用量由原型電性參數、沙子、石膏、碳酸鈣和水的用量共同決定，制備方法包括以下步驟：

步驟1)建立地質地球物理模型：將原型分塊，確定分塊數量，、每一塊的尺寸位置、抗拉強度、抗壓強度、密度和電阻率；所述分塊數量和每一塊的尺寸位置根據實驗需要確定，所述每一塊的抗拉強度和抗壓強度根據原型巖石力學試驗結果確定，所述每一塊的電阻率根據原型電阻率測井資料確定；

步驟2)采用現有方法確定相似常數：根據原型大小、力學參數和模具尺寸，確定幾何相似常數、容重相似常數、強度相似常數和彈性相似常數；

步驟3)計算沙子、碳酸鈣、石膏和水的用量：根據幾何相似常數，將原型每一塊的尺寸轉換為模型每一塊的尺寸；采用現有方法，根據力學相似常數和力學參數，確定模型每一塊的沙子、碳酸鈣、石膏和水的用量比例；根據模型每一塊的尺寸和沙子、碳酸鈣、石膏和水的用量比例，確定模型每一塊的沙子質量、碳酸鈣質量、石膏質量和水的質量；

步驟4)計算氯化鈉用量：計算每一塊的沙子質量百分含量S，石膏質量百分含量G，估計模型干燥時間t；將每一塊模型的電阻率ρ、沙子質量百分含量S、石膏質量百分含量G和干燥時間t帶入公式C＝exp(0.91×(-9.37+0.22S-1.2G+1.73ln(0.25t)-ln(ρ)))，得到每一塊的氯化鈉溶液濃度C；將每一塊氯化鈉溶液濃度C乘以每一塊模型水的質量得到每一塊模型的氯化鈉的質量；所述沙子質量百分含量為沙子質量除以沙子、碳酸鈣和石膏質量之和；所述石膏質量百分含量為石膏質量除以沙子、碳酸鈣和石膏質量之和；