[发明专利]一种泥岩的模拟复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质研究与勘探领域，具体涉及一种泥岩的模拟复合材料及其制备方法。

背景技术

针对自然界的构造作用进行地质构造的模拟实验时，针对不同的模拟对象，进行模拟材料的选取和制备是进行模拟实验分析的前提，依椐配方参数制备模拟材料，具有良好的物理模拟实验应用效果。模拟实验材料的选择主要是依据地层岩性的物理、力学参数指标进行的。这些实验材料可以一一对应岩石圈不同壳层的岩石介质。

例如学者孙珍(2007.莺歌海盆地构造演化与强烈沉降机制的分析和模拟.地球科学报，32(3):348～353)用内摩擦角30-32°，密度1.4g/cm³的松散石英砂单组份模拟材料进行模拟脆性上地壳研究；谢文彦(2008.琼东南盆地新生代发育机制的模拟研究.地学前缘，15(2):234～240)用密度1.44g/cm³红色硅酮，研究琼东南盆地新生代发育机制；但是，一般的单组份模拟材料与实际的岩石进行类比效果不佳。因此，通常采用两种或以上的模拟材料按一定的比例配制来模拟，即采用复合的模拟材料进行物理模拟实验分析。

目前，应用复合实验材料是构造模拟实验的发展方向。采用的复合模拟材料的配比上取得了很大的进步，对各种配比参数进行了研究，由于自然界客体的复杂多样，模拟材料也存在着性能上的差别，往往不能准确地模拟各地层岩性的特征。实际上要选择一种材料全部满足这些要求是不现实的，但是，在某一具体情况下，可以选择某些材料，满足主导条件，略去次要因素。复合材料的成分和配比要经过大量的配比试验来确定，公开的技术很少涉及复合相似材料的具配制方法及参数。

发明内容

鉴于上述现有技术，本发明提供一种泥岩的模拟复合材料及其制备方法，通过复合材料的配比，快速而有效地类比自然界中泥质岩石地层的构造变形特征，使涉及泥质岩地层的构造物理模拟实验研究更切合实际。

本发明一方面提供一种泥岩的模拟复合材料，包括10-20质量份的石英砂、20-30质量份的石蜡、50-80质量份的凡士林和3-10质量份的石膏粉。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述模拟复合材料包括10-15质量份的石英砂、20-25质量份的石蜡、55-65质量份的凡士林和3-8质量份的石膏粉。

自然界岩石按力学性质后可分为三类，即：脆性、脆－塑性和塑性岩石，因而在模拟实验中所使用的模拟材料也相应地按照力学性质分为三类，从而与自然界岩石相对应。申请人经研究发现，泥岩具有塑性岩石的力学特点，其应变量超过5％，并且抗压强度/抗拉强度比值较小，针对上述性质，通过采用特定组分和配比形成的上述模拟复合材料，能够在力学性质和物理性质方面均达到与天然泥岩较高的相似性，从而有利于更准确地进行构造物理模拟研究。

在本发明的一个优选的实施方式中，所述石英砂的密度为0.8-4.0g/cm³。

在本发明的一个更优选的实施方式中，所述石英砂包括60-80目的粗粒度石英砂和80-120目的细粒度石英砂，所述粗粒度石英砂和细粒度石英砂的重量比为1:(1.5-2.5)。

通过选择上述特定的石英砂和石膏粉混合作为骨料，能够使得骨料具有一定的胶结特性，从而能够保证模拟复合材料与泥岩地层具有较高的相似性。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述石蜡和所述凡士林的比为1:(2.5-3.5)。通过按照上述比例配合使用石蜡和凡士林作为复合胶结物，能够保证模拟复合材料的粘度和弹性模量与泥岩地层具有较高的相似性。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述模拟复合材料的应变系数为1.6-1.8，优选为1.7-1.8；抗压强度/抗拉强度比值为1:(3-5)。

在本发明的另一个优选的实施方式中，所述模拟复合材料与天然泥岩的相似比为10²-10⁵。

本发明另一方面提供上述泥岩的模拟复合材料的制备方法，包括：

1)将石英砂和石膏粉干燥并充分混合，制成混合骨料；

2)将石蜡和凡士林加热熔融后，冷却至室温，制成凝胶状的胶结复合物；

3)在搅拌状态下，向所述胶结复合物中逐步加入混合骨料并继续搅拌，制成混合料；

4)将混合料倒入模具中，脱模成型，制得模拟复合材料样件。

根据本发明，所述混合骨料加入胶结复合物后，若停止搅拌，则会开始固结。因而需要在搅拌状态下将所述混合料倒入模具中。