[发明专利]一种沉积物压实声速各向异性测量装置

说明书

本发明涉及一种沉积物压实声速各向异性测量装置，包括用于容置沉积物样品的高压反应釜，其底部固定有下轴向压头，顶部设置有可轴向移动的上轴向压头；高压反应釜内设置有一对轴向声波换能器，用于发射和接收垂直于层理面的纵波；高压反应釜的侧壁上设置有两对周向声波换能器，其中一对用于发射和接收平行于层理面的纵波，另一对用于发射和接收偏振方向平行/垂直于层理面的横波；高压反应釜的侧壁上还设置有一对斜向声波换能器，用于发射和接收与层理面呈45°角的纵波。由此，本发明能够同时连续准确测量不同压力下三个方向的纵波速度和两个方向的横波速度，不仅大大提高了测量效率，减小了工作量，而且测量得到的速度可以用于压实岩石弹性模量的计算。

技术领域

本发明涉及一种声速测量装置，特别是关于一种不同压力条件下沉积物压实声速各向异性测量装置，属于勘探地球物理领域。

背景技术

松散沉积物在成岩过程中会经历复杂的成岩作用。在岩石成岩过程中，温度压力条件的改变会影响颗粒的排列方式及孔隙结构，从而进一步影响岩石的弹性性质和渗流性质。其中，颗粒的定向排列以及孔隙度的改变会对岩石的各向异性声学性质产生显著的影响，因此开展实验室沉积物各向异性声速的测量对于更好的了解岩石的成岩演化过程具有重要意义。

自然界常见的岩石通常具备层理、裂缝等导致的各向异性。对于松散的沉积物而言，压实过程中不同的受力方向同样会导致不同类型的各向异性(如VTI、HTI、TTI)。因此，有必要开发一套能够有效测量沉积物压实过程中各向异性声速的测量装置。

目前，实验室岩石各向异性声速的测量方法主要有两种：一是根据岩石层理的分布方向，按照平行层理、垂直层理等方向分别取样，测量其纵波和横波速度；二是制作专用的夹具和高压釜，将声波换能器分别固定在夹具的不同方向以测量不同方向的纵波和横波速度。但对于松散的沉积物，无法应用常规方法进行取样，因此第一种方法不具备可行性。第二种方法由于沉积物中声速较低，常用的不锈钢釜体及模具与样品声速差异较大，测量得到的声波信号容易受到干扰，并且声波换能器的周向探头与样品接触不良难以识别有效的声波信号(特别是横波信号)。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种不同压力条件下沉积物压实声速各向异性测量装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种沉积物压实声速各向异性测量装置，包括：高压反应釜，其内形成有用于放置沉积物样品的轴向容置腔，所述高压反应釜的侧壁上开设有四个呈90°角布置的周向孔以及一对呈中心对称布置的斜向孔，且所述周向孔的轴线垂直于所述轴向容置腔的轴线，所述斜向孔的轴线与所述轴向容置腔的轴线呈45°角；下轴向压头，固定设置在所述高压反应釜的底部；上轴向压头，所述上轴向压头的至少一部分可滑动地设置在位于所述沉积物样品上方的所述轴向容置腔内，用于在测量过程中向所述沉积物样品施加轴向压力以压实所述沉积物样品；轴向声波换能器，两所述轴向声波换能器分别设置在位于所述沉积物样品上下两侧的所述轴向容置腔内，且两所述轴向声波换能器的端面分别与所述沉积物样品的上表面和下表面相接触，两所述轴向声波换能器内嵌纵波晶片，用于发射和接收垂直于沉积物样品层理面的纵波；周向声波换能器，两对所述周向声波换能器分别安装在所述高压反应釜的四个所述周向孔中，且所述周向声波换能器的端面均与所述沉积物样品的周面相接触，其中呈180°布置的一对所述周向声波换能器内嵌纵波晶片，用于发射和接收平行于沉积物样品层理面的纵波，呈180°布置的另一对所述周向声波换能器内嵌横波晶片，用于发射和接收偏振方向平行于沉积物样品层理面以及偏振方向垂直于沉积物样品层理平面的横波；斜向声波换能器，一对所述斜向声波换能器分别安装在所述高压反应釜的两个所述斜向孔中，且两所述斜向声波换能器的端面均与所述沉积物样品的周面相接触，两所述斜向声波换能器内嵌纵波晶片，用于发射和接收与沉积物样品层理面呈45°角的纵波。