一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置的制造方法
【專利說明】一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置
[0001]本申請為申請號2015100566004，申請日為2015年2月3日的“一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置”的分案申請。
技術領域
[0002]本發明地球物理勘探技術領域，具體涉及一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗
目.ο
【背景技術】
[0003]由橫波特有的運動學和動力學特征決定，其對于產布有礫卵石層和第四紀天然氣藏的復雜地層具有較高的分辨率和穿透力，常被應用于工程地震勘探中，能較好地反映勘探場地的地質一地球物理表征。常規使用的震源槍、可控震源、人力震源等各有利弊，如震源槍激發能量大，但不安全且使用環境受限制；可控震源工作安全，但成本高且不適用于建構筑物密集城區；人力震源使用便利，但激發能量小且能量輸出不穩定；等等。
[0004]上述用于地震勘探的設備比較常見，應用該種勘探設備的勘探研究也較廣泛，但是對于含有大量的石油和天然氣的前陸盆地和三角洲重力滑動構造尚沒有深入研究。隨著石油開采的深入，對于前陸盆地和三角洲重力滑動構造越發顯得迫切。
【發明內容】
[0005]為了解決上述技術問題，本發明提供一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置，其目的在于基于模擬在盆地演化過程中超壓泥巖層迀移作用下盆地構造演化的砂箱物理模擬，可以實現模擬三維前陸盆地和三角洲重力滑動構造演化中超壓泥巖迀移現象。
[0006]依據本發明的第一方面，提供一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置，其為模擬超壓地層迀移條件下塑性變形構造特征的砂箱物理模擬實驗裝置，其包括模型模塊和地層超壓加載模塊；其中:模型模塊用于放置模擬盆地構造的粒徑20目干燥石英砂和粒徑40目干燥石英砂，粒徑20目干燥石英砂用于模擬正常地層壓力的巖層，粒徑40目干燥石英砂用于模擬形成異常超壓地層的巖層；粒徑40目干燥石英砂的鋪設范圍決定了異常超壓地層的分布范圍，應根據實際模擬實驗目的的需要進行鋪設；地層超壓加載模塊用于對模型砂體注入空氣，由于粒徑20目干燥石英砂與粒徑40目干燥石英砂的滲透性差異，而使粒徑40目干燥石英砂的內部形成異常超壓，從而模擬超壓地層的塑性變形。
[0007]進一步地，模型模塊包括實驗容器1、底部金屬網2、粒徑20目干燥石英砂11和粒徑40目干燥石英砂12 ;實驗容器I為長方體，尺寸為Im長*0.2m寬*0.3m高，頂部敞開，周圍四面為玻璃板，分別為正面玻璃板131、背面玻璃板132、左側玻璃板133和右側玻璃板134 ;正面玻璃板131和背面玻璃板132尺寸相同，為Im長*0.3m寬，左側玻璃板133和右側玻璃板134尺寸相同，為0.2m長*0.3m寬；底部金屬網2為鋼鐵材質，尺寸為Im長*0.2m寬，網格為正方形，孔徑小于50m ;四塊擋板玻璃與底部金屬網2通過粘結組成長方體容器。根據實驗設計，發育地層超壓的部位鋪滿粒徑40目干燥石英砂12，再均勻鋪蓋粒徑20目干燥石英砂11 ;底部金屬網2能夠使空氣透過并向上流動，而容器內的砂體不會向下漏失。
[0008]更近一步地，超壓流體加載模塊包括氣體分隔器3、橡膠管4、閥門5、氣體流速表
6、總輸氣管7、氣體緩沖器8、氣壓表9和氣栗10 ;氣體分隔器3為長方體容器，整體尺寸為Im長*0.2m寬*5cm高，六面均為鋼鐵材質；氣體分隔器3放在底部金屬網2之下，長寬對齊；氣體分隔器3內部由15塊0.2m(米)長*5cm(厘米)寬的金屬擋板豎立橫向放置，將氣體分隔器3均勻分為16個0.2m長*6.25cm寬的獨立格子；每個格子上部開0.2m長*2mm寬的縫隙，使格子內的氣體可以先通過縫隙，再通過底部金屬網2進入實驗容器I ;氣體分隔器3的前金屬板301在高2.5cm、左起3.125cm處鉆直徑5_小孔，之后保持2.5cm高，每隔6.25cm鉆直徑5mm小孔15個，共計16個小孔沿實驗臺長邊方向依次排成一排，并在水平和垂直方向上對齊，每個小孔分別對應一個獨立的格子，使格子內的氣體可以通過小孔與外界交換。
[0009]每個小孔內插入橡膠管4，并使橡膠管4外表面與氣體分隔器3的前金屬板301密封；16個橡膠管4分別連接相應的閥門5和氣體流速表6，使空氣分別通過每個橡膠管4的流速可以通過閥門5控制，并通過氣體流速表6顯示流速；將16個橡膠管4末端全部相通并與總輸氣管7相連；總輸氣管7為銅管，口徑1cm，總輸氣管7末端連接氣體緩沖器8 ;氣體緩沖器8頂部與氣栗10相連，通過氣栗10向氣體緩沖器8栗入空氣，驅使空氣通過總輸氣管7分別進入氣體分隔器3內的獨立格子。
[0010]氣體緩沖器8是一個空的圓柱體塑料容器，容量為60L，作用是使氣體的壓力和流速保持穩定，防止氣體壓力過大或者提高過快破壞實驗砂體。在氣體緩沖器上部連接氣壓表9以用來檢測氣體緩沖器的壓力，當壓力過大時自動泄壓。
[0011]依據本發明的第二方面，提供使用上述用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置的方法，其包括下列步驟:
[0012]第一步，根據實際盆地尺寸，按照1:105比例縮小得出實驗體的尺寸，根據實際盆地沉積地層厚度和形態鋪設實驗砂體，其中發生超壓作用的地層用細粒的干燥石英砂粒徑40目模擬，其他常壓地層用粗粒的干燥石英砂粒徑20目或更大模擬；
[0013]第二步，先設定氣壓表的最大實驗氣壓，關閉氣體分隔器上橡膠管的閥門，關閉總輸氣管的閥門，打開氣栗，此后打開總輸氣管的閥門，逐漸打開橡膠管的閥門，調節速度不可過快，在調節過程中通過氣體流速表監測氣體分隔器內各個格子的流速，直至達到實驗所需為止，此時超壓地層由脆性特征轉變為塑性特征，實驗開始；
[0014]第三步，實驗過程中可從模型的各個側面觀察和記錄；實驗結束后，保持橡膠管的閥門不動，先關閉總輸氣管的閥門，待氣體停止流動后，再關閉橡膠管的閥門，此時超壓層不再具有塑性，可對實驗砂體噴水定型后切片觀察盆地模型內部結構。
[0015]使用本發明的用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置及其使用方法，可以實現在調節超壓泥巖層位置和超壓強度的盆地構造演化模擬實驗，能夠在實驗過程中隨盆地變形特征調節超壓泥巖層的位置和因超壓引起的塑性程度，進行前陸盆地或三角洲重力滑動構造的演化模擬。根據具體實驗所需，僅一次鋪設實驗材料，即可進行整個地質歷史時期的盆地構造演化，實驗過程中能夠調節材料的超壓特征，代替了以往裝置的多次重新設計和制造，有效的降低了實驗成本，并且能夠實現更多特征的盆地構造模擬，具有很高的社會和經濟效益。應用模擬超壓塑性泥巖變形特征的砂箱物理模擬實驗裝置，大幅度提高了實驗材料的利用率，降低了單次盆地構造模擬的成本，其結構模塊化，制造和操作簡單，具有經濟性和模型多樣化的特點，彌補了現有技術中無法實現實驗過程中塑性層迀移、必須分階段多次進行實驗，容易材料浪費的不足之處。
【附圖說明】
[0016]附圖1為依據本發明的用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。另外地，不應當將本發明的保護范圍僅僅限制至下述具體結構或部件或具體參數。
[0018]前陸盆地和三角洲重力滑動構造中都含有大量的石油和天然氣，其中盆地構造演化控制了地層的沉積和后期改造，斷裂構造活動控制了烴源巖的沉積和埋存，儲層的沉積和改造，油氣從源巖到儲層的運移通道，油氣藏形成之后的蓋層保存條件。因此油氣的生成、運移和保存無一不受控于構造演化，對前陸盆地和三角洲重力滑動構造的構造研究有重要意義，其中構造物理模擬是盆地斷裂構造的重要研究手段。盆地中的地層超壓會導致巖石產生塑性特征，從而影響和控制盆地的構造演化；超壓主要形成于泥巖層中，是由于泥巖的快速埋存，孔隙水未能排出產生的。進一步地，超壓現象是上覆地層引起的，隨著上覆地層的新生沉積，例如三角洲前積作用，泥巖超壓也隨之發生迀移現象。目前，國內外學者都使用硅膠模擬超壓泥巖層，取得了較好的效果，但硅膠只能一次性鋪設，無法模擬超壓泥巖地層的迀移現象。
[0019]本發明的用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置，主要解決現有技術中沒有能夠進行超壓地層塑性變形構造模擬實驗中，地層前積或退積引