[发明专利]适用于地球物理动态模型试验的相似材料的制备方法

说明书

本发明涉及适用于地球物理动态模型试验的相似材料的制备方法，相似材料采用沙子、石膏、碳酸钙、水、氯化钠和云母粉，其中沙子、石膏、碳酸钙和水的用量由原型力学参数决定，氯化钠的用量由原型电性参数、沙子、石膏、碳酸钙和水的用量共同决定，制备方法包括以下步骤：建立地质地球物理模型→确定相似常数→计算沙子、碳酸钙、石膏和水的用量→根据几何相似常数将原型每一块的尺寸转换为模型每一块的尺寸→确定模型每一块的沙子、碳酸钙、石膏、水的用量比例→确定模型每一块的沙子、碳酸钙、石膏和水的质量→计算氯化钠用量→称取每一块模型所需沙子、碳酸钙、石膏、氯化钠和水的质量→搅拌→装模→拆模→常温干燥，即可得到所需相似材料模型。

技术领域

本发明涉及地质与勘探地球物理领域，尤其涉及一种适用于地球物理动态模型试验的相似材料的制备方法。

背景技术

模型试验是地球物理研究的重要方法，其中相似材料的选取和制备是关键。传统地球物理模型试验方法包括水槽法和土(砂)槽法，用水或土(砂)做均匀介质来模拟均匀围岩，用金属和石墨等模拟低电阻率异常体，用环氧树脂和有机玻璃等模拟高电阻率异常体。近年来发展了一些改进的地球物理模型试验方法。例如：中国矿业大学姜志海等采用盐水作为相似材料，建立了全空间瞬变电磁超前探测物理模型；山东大学聂利超等以粉质黏土、碎石和水泥作为相似材料，制作了多元地球物理场综合探测模型。以上相似材料主要实现的是地球物理静态模型的模拟。

地球物理动态模型试验需要模型材料同时满足力学相似条件和电性相似条件，使模型的变形破坏与实际岩层的变形破坏满足一定的相似条件，同时模型的电阻率与实际岩层电阻率也满足一定的相似条件。目前，用不同配比的沙子、石膏、碳酸钙和水作为相似材料进行力学模型试验方法已经比较成熟；用水槽和土(砂)槽等进行地球物理模型试验也比较成熟。但是，还没有能同时定量满足力学相似条件和电性相似条件的相似材料及制备方法，难以满足地球物理动态模型试验的需要。

发明内容

针对上述现有相似材料的不足，本发明提供一种可以同时定量满足力学相似条件和电性相似条件的适用于地球物理动态模型试验的相似材料的制备方法,，以解决常规相似材料难以实现地球物理动态模型试验的问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：适用于地球物理动态模型试验的相似材料的制备方法，相似材料采用沙子、石膏、碳酸钙、水、氯化钠和云母粉，其中沙子、石膏、碳酸钙和水的用量由原型力学参数决定，氯化钠的用量由原型电性参数、沙子、石膏、碳酸钙和水的用量共同决定，制备方法包括以下步骤：

步骤1)建立地质地球物理模型：将原型分块，确定分块数量，、每一块的尺寸位置、抗拉强度、抗压强度、密度和电阻率；所述分块数量和每一块的尺寸位置根据实验需要确定，所述每一块的抗拉强度和抗压强度根据原型岩石力学试验结果确定，所述每一块的电阻率根据原型电阻率测井资料确定；

步骤2)采用现有方法确定相似常数：根据原型大小、力学参数和模具尺寸，确定几何相似常数、容重相似常数、强度相似常数和弹性相似常数；

步骤3)计算沙子、碳酸钙、石膏和水的用量：根据几何相似常数，将原型每一块的尺寸转换为模型每一块的尺寸；采用现有方法，根据力学相似常数和力学参数，确定模型每一块的沙子、碳酸钙、石膏和水的用量比例；根据模型每一块的尺寸和沙子、碳酸钙、石膏和水的用量比例，确定模型每一块的沙子质量、碳酸钙质量、石膏质量和水的质量；

步骤4)计算氯化钠用量：计算每一块的沙子质量百分含量S，石膏质量百分含量G，估计模型干燥时间t；将每一块模型的电阻率ρ、沙子质量百分含量S、石膏质量百分含量G和干燥时间t带入公式C＝exp(0.91×(-9.37+0.22S-1.2G+1.73ln(0.25t)-ln(ρ)))，得到每一块的氯化钠溶液浓度C；将每一块氯化钠溶液浓度C乘以每一块模型水的质量得到每一块模型的氯化钠的质量；所述沙子质量百分含量为沙子质量除以沙子、碳酸钙和石膏质量之和；所述石膏质量百分含量为石膏质量除以沙子、碳酸钙和石膏质量之和；