[发明专利]一种用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置

说明书

技术领域

本发明地球物理勘探技术领域，具体涉及一种用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置。

背景技术

由横波特有的运动学和动力学特征决定，其对于产布有砾卵石层和第四纪天然气藏的复杂地层具有较高的分辨率和穿透力，常被应用于工程地震勘探中，能较好地反映勘探场地的地质―地球物理表征。常规使用的震源枪、可控震源、人力震源等各有利弊，如震源枪激发能量大，但不安全且使用环境受限制；可控震源工作安全，但成本高且不适用于建构筑物密集城区；人力震源使用便利，但激发能量小且能量输出不稳定；等等。

上述用于地震勘探的设备比较常见，应用该种勘探设备的勘探研究也较广泛，但是对于含有大量的石油和天然气的前陆盆地和三角洲重力滑动构造尚没有深入研究。随着石油开采的深入，对于前陆盆地和三角洲重力滑动构造越发显得迫切。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置，其目的在于基于模拟在盆地演化过程中超压泥岩层迁移作用下盆地构造演化的砂箱物理模拟，可以实现模拟三维前陆盆地和三角洲重力滑动构造演化中超压泥岩迁移现象。

依据本发明的第一方面，提供一种用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置，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。

进一步地，用于地震勘探的砂箱物理模拟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。

依据本发明的第二方面，提供一种用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置，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。

依据本发明的第三方面，提供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。

依据本发明的第四方面，提供使用上述用于地震勘探的砂箱物理模拟实验装置的方法，其包括下列步骤：