本發(fā)明屬于地震物理模型材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種季節(jié)性凍土地震物理模型材料及其制備方法和應(yīng)用方法。

背景技術(shù)：

1、地震物理模擬是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將實(shí)際的地層構(gòu)造或地質(zhì)體在一定的尺度相似比下用相應(yīng)的材料制作成物理模型，并用超聲波測(cè)試方法對(duì)野外地震勘探進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的一種正演模擬。為了使物理模擬與實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)體中的地震波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征保持一致，首先要滿足物理模型材料的速度、密度、衰減等參數(shù)與實(shí)際地層的速度、密度、衰減等參數(shù)呈一定的比例關(guān)系，通常比例因子為1:1或1:2，這是地震物理模擬技術(shù)的相似性基本原理。

2、極地、亞極地地區(qū)和中低緯的高山、高原地區(qū)，在較強(qiáng)的大陸性氣候條件下，氣溫極低，降水量很少，地表沒有積雪，形成0℃以下并含有冰的凍結(jié)土層，稱為凍土。季節(jié)性凍土是指凍土隨季節(jié)變化而發(fā)生周期性的融凍，冬季土層凍結(jié)，夏季全部融化。我國(guó)青藏高原等地區(qū)廣泛分布著季節(jié)性凍土帶。純水的聲波速度約為1480m/s，凍結(jié)后冰的聲波速度約為3300m/s，速度改變約1倍。通常，季節(jié)性凍土層在夏秋季時(shí)由于冰融化，土含水，呈現(xiàn)低聲波速度特征；在冬春季由于水結(jié)冰，土含冰，呈現(xiàn)高聲波速度特征。在進(jìn)行具有季節(jié)性凍土帶近地表的高原勘探時(shí)，隨著季節(jié)變化，凍土層的物性性質(zhì)對(duì)地震波傳播有著很大的影響。因此，在開展具有季節(jié)性凍土層高原地區(qū)的地震物理模擬時(shí)，首先要實(shí)現(xiàn)與季節(jié)性凍土層具有相同物性特征規(guī)律的模型材料，即在融化狀態(tài)時(shí)速度低，在冷凍狀態(tài)時(shí)速度高。

3、可應(yīng)用于地震物理模型制作的工業(yè)板材有鋁材、樹脂板、有機(jī)玻璃等，通過對(duì)工業(yè)板材進(jìn)行機(jī)械加工，即可獲得較精確的幾何構(gòu)造。最常用的地震物理模型可成型材料是指一些液態(tài)高分子材料和粉狀材料的混合物，通過添加固化劑的方式下變成固體，這類模型材料具有良好的均勻性和可塑性，能夠方便的制作復(fù)雜構(gòu)造物理模型。但已有的模型材料均不具備隨著溫度變化而變化的特點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一種季節(jié)性凍土地震物理模型材料及其制備方法和應(yīng)用方法，將液態(tài)相變石蠟和黃土顆?；旌?，固化后即可實(shí)現(xiàn)模型材料在不同溫度時(shí)(小于或大于相變石蠟熔點(diǎn))具有顯著的聲波速度差異。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供一種季節(jié)性凍土地震物理模型材料，所述模型材料包括：相變石蠟和黃土顆粒；

3、其中，以所述相變石蠟為100重量份數(shù)計(jì)，所述黃土顆粒為10-250份。

4、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，以所述相變石蠟為100重量份數(shù)計(jì)，所述黃土顆粒為50-200份。

5、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述相變石蠟為熔點(diǎn)為20℃～50℃的石蠟，優(yōu)選為熔點(diǎn)為32～38℃的石蠟。

6、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述黃土顆粒為不含水分的黃土顆粒，優(yōu)選地，所述黃土顆粒的粒徑為70～100目。

7、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述模型材料還包括空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的密度為0.3g/cm3～0.8g/cm3，優(yōu)選為0.4g/cm3～0.6g/cm3。

8、優(yōu)選地，以所述相變石蠟為100重量份數(shù)計(jì)，所述空心玻璃微珠為1-100重量份，優(yōu)選為5-60重量份。

9、本發(fā)明的第二方面提供所述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料的制備方法，包括如下步驟：

10、步驟s1、將相變石蠟和黃土顆粒分別進(jìn)行預(yù)熱，得到預(yù)熱后的相變石蠟和預(yù)熱后的黃土顆粒，然后將預(yù)熱后的相變石蠟和預(yù)熱后的黃土顆粒進(jìn)行混合，充分均勻攪拌，得到混合物；

11、步驟s2、將得到的混合物倒入模具中，隨后放到振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)排氣，然后進(jìn)行固化和脫模，得到所述季節(jié)性凍土地震物理模型材料。

12、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，步驟s1中，所述預(yù)熱的條件包括：溫度為40～80℃，優(yōu)選為50～70℃，時(shí)間為10～40h，優(yōu)選為20～30h。

13、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，固化的條件包括：溫度為10～30℃，時(shí)間為10～40h，優(yōu)選為20～30h。

14、根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，步驟s1還包括對(duì)空心玻璃微珠進(jìn)行預(yù)熱，得到預(yù)熱后的空心玻璃微珠，然后預(yù)熱后的空心玻璃微珠、預(yù)熱后的相變石蠟和預(yù)熱后的黃土顆粒進(jìn)行混合，得到混合物。

15、優(yōu)選地，所述空心玻璃微珠預(yù)熱的條件包括：溫度為40～80℃，優(yōu)選為50～70℃，時(shí)間為10～40h，優(yōu)選為20～30h。

16、本發(fā)明的第三方面提供述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料或所述的制備方法制備得到的季節(jié)性凍土地震物理模型材料在地震物理模擬中的應(yīng)用方法，包括如下步驟：

17、將所述季節(jié)性凍土地震物理模型材料加工成各種形狀的模型后，用環(huán)氧樹脂對(duì)模型表面進(jìn)行密封，隨后將模型放進(jìn)可控溫水槽內(nèi)進(jìn)行地震模擬數(shù)據(jù)的采集。

18、優(yōu)選地，設(shè)置水槽內(nèi)溫度為相變石蠟熔點(diǎn)以上，石蠟呈現(xiàn)完全熔化狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行凍土帶融化狀態(tài)的模擬采集。

19、優(yōu)選地，設(shè)置水槽內(nèi)溫度為相變石蠟熔點(diǎn)以下，石蠟呈固體狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行凍土帶冷冰狀態(tài)的模擬采集。

20、本發(fā)明提供一種季節(jié)性凍土地震物理模型材料、制備方法及應(yīng)用方法，具有以下效果：

21、(1)本發(fā)明通過相變石蠟在溫度低于熔點(diǎn)時(shí)呈現(xiàn)固體狀態(tài)、高于熔點(diǎn)時(shí)呈現(xiàn)液體狀態(tài)來模擬季節(jié)性凍土中水的凍結(jié)和融化時(shí)的聲波物性差異。

22、(2)本發(fā)明的模型材料聲波速度范圍為618m/s至2300m/s，能夠模擬具有不同速度特征的凍土帶。

23、(3)本發(fā)明制得的模型材料能夠在可控溫水槽內(nèi)分別實(shí)現(xiàn)凍土帶融化及冷冰狀態(tài)時(shí)的地震模擬采集。

24、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種季節(jié)性凍土地震物理模型材料，其特征在于，所述模型材料包括：相變石蠟和黃土顆粒；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料，其中，以所述相變石蠟為100重量份數(shù)計(jì)，所述黃土顆粒為50-200份。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料，其中，所述相變石蠟為熔點(diǎn)為20℃～50℃的石蠟，優(yōu)選為熔點(diǎn)為32～38℃的石蠟。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料，其中，所述黃土顆粒為不含水分的黃土顆粒，優(yōu)選地，所述黃土顆粒的粒徑為70～100目。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料，其中，所述模型材料還包括空心玻璃微珠，所述空心玻璃微珠的密度為0.3g/cm3～0.8g/cm3，優(yōu)選為0.4g/cm3～0.6g/cm3。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料，其中，以所述相變石蠟為100重量份數(shù)計(jì)，所述空心玻璃微珠為1-100重量份，優(yōu)選為5-60重量份。

7.權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，步驟s1中，所述預(yù)熱的條件包括：溫度為40～80℃，優(yōu)選為50～70℃，時(shí)間為10～40h，優(yōu)選為20～30h。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，步驟s2中，固化的條件包括：溫度為10～30℃，時(shí)間為10～40h，優(yōu)選為20～30h。

10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中任意一項(xiàng)所述的制備方法，其中，步驟s1還包括對(duì)空心玻璃微珠進(jìn)行預(yù)熱，得到預(yù)熱后的空心玻璃微珠，然后預(yù)熱后的空心玻璃微珠、預(yù)熱后的相變石蠟和預(yù)熱后的黃土顆粒進(jìn)行混合，得到混合物。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制備方法，其中，所述空心玻璃微珠預(yù)熱的條件包括：溫度為40～80℃，優(yōu)選為50～70℃，時(shí)間為10～40h，優(yōu)選為20～30h。

12.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的季節(jié)性凍土地震物理模型材料或根據(jù)權(quán)利要求7-11中任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的季節(jié)性凍土地震物理模型材料在地震物理模擬中的應(yīng)用方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于地震物理模型材料領(lǐng)域，涉及一種季節(jié)性凍土地震物理模型材料及其制備方法和應(yīng)用方法。所述模型材料包括：相變石蠟和黃土顆粒；其中，以所述相變石蠟為100重量份數(shù)計(jì)，所述黃土顆粒為10?250份。本發(fā)明具有以下效果：(1)本發(fā)明通過相變石蠟在溫度低于熔點(diǎn)時(shí)呈現(xiàn)固體狀態(tài)、高于熔點(diǎn)時(shí)呈現(xiàn)液體狀態(tài)來模擬季節(jié)性凍土中水的凍結(jié)和融化時(shí)的聲波物性差異；(2)本發(fā)明的模型材料聲波速度范圍為618m/s至2300m/s，能夠模擬具有不同速度特征的凍土帶；(3)本發(fā)明制得的模型材料能夠在可控溫水槽內(nèi)分別實(shí)現(xiàn)凍土帶融化及冷冰狀態(tài)時(shí)的地震模擬采集。

技術(shù)研發(fā)人員：司文朋,劉衛(wèi)華,向雪梅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)石油化工股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/19