[发明专利]一种用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置

权利要求书

1.一种用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于，其为模拟超压地层迁移条件下塑性变形构造特征的砂箱物理模拟实验装置，其包括模型模块和地层超压加载模块；其中：

模型模块用于放置模拟盆地构造的粒径20目干燥石英砂和粒径40目干燥石英砂，粒径20目干燥石英砂用于模拟正常地层压力的岩层，粒径40目干燥石英砂用于模拟形成异常超压地层的岩层；粒径40目干燥石英砂的铺设范围决定了异常超压地层的分布范围，应根据实际模拟实验目的的需要进行铺设；

地层超压加载模块用于对模型砂体注入空气，由于粒径20目干燥石英砂与粒径40目干燥石英砂的渗透性差异，而使粒径40目干燥石英砂的内部形成异常超压，从而模拟超压地层的塑性变形。

2.依据权利要求1的用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于，所述实验装置包括实验容器、底部金属网、气体分隔器、橡胶管、阀门、气体流速表、总输气管、气体缓冲器、气压表、气泵；其中，实验砂体放置于实验容器内，气体分隔器位于实验容器下部，分隔成若干个格子，每个格子内部的气压独立，底部金属网承托实验砂体，将实验砂体和下部的气体分隔器连通，实验砂体不能通过底部金属网，同时空气可透过金属网向上运动，气体分隔器的每个格子通过单独的橡胶管连接气体流速表和阀门，阀门控制气体流速，用气体流速表监测气体流速，阀门的另一端用橡胶管连接气体缓冲器，气体缓冲器是体积较大的容器，起缓冲作用使气体压力和流速稳定，气体缓冲器上安装气压表，监测缓冲器内气压，使用气泵向气体缓冲器充气，提供高气压；通过阀门控制每个气体分隔器的气体流速及压力，使气体透过底部金属网向实验容器内的砂体注入空气，砂体分为粗砂和细砂，其中细砂由于渗透率低于粗砂在空气作用下发生超压，产生塑性特征，能够模拟前陆盆地和三角洲重力滑动构造的超压地层，实现盆地模拟实验。

3.一种用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于，其包括实验台、气流供给装置两部分，地层超压的模拟通过气流供给装置控制实验砂体不同位置的气流大小，对超压层的超压程度及塑性进行控制，从而实现前陆盆地或三角洲重力滑动构造的砂箱物理模拟；实验台是放置实验砂体的桌面，自重较大，稳定，底板等间距开孔，通过橡胶管与气流供给装置连接；气流供给装置通过气泵提供稳定的气流，利用阀门对气流进行减速，从而控制实验砂体不同位置的气流速度，即流体超压程度；实验过程中可从顶面和侧面观察实验进行情况，实验结束后可用药水浸渍砂体使之固结，对砂体切片进行水平剖面和纵剖面的观察。

4.一种使用上述用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置的方法，其特征在于，其包括下列步骤：

首先根据物理模拟相似比(通常为1：10⁵)计算模型所需尺寸，用细砂模拟超压塑性地层，粗砂模拟常压脆性地层，当注入空气时，超压产生，细砂层在重力驱动下产生塑性变形，模拟盆地构造，各个地层之间利用不同颜色的染料加以区别，并且易于观察构造变形，实验过程可填入砂体模拟运动期的新生沉积地层或手动模拟剥蚀现象；用相机记录实验全过程，并在实验结束后用药水浸渍砂体使之固化，切割之后观察内部剖面，进行实验研究和总结。

5.一种使用上述用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置的方法，其特征在于，其包括下列步骤：

第一步，根据实际盆地尺寸，按照1：10⁵比例缩小得出实验体的尺寸，根据实际盆地沉积地层厚度和形态铺设实验砂体，其中发生超压作用的地层用细粒的干燥石英砂(粒径40目)模拟，其他常压地层用粗粒的干燥石英砂(粒径20目或更大)模拟；

第二步，先设定气压表的最大实验气压，关闭气体分隔器上橡胶管的阀门，关闭总输气管的阀门，打开气泵，此后打开总输气管的阀门，逐渐打开橡胶管的阀门，调节速度不可过快，在调节过程中通过气体流速表监测气体分隔器内各个格子的流速，直至达到实验所需为止，此时超压地层由脆性特征转变为塑性特征，实验开始；

第三步，实验过程中可从模型的各个侧面观察和记录；实验结束后，保持橡胶管的阀门不动，先关闭总输气管的阀门，待气体停止流动后，再关闭橡胶管的阀门，此时超压层不再具有塑性，可对实验砂体喷水定型后切片观察盆地模型内部结构。