[发明专利]水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试系统和方法，属于岩石热-弹性参数测试技术领域。

背景技术

地球内部及浅层的各种运动(如地幔对流、板块运动、火山喷发、地震等)，通常会引起应力变化。而根据固体物质的热弹性理论：

可知应力变化必定会导致地球内部温度变化。

式(1)T₀是为热力学温度，(ρc_p)是固体物质的体积比热容，α是线膨胀系数，Δσ是体应力变化量)。不同类型的岩石，其应力变化的温度响应并不一致。因此，系统地测试各种常见岩石的绝热应力-响应系数，这不仅有助于深入了解地球内部温度变化机制、同时也可为构造活动带的应力、温度监测及防震减灾工作提供可靠的理论依据。

现有的岩石绝热应力变化的温度响应测试方法，是将温度传感器贴在岩石样品表面，并与空气直接接触，处于开放系统，而且受应力加载台的限制，无法实现瞬间加、卸载。因此，无法真正实现绝热状态下的应力加、卸载，导致其测试结果很大程度上受到岩石样品与空气热交换的严重影响。

而深海海水的压力非常巨大，是一个天然的“高压泵”；同时1～3个小时的时间尺度内，深海海水的温度波动非常小，是一个非常良好的恒温环境。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种水下岩石绝热应力变化的温度响应系数(adiabatic stress derivative of temperature)测试系统，其通过瞬间打开第二耐压罐的排泄阀，对岩石样品进行快速加、卸载。在快速加载(或卸载)后的10～20s，外界温度变化还未影响到岩石样品中心，从而实现了绝热增压(或减压)，通过实时监测耐压罐围压(Confining pressure)和岩石样品中心温度变化，即可获得岩石绝热应力变化的温度响应系数(ΔT/Δσ)，即绝热过程中的单位应力变化所引起的温度变化量。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试系统，其包括三个放置在海水中的耐压罐，其中，第一耐压罐中安装有数据采集单元，第二耐压罐的第一空腔内安装有岩石样品，第三耐压罐中设置有一第二空腔，所述第一空腔和第二空腔内分别充满有海水和空气，所述岩石样品的中心以及外表面分别安装第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一空腔的海水中安装有第三温度传感器和压力传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和压力传感器的输出端均与数据采集单元的输入端相连接；所述第二耐压罐上安装有与第一空腔相连通的第一排泄阀，所述第二耐压罐和第三耐压罐之间还安装有连通第一空腔和第二空腔的第二排泄阀。

所述岩石样品的外表面设置有用于对岩石样品进行封装的橡胶套。

本发明的另一目的在于提供一种水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试方法，其通过瞬间打开第二耐压罐的排泄阀，对岩石样品进行快速加、卸载。在快速加载(或卸载)后的10～20s，外界温度变化还未影响到岩石样品中心，从而实现了绝热增压(或减压)，通过实时监测耐压罐围压和岩石样品中心温度变化，即可获得岩石绝热应力变化的温度响应系数，即绝热过程中的单位应力变化所引起的温度变化量。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种水下岩石绝热应力变化的温度响应系数测试方法，其包括以下步骤：

步骤1、将第一温度传感器和第二温度传感器分别安置在制备好的圆柱状岩石样品的中心和表面，并用橡胶套将岩石样品进行水密封装，形成岩石样品组件；

步骤2、将上述封装好的岩石样品组件、第三温度传感器以及压力传感器，放入第二耐压罐充满海水的第一空腔中；

步骤3、通过水密电缆将第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和压力传感器电性连接到第一耐压罐中的数据采集单元上，同时在第二耐压罐上设置第一排泄阀和第二排泄阀，所述第一排泄阀与第一空腔相连通，所述第二排泄阀的两端分别与第一空腔和第三耐压罐的第二空腔相连通，依此形成整套温度响应系数测试系统；开启数据采集单元的温度和压力采集模块，开始温度和围压监测；