CN102879803A

CN102879803A - 一种正交裂缝物理模型及其制作方法

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Publication number: CN102879803A
Application number: CN2012103478923A
Authority: CN
Inventors: 魏建新; 狄帮让; 栾鑫元
Original assignee: China University of Petroleum Beijing; China National Petroleum Corp
Current assignee: China University of Petroleum Beijing; China National Petroleum Corp
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明实施例提供一种正交裂缝物理模型及其制作方法，所述正交裂缝物理模型包括：多个裂缝充填物和背景介质，其中：所述背景介质，为均匀各向同性介质；所述多个裂缝充填物凝固于所述背景介质之中，每个裂缝充填物为两个相互垂直正交的圆片结构，所述多个裂缝充填物之间相互平行。所述正交裂缝物理模型的制作方法包括：将多个圆片结构中的每两个圆片结构设置为相互垂直正交的结构，以作为裂缝充填物；将所述多个裂缝充填物设置为相互平行的结构并放置于背景介质之中进行凝固，其中，所述背景介质为均匀各向同性介质。本发明实施例提供了一种正交裂缝物理模型，以进行正交裂缝层的测试。

Description

一种正交裂缝物理模型及其制作方法

技术领域

本发明涉及地质研究技术领域，尤其涉及一种正交裂缝物理模型及其制作方法。

背景技术

正交模型是由两组相互垂直的裂缝组成。目前来说，有两种进行裂缝检测的地震各向异性研究方法，即纵波方位地震属性分析和多波多分量分析方法。

对于纵波方位地震属性分析，当纵波在裂缝介质中传播时，旅行时、速度以及振幅这些地震属性都会随方位角发生变化，所以可以利用这些变化来分析裂缝的信息。

很多学者使用正演模拟的手段进行裂缝各向异性的研究。3D大数据量的数值模拟多使用等效介质理论，虽然参数设计方便但是无法很好的模拟实际裂缝的发育情况，对于这一点，物理模型有其优势，物理模拟研究更接近于实际数据。然而裂缝的制作工艺和大型模型的制作成本都是物理模拟必须解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种正交裂缝物理模型及其制作方法，以提供一种正交裂缝物理模型。

一方面，本发明实施例提供了一种正交裂缝物理模型，所述正交裂缝物理模型包括：多个裂缝充填物和背景介质，其中：

所述背景介质，为均匀各向同性介质；

所述多个裂缝充填物凝固于所述背景介质之中，每个裂缝充填物为两个相互垂直正交的圆片结构，所述多个裂缝充填物之间相互平行。

可选的，在本发明一实施例中，所述裂缝充填物采用环氧树脂与硅橡胶混合而成的低速材料。

可选的，在本发明一实施例中，所述低速材料的密度和厚度方向的纵波速度和低于所述背景介质的密度和厚度方向的纵波速度。

可选的，在本发明一实施例中，所述低速材料的密度为1.08g/cm³，所述低速材料厚度方向的纵波速度为1300m/s，每个所述圆片结构的厚度在0.18～0.21mm之间。

可选的，在本发明一实施例中，所述正交裂缝物理模型的表面放置震源和接收器，以进行固体采集的模型实验测试；或者，所述正交裂缝物理模型置于水中，以进行水中采集的模型实验测试。

另一方面，本发明实施例提供了一种正交裂缝物理模型的制作方法，所述正交裂缝物理模型的制作方法包括：

将多个圆片结构中的每两个圆片结构设置为相互垂直正交的结构，以作为裂缝充填物；

将所述多个裂缝充填物设置为相互平行的结构并放置于背景介质之中进行凝固，其中，所述背景介质为均匀各向同性介质。

可选的，在本发明一实施例中，采用环氧树脂与硅橡胶混合而成的低速材料制作所述裂缝充填物。

可选的，在本发明一实施例中，所述正交裂缝物理模型的制作方法还包括：将所述正交裂缝物理模型的表面放置震源和接收器，以进行固体采集的模型实验测试；或者，将所述正交裂缝物理模型置于水中，以进行水中采集的模型实验测试。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述正交裂缝物理模型包括：多个裂缝充填物和背景介质，其中：所述背景介质，为均匀各向同性介质；所述多个裂缝充填物凝固于所述背景介质之中，每个裂缝充填物为两个相互垂直正交的圆片结构，所述多个裂缝充填物之间相互平行的技术手段，所以提供了一种正交裂缝物理模型，以进行正交裂缝层的测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供了一种正交裂缝物理模型结构示意图；

图2为本发明实施例提供了一种正交裂缝物理模型的制作方法流程图；

图3为本发明应用实例圆薄片厚度分布曲线示意图；

图4为本发明应用实例固体测量时使用的换能器的子波波形示意图；

图5为本发明应用实例记录的X方向的测试结果波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供了一种正交裂缝物理模型结构示意图，所述正交裂缝物理模型包括：多个裂缝充填物和背景介质，其中：

所述背景介质，为均匀各向同性介质；

可选的，所述裂缝充填物采用环氧树脂与硅橡胶混合而成的低速材料。

可选的，所述低速材料的密度和厚度方向的纵波速度和低于所述背景介质的密度和厚度方向的纵波速度。

可选的，所述低速材料的密度为1.08g/cm³，所述低速材料厚度方向的纵波速度为1300m/s，每个所述圆片结构的厚度在0.18～0.21mm之间。

可选的，所述正交裂缝物理模型的表面放置震源和接收器，以进行固体采集的模型实验测试；或者，所述正交裂缝物理模型置于水中，以进行水中采集的模型实验测试。

如图2所示，为本发明实施例提供了一种正交裂缝物理模型的制作方法流程图，所述正交裂缝物理模型的制作方法包括：

201、将多个圆片结构中的每两个圆片结构设置为相互垂直正交的结构，以作为裂缝充填物；

202、将所述多个裂缝充填物设置为相互平行的结构并放置于背景介质之中进行凝固，其中，所述背景介质为均匀各向同性介质。

可选的，采用环氧树脂与硅橡胶混合而成的低速材料制作所述裂缝充填物。

可选的，所述低速材料的密度为1.08g/cm3，所述低速材料厚度方向的纵波速度为1300m/s，每个所述圆片结构的厚度在0.18～0.21mm之间。

可选的，所述正交裂缝物理模型的制作方法还包括：将所述正交裂缝物理模型的表面放置震源和接收器，以进行固体采集的模型实验测试；或者，将所述正交裂缝物理模型置于水中，以进行水中采集的模型实验测试。

本发明实施例上述技术方案具有如下有益效果：因为采用所述正交裂缝物理模型包括：多个裂缝充填物和背景介质，其中：所述背景介质，为均匀各向同性介质；所述多个裂缝充填物凝固于所述背景介质之中，每个裂缝充填物为两个相互垂直正交的圆片结构，所述多个裂缝充填物之间相互平行的技术手段，所以提供了一种正交裂缝物理模型，以进行正交裂缝层的测试。

本发明应用实例正交裂缝块的制造分为几个步骤：首先，要制造充当裂缝的薄币形小圆片，然后制造成相互垂直的正交裂缝，最后放置到背景介质中进行凝固，形成正交裂缝块。

1、裂缝充填材料的设计制作：

正交裂缝块是通过在均匀各向同性介质内嵌入两组相互垂直的低速圆薄片得到。首先要制作裂缝充填物，其速度和密度低于基岩介质。本发明应用实例用环氧树脂与硅橡胶混合而成的低速材料，其厚度方向的纵波速度为1300m/s，密度为1.08g/cm³。这种材料的特点是可以加工成较薄的圆片。从大块裂缝充填材料上削切下来的薄片条，各片厚约在0.18～0.21mm之间。

圆形裂缝片是用特殊的加工工具（直径为3mm的圆形冲头）在薄片条上冲压出来的。每个圆片的直径是一致的，但圆片的厚度有一定的误差，如图3所示，为本发明应用实例圆薄片厚度分布曲线示意图，给出了对1000个圆片厚度测试的结果。

2、正交裂缝片的设计制作

双组裂缝之间的夹角是通过用模具固定的。先制作一个90°槽型模具，再把裂缝圆片放在槽的两侧用与裂缝模型基质一致的材料固定，使两个裂缝圆片成90°。可需多人花费大量时间用模具来制作正交裂缝片，待固化后从模具上取出，然后再分割成单个正交片。

3、正交裂缝块的设计制作

正交裂缝块的制作中，各个正交裂缝层的体积设计为300mm×300mm×50mm。由于制作工艺和时间问题把此层分成尺寸为300mm×60mm×60mm五个小块。分别对五个小块进行制作，然后将五个小块粘接成大的正交裂缝块。两组裂缝的密度不同，其中东西方向的裂缝密度为7%，南北方向的裂缝密度为4%。制作步骤如下：

（1）用大芯板做成尺寸规格为300mm×60mm×60mm的五个长方形的模具盒。模具内涂上薄薄的一层硅橡胶，以便脱模。

（2）首先，在模具中浇入25g环氧树脂(高度为1.5mm)，同时将330个圆片均匀摆放在环氧树脂的表面。然后，当环氧树脂的表面固化后，再按同一个方向均匀摆放420个正交片，摆放时要保证正交片之间相互平行。重复以上两个步骤，共制作36层。

（3）经过十天左右的固化，卸下模具，本发明应用实例对五个小模型进行打磨，以保证面与面的相互垂直和表面的光滑。

（4）将五个小块进行粘接，再对合成的正交裂缝块型进行精细打磨和加工。

经过以上的制作步骤，就全部完成正交裂缝模型的制作过程。

本发明应用实例以下正交裂缝层的测试：

实验室制作的正交裂缝块，是由5个小块粘接而成的。本发明应用实例规定东西方向是X方向，南北方向是Y方向，垂直上表面的厚度方向是Z方向，并给出了模型的大小和参考坐标。两组裂缝，一组裂缝平行于X-Z面，另一组裂缝平行于Y-Z面，裂缝密度分别为7%和4%。如下表1所示，为本发明应用实例裂隙模型的参数表

表1裂隙模型的参数表

本发明应用实例对正交裂缝块进行了详细的模型实验测试，分别为固体采集和水中采集。固体采集是指，数据采集时震源和接收器直接放置在模型的表面，使用人工手动采集。水中采集是指，将模型置于水中，用大型采集仪器进行数据采集。固体采集可进行透射和反射测试，水中采集可进行反射测试。如图4所示，为本发明应用实例固体测量时使用的换能器的子波波形示意图。

本发明应用实例以下以固体采集为例进行测试：

固体采集可采用透射、反射、不同方位角三种方式进行了测量。

（1）透射测试

透射采集方式是在模型的东西方向（X），南北方向（Y）及厚度方向（Z）各线上进行采集。

①X方向

如图5所示，为本发明应用实例记录的X方向的测试结果波形图。

实验条件：震源0.5MHz,接收增益59dB。

测线位置：X方向9条测线。

第一炮的位置：模型X1测线的西侧面。

观测系统：发射探头在模型的西端，接收探头在模型的东端，从第一测线开始采集。

②Y方向

实验条件：震源0.5MHz,接收增益59dB。

测线位置：Y方向1条测线。

第一炮的位置：模型Y1测线的北侧面。

观测系统：发射探头在模型的北端，接收探头在模型的南端，从第一测线开始采集。

③Z方向（本发明应用实例记录的以下测试结果省略）

实验条件：震源0.5MHz,接收增益30dB。

测线位置：采集是在模型平面东西、南北方向各测线的交叉点自上而下进行采集，发射探头在模型的上端（正面），接收探头在模型的底端（背面），测线是从模型南端向北开始采集。

观测系统：有7条线，每条线9个测试点。第一炮在X1与Y1测线的交点处。

（2）反射测试

反射波采集共有三种采集方式：

第一种采集方式-覆盖采集：

实验条件：震源0.5MHz,接收增益40dB。

测线位置：中心线（南北第4线，东西第5线）。

第一炮的位置：南北方向（Y）位置在离北边缘5mm处；东西方向（X）位置在西边缘5mm处。

观测系统：每条测线上有16炮，24道/炮。炮间距10mm，道间距5mm。最小炮检距20mm，最大炮检距135mm。

第二种采集方式－单炮采集：

实验条件：震源0.5MHz,接收增益40dB。

测线位置：南北7条测线，东西9条测线。

第一炮的位置：南北方向（Y）位置在南北测线1与东西测线8的交点；东西方向（X）位置在南北测线2与东西测线1的交点。

观测系统：

南北方向观测系统：沿东西方向测线8有7炮，24道/炮。炮间距40mm，道间距5mm。最小炮检距20mm，最大炮检距135mm。

东西方向观测系统：沿南北方向测线2有9炮，24道/炮。炮间距30mm，道间距5mm。最小炮检距20mm，最大炮检距135mm。

第三种采集方式－固定炮检距：

实验条件：震源0.5MHz,接收增益39dB。

测线位置：南北7条测线，东西9条测线。

第一炮的位置：南北（Y）方向位置在离北边缘5mm处；东西方向（X）位置在西边缘5mm处。

观测系统：每条测线上有54炮，1道/炮。炮间距5mm。固定炮检距20mm。

（3）方位角测试

实验条件：震源0.25MHz,接收增益40dB。

测线位置：5条圆形测线。

观测系统：炮点固定在中心点（南北第4线和东西第5线的交点）。共5炮，37道/炮。沿每条测线上有37道，道间距10度（0度到360度）。炮检距分别为45mm，65mm，85mm，105mm，125mm。

本发明应用实例通过物理模型的方案，制作出正交裂隙物理模型，并进行固体采集，可得到多种数据体。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrative logical block），单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrative components），单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA）或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（DSL）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种正交裂缝物理模型，其特征在于，所述正交裂缝物理模型包括：多个裂缝充填物和背景介质，其中：

所述背景介质，为均匀各向同性介质；

2.如权利要求1所述正交裂缝物理模型，其特征在于，所述裂缝充填物采用环氧树脂与硅橡胶混合而成的低速材料。

3.如权利要求2所述正交裂缝物理模型，其特征在于，所述低速材料的密度和厚度方向的纵波速度和低于所述背景介质的密度和厚度方向的纵波速度。

4.如权利要求3所述正交裂缝物理模型，其特征在于，所述低速材料的密度为1.08g/cm³，所述低速材料厚度方向的纵波速度为1300m/s，每个所述圆片结构的厚度在0.18～0.21mm之间。

5.如权利要求1-4中任一项所述正交裂缝物理模型，其特征在于，所述正交裂缝物理模型的表面放置震源和接收器，以进行固体采集的模型实验测试；或者，所述正交裂缝物理模型置于水中，以进行水中采集的模型实验测试。

6.一种正交裂缝物理模型的制作方法，其特征在于，所述正交裂缝物理模型的制作方法包括：

7.如权利要求6所述正交裂缝物理模型的制作方法，其特征在于：采用环氧树脂与硅橡胶混合而成的低速材料制作所述裂缝充填物。

8.如权利要求7所述正交裂缝物理模型的制作方法，其特征在于：所述低速材料的密度和厚度方向的纵波速度和低于所述背景介质的密度和厚度方向的纵波速度。

9.如权利要求8所述正交裂缝物理模型的制作方法，其特征在于：所述低速材料的密度为1.08g/cm³，所述低速材料厚度方向的纵波速度为1300m/s，每个所述圆片结构的厚度在0.18～0.21mm之间。

10.如权利要求6-9中任一项所述正交裂缝物理模型的制作方法，其特征在于，所述正交裂缝物理模型的制作方法还包括：

将所述正交裂缝物理模型的表面放置震源和接收器，以进行固体采集的模型实验测试；或者，将所述正交裂缝物理模型置于水中，以进行水中采集的模型实验测试。