一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利說(shuō)明】一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置
[0001]本申請(qǐng)為申請(qǐng)?zhí)?015100547179，申請(qǐng)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(shí)驗(yàn)裝置”的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)
目.ο
【背景技術(shù)】
[0003]由橫波特有的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征決定，其對(duì)于產(chǎn)布有礫卵石層和第四紀(jì)天然氣藏的復(fù)雜地層具有較高的分辨率和穿透力，常被應(yīng)用于工程地震勘探中，能較好地反映勘探場(chǎng)地的地質(zhì)一地球物理表征。常規(guī)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(fā)能量大，但不安全且使用環(huán)境受限制；可控震源工作安全，但成本高且不適用于建構(gòu)筑物密集城區(qū)；人力震源使用便利，但激發(fā)能量小且能量輸出不穩(wěn)定；等等。
[0004]上述用于地震勘探的設(shè)備比較常見，應(yīng)用該種勘探設(shè)備的勘探研究也較廣泛，但是對(duì)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(dòng)構(gòu)造尚沒有深入研究。隨著石油開采的深入，對(duì)于前陸盆地和三角洲重力滑動(dòng)構(gòu)造越發(fā)顯得迫切。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其目的在于基于模擬在盆地演化過(guò)程中超壓泥巖層迀移作用下盆地構(gòu)造演化的砂箱物理模擬，可以實(shí)現(xiàn)模擬三維前陸盆地和三角洲重力滑動(dòng)構(gòu)造演化中超壓泥巖迀移現(xiàn)象。
[0006]依據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其為模擬超壓地層迀移條件下塑性變形構(gòu)造特征的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)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(gòu)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(shè)范圍決定了異常超壓地層的分布范圍，應(yīng)根據(jù)實(shí)際模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡男枰M(jìn)行鋪設(shè)；地層超壓加載模塊用于對(duì)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(nèi)部形成異常超壓，從而模擬超壓地層的塑性變形。
[0007]進(jìn)一步地，用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置包括實(shí)驗(yàn)容器、底部金屬網(wǎng)、氣體分隔器、橡膠管、閥門、氣體流速表、總輸氣管、氣體緩沖器、氣壓表、氣栗；其中，實(shí)驗(yàn)砂體放置于實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)，氣體分隔器位于實(shí)驗(yàn)容器下部，分隔成若干個(gè)格子，每個(gè)格子內(nèi)部的氣壓獨(dú)立，底部金屬網(wǎng)承托實(shí)驗(yàn)砂體，將實(shí)驗(yàn)砂體和下部的氣體分隔器連通，實(shí)驗(yàn)砂體不能通過(guò)底部金屬網(wǎng)，同時(shí)空氣可透過(guò)金屬網(wǎng)向上運(yùn)動(dòng)，氣體分隔器的每個(gè)格子通過(guò)單獨(dú)的橡膠管連接氣體流速表和閥門，閥門控制氣體流速，用氣體流速表監(jiān)測(cè)氣體流速，閥門的另一端用橡膠管連接氣體緩沖器，氣體緩沖器是體積較大的容器，起緩沖作用使氣體壓力和流速穩(wěn)定，氣體緩沖器上安裝氣壓表，監(jiān)測(cè)緩沖器內(nèi)氣壓，使用氣栗向氣體緩沖器充氣，提供高氣壓；通過(guò)閥門控制每個(gè)氣體分隔器的氣體流速及壓力，使氣體透過(guò)底部金屬網(wǎng)向?qū)嶒?yàn)容器內(nèi)的砂體注入空氣，砂體分為粗砂和細(xì)砂，其中細(xì)砂由于滲透率低于粗砂在空氣作用下發(fā)生超壓，產(chǎn)生塑性特征，能夠模擬前陸盆地和三角洲重力滑動(dòng)構(gòu)造的超壓地層，實(shí)現(xiàn)盆地模擬實(shí)驗(yàn)。
[0008]依據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)、氣流供給裝置兩部分，地層超壓的模擬通過(guò)氣流供給裝置控制實(shí)驗(yàn)砂體不同位置的氣流大小，對(duì)超壓層的超壓程度及塑性進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)前陸盆地或三角洲重力滑動(dòng)構(gòu)造的砂箱物理模擬；實(shí)驗(yàn)臺(tái)是放置實(shí)驗(yàn)砂體的桌面，自重較大，穩(wěn)定，底板等間距開孔，通過(guò)橡膠管與氣流供給裝置連接；氣流供給裝置通過(guò)氣栗提供穩(wěn)定的氣流，利用閥門對(duì)氣流進(jìn)行減速，從而控制實(shí)驗(yàn)砂體不同位置的氣流速度，即流體超壓程度；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可從頂面和側(cè)面觀察實(shí)驗(yàn)進(jìn)行情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可用藥水浸漬砂體使之固結(jié)，對(duì)砂體切片進(jìn)行水平剖面和縱剖面的觀察。
[0009]依據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種使用上述用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置的方法，其包括下列步驟:
[0010]首先根據(jù)物理模擬相似比(通常為1:105)計(jì)算模型所需尺寸，用細(xì)砂模擬超壓塑性地層，粗砂模擬常壓脆性地層，當(dāng)注入空氣時(shí)，超壓產(chǎn)生，細(xì)砂層在重力驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生塑性變形，模擬盆地構(gòu)造，各個(gè)地層之間利用不同顏色的染料加以區(qū)別，并且易于觀察構(gòu)造變形，實(shí)驗(yàn)過(guò)程可填入砂體模擬運(yùn)動(dòng)期的新生沉積地層或手動(dòng)模擬剝蝕現(xiàn)象；用相機(jī)記錄實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用藥水浸漬砂體使之固化，切割之后觀察內(nèi)部剖面，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和總結(jié)。
[0011]依據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供使用上述用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置的方法，其包括下列步驟:
[0012]第一步，根據(jù)實(shí)際盆地尺寸，按照1:105比例縮小得出實(shí)驗(yàn)體的尺寸，根據(jù)實(shí)際盆地沉積地層厚度和形態(tài)鋪設(shè)實(shí)驗(yàn)砂體，其中發(fā)生超壓作用的地層用細(xì)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(shè)定氣壓表的最大實(shí)驗(yàn)氣壓，關(guān)閉氣體分隔器上橡膠管的閥門，關(guān)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(diào)節(jié)速度不可過(guò)快，在調(diào)節(jié)過(guò)程中通過(guò)氣體流速表監(jiān)測(cè)氣體分隔器內(nèi)各個(gè)格子的流速，直至達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需為止，此時(shí)超壓地層由脆性特征轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄蕴卣?，?shí)驗(yàn)開始；
[0014]第三步，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可從模型的各個(gè)側(cè)面觀察和記錄；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，保持橡膠管的閥門不動(dòng)，先關(guān)閉總輸氣管的閥門，待氣體停止流動(dòng)后，再關(guān)閉橡膠管的閥門，此時(shí)超壓層不再具有塑性，可對(duì)實(shí)驗(yàn)砂體噴水定型后切片觀察盆地模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0015]使用本發(fā)明的用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置及其使用方法，可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)節(jié)超壓泥巖層位置和超壓強(qiáng)度的盆地構(gòu)造演化模擬實(shí)驗(yàn)，能夠在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨盆地變形特征調(diào)節(jié)超壓泥巖層的位置和因超壓引起的塑性程度，進(jìn)行前陸盆地或三角洲重力滑動(dòng)構(gòu)造的演化模擬。根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)所需，僅一次鋪設(shè)實(shí)驗(yàn)材料，即可進(jìn)行整個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期的盆地構(gòu)造演化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠調(diào)節(jié)材料的超壓特征，代替了以往裝置的多次重新設(shè)計(jì)和制造，有效的降低了實(shí)驗(yàn)成本，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更多特征的盆地構(gòu)造模擬，具有很高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用模擬超壓塑性泥巖變形特征的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置，大幅度提高了實(shí)驗(yàn)材料的利用率，降低了單次盆地構(gòu)造模擬的成本，其結(jié)構(gòu)模塊化，制造和操作簡(jiǎn)單，具有經(jīng)濟(jì)性和模型多樣化的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中塑性層迀移、必須分階段多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，容易材料浪費(fèi)的不足之處。
【附圖說(shuō)明】
[0016]附圖1為依據(jù)本發(fā)明的用于地震勘探的砂箱物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。另外地，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明的保護(hù)范圍僅僅限制至下述具體結(jié)構(gòu)或部件或具體參數(shù)。
[0018]前陸盆地和三角洲重力滑動(dòng)構(gòu)造中都含有大量的石油和天然氣，其中盆地構(gòu)造演化控制了地層的沉積和后期改造，斷裂構(gòu)造活動(dòng)控制了烴源巖的沉積和埋存，儲(chǔ)層的沉積和改造，油氣從源巖到儲(chǔ)層的運(yùn)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(yùn)移和保存無(wú)一不受控于構(gòu)造演化，對(duì)前陸盆地和三角洲重力滑動(dòng)構(gòu)造的構(gòu)造研究有重要意義，其中構(gòu)造物理模擬是盆地?cái)嗔褬?gòu)造的重要研究手段。盆地中的地層超壓會(huì)導(dǎo)致巖石產(chǎn)生塑性特征，從而影響和控制盆地的構(gòu)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(chǎn)生的。進(jìn)一步地，超壓現(xiàn)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(fā)生迀移現(xiàn)象。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)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(shè)，無(wú)法模擬超壓泥巖地層的迀移現(xiàn)象。
[0019]本發(fā)明的用于地震勘