CN109115658A - 一种岩石扩散系数测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩石扩散系数测量装置及方法，属于岩石实验测试装置技术领域，解决了现有岩石扩散系数的测量结果可靠性差、测试效率低的问题。该测量装置包括示踪溶液管路、空白溶液管路、蠕动泵以及压力调节装置，蠕动泵用于两条管路中的溶液流动，压力调节装置用于调节两条管路中的压力；示踪溶液管路包括示踪溶液瓶以及与示踪溶液瓶连接的示踪溶液室，空白溶液管路包括空白溶液瓶以及与空白溶液瓶连接的空白溶液室，示踪溶液室和空白溶液室均通过岩石样品封装管与待测岩石样品密封连接；示踪溶液室的出液口设有示踪液面监测管，空白溶液室的出液口设有空白液面监测管。本发明提供的测量装置和方法实现了岩石扩散系数的快速、精确测量。

Description

一种岩石扩散系数测量装置及方法

技术领域

本发明涉及岩石实验测试装置技术领域，尤其涉及一种岩石扩散系数测量装置及方法。

背景技术

岩石扩散系数的获取依靠扩散装置在岩石上、下表面形成示踪元素/化合物浓度差，依靠浓度差驱动高浓度溶液中示踪物质的扩散，通过测定示踪物质的浓度变化，计算出溶液中示踪物质在岩石中的扩散系数，对研究液态流体中的元素或化合物与岩石组成的反应以及扩散过程中对岩石本身产生的影响具有重要作用。

现有岩石扩散系数测试装置，岩石样品被塑胶管封装在样品室中，含有示踪物质的高浓度溶液和不含示踪物质的空白溶液分别进入样品室的下半部分和上半部分，从岩石样品表面流过，示踪物质在浓度梯度的驱动下从岩石下表面扩散至上表面，并进入空白溶液中。通过测定空白溶液中示踪物质的浓度，得到示踪物质在岩石中的扩散系数，以及和岩石反应的情况。然而，利用现有岩石扩散系数测试装置进行测试时，存在以下三方面问题：

问题一：现有岩石扩散系数测试时，未考虑岩石上、下表面溶液压力差，测试管路中的溶液具有由高压力一侧向低压力一侧流动的趋势，因此，实际所测量的溶液样品中示踪物质的浓度变化不仅受溶液浓度差的影响，还受到来自岩石上、下表面溶液压力差的严重影响，造成扩散速率测试结果有相当大且不可预估的系统误差。

问题二：现有岩石扩散系数测量装置的溶液样品收集装置是通过在容器内循环方式收集空白溶液端的溶液，其简便易行，但是造成“空白”溶液中示踪元素浓度不断上升，与理论上的空白溶液有一定偏差，必须要进行校正。考虑扩散装置中的特定体积中的溶液对收集装置中的示踪物质浓度的影响，采用内循环方式收集空白溶液，增加了系统误差。

问题三：现有岩石样品密封方法，将岩石样品封闭在塑胶管内，在岩石样品与胶管之间的缝隙内充填硅胶或乳胶进行密封，必须要进行漏水测试，整个封装过程耗时久、密封效果差，导致实验测试效率低下。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种岩石扩散系数测量装置及方法，用以解决现有岩石扩散系数测量装置及方法未考虑岩石样品两侧压力差、采用内循环收集管路溶液导致测量结果可靠性差以及测试效率低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面提供一种岩石扩散系数测量装置，包括示踪溶液管路、空白溶液管路、蠕动泵以及压力调节装置，其中，蠕动泵用于驱动示踪溶液管路和空白溶液管路中的溶液流动，压力调节装置用于调节示踪溶液管路和空白溶液管路的压力；示踪溶液管路包括示踪溶液瓶以及与示踪溶液瓶连接的示踪溶液室，空白溶液管路包括空白溶液瓶以及与空白溶液瓶连接的空白溶液室，示踪溶液室和空白溶液室均通过岩石样品封装管与待测岩石样品密封连接；示踪溶液室的出液口设有示踪液面监测管，空白溶液室的出液口设有空白液面监测管。

进一步地，压力调节装置包括示踪升降台和空白升降台，示踪升降台用于支撑和升降示踪溶液瓶，空白升降台用于支撑和升降空白溶液瓶。

进一步地，压力调节装置为流量阀。

进一步地，示踪液面监测管和空白液面监测管均由透明材料制成，并设有刻度标记。

进一步地，示踪溶液室和空白溶液室的结构相同，均设有圆柱形凸台结构。

进一步地，示踪溶液管路的出液口与示踪溶液回收瓶连接，空白溶液管路的出液口与溶液样品收集瓶连接。

进一步地，岩石样品封装管的两端套设于凸台结构，凸台结构与封装于岩石样品封装管中的待测岩石样品之间具有允许溶液流通的空间。

进一步地，岩石样品的外周密封设有环形环氧树脂层，环氧树脂层的外径等于岩石样品封装管的内径；凸台结构与具有环氧树脂层的岩石样品之间设有圆环形密封圈，密封圈的内径大于等于岩石样品的直径，密封圈的外径等于岩石样品封装管的内径。

进一步地，岩石样品封装管为橡胶管，橡胶管的外周设有圆环形紧固件。

另一方面还提供一种岩石扩散系数测量方法，具体利用上述岩石扩散系数测量装置进行测量，包括以下步骤：

步骤一：对采集的岩石样品进行预处理，得到待测岩石样品；

步骤二：进行待测岩石样品的密封安装；

步骤三：连接示踪溶液管路和空白溶液管路，向示踪溶液瓶和空白溶液瓶中均加入空白溶液，启动蠕动泵，对示踪溶液管路和空白溶液管路进行密封性检测；

利用压力调节装置调节示踪溶液管路和空白溶液管路的压力，使示踪液面监测管和空白液面监测管中的液面高度一致，若无溶液渗出并且示踪液面监测管和空白液面监测管中液面稳定，则密封性良好，进行下一步实验操作；

步骤四：关闭蠕动泵，将示踪溶液瓶中的空白溶液全部取出，将特定浓度的示踪溶液加入示踪溶液瓶中，重新启动蠕动泵，利用压力调节装置调节示踪溶液管路和空白溶液管路的压力，使示踪液面监测管的液面和空白液面监测管的液面高度相同，检测所述空白溶液管路开放端出液口收集的待测溶液，得到示踪元素在岩石中扩散系数结果。

进一步地，步骤一中，对采集的岩石样品进行预处理包括：将岩石样品沿垂直层理方向切割为圆柱状，在圆柱状岩石样品的外周密封设置环氧树脂层，对具有环氧树脂层的岩石样品的上、下表面进行切割并抛光处理；步骤三中，进行密封性检测前，将示踪溶液室的凸台结构和空白溶液室的凸台结构左右相对设置，使待测岩石样品处于水平；

步骤二中，进行待测岩石样品的密封安装包括：将待测岩石样品装入岩石样品封装管内，在待测岩石样品的上、下表面放置圆环形密封圈，将岩石样品封装管的两端套设在凸台结构上，凸台结构紧压在密封圈上，将示踪溶液室和空白溶液室固定；

步骤三中，进行密封性检测前，将示踪溶液室的凸台结构和空白溶液室的凸台结构左右相对设置，使待测岩石样品处于水平状态。

进一步地，步骤四中，利用分析仪器检测待测溶液包括：记录实验开始时间，每隔一定时间从空白溶液管路开放端出液口收集待测溶液并对其检测，通过计算得到示踪元素在岩石中扩散系数结果，或者直接将空白溶液管路的开放端出液口接入分析仪器，进行实时分析。

本发明有益效果如下：

a)本发明提供的岩石扩散系数测量装置，示踪溶液管路和空白溶液管路上分别设置有示踪液面监测管和空白液面监测管，通过压力调节装置调整示踪溶液管路和空白溶液管路内压力，使示踪液面监测管的液面高度和空白液面监测管的液面高度一致，即实现了岩石样品两侧的压力相同，能够直观、快速地实现岩石样品两侧的压力相等，测量装置结构简单，操作简便快捷，降低了实验器材的制作成本。

b)本发明提供的岩石扩散系数测量装置，采用开放式收集的方式，可以减少空白溶液中示踪物质浓度升高对扩散实验的影响，并能够做到实时监测。

c)本发明提供的岩石扩散系数测量装置，在待测岩石样品的外周设置具有一定厚度的环氧树脂层，环氧树脂层配合待测岩石样品的上、下表面的圆环形弹性密封圈，保证示踪溶液管路内的示踪物质仅通过岩石样品截面扩散至空白溶液管路中，大大缩短了岩石样品密封安装时间，显著地提高了扩散装置的密封性，进而提高了测量结果的准确性和可靠性。

d)本发明提供的岩石扩散系数测量方法，仅需要调整示踪液面监测管和空白液面监测管的液面高度，使二者液面高度一致即可实现待测岩石样品两侧的压力相等，操作方便快捷；在岩石样品预处理时，增加在岩石样品外周设置环氧树脂层的操作步骤，通过在岩石样品外周设置环氧树脂层，并加以密封圈密封，封装效果好、操作简便易行，大大缩短了岩石样品封装密封时间，显著提高了实验测试效率，并且在测量过程中测试管路中的溶液采用开放式收集方式，提高了测试结果的准确性，测量结果更加可靠。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例一中岩石扩散系数测量装置的结构示意图；

图2为实施例一中岩石样品安装在封装管内的结构示意图；

图3为实施例一中示踪溶液室和空白溶液室连接并安装待测岩石样品的结构示意图；

图4为图3中示踪溶液室的仰视图。

附图标记：

1、示踪溶液瓶；2、示踪溶液管路；2-1、示踪液面监测管；3、蠕动泵；4、空白溶液管路；4-1、空白液面监测管路；5、空白溶液瓶；6、示踪溶液室；7、岩石样品封装管；8、空白溶液室；9、溶液样品收集瓶；10、示踪升降台；11、空白升降台；12、待测岩石样品；13、环氧树脂层；14、密封圈；15、紧固件；16、凸台结构；16-1、通液孔。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例一

本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种岩石扩散系数测量装置，包括示踪溶液管路2、空白溶液管路4、蠕动泵3以及压力调节装置，其中，蠕动泵3用于驱动示踪溶液管路2和空白溶液管路4中的溶液流动，压力调节装置用于调节示踪溶液管路2和空白溶液管路4的压力；示踪溶液管路2包括示踪溶液瓶1以及与示踪溶液瓶1连接的示踪溶液室6，空白溶液管路4包括空白溶液瓶5以及与空白溶液瓶5连接的空白溶液室8，示踪溶液室6和空白溶液室8均通过岩石样品封装管7与待测岩石样品12密封连接；示踪溶液室6的出液口设有示踪液面监测管2-1，空白溶液室8的出液口设有空白液面监测管4-1。

实施时，将待测岩石样品12封装在岩石样品封装管7中，连接示踪溶液管路2、空白溶液管路4，在示踪溶液瓶1和空白溶液瓶5中均装入空白溶液，启动蠕动泵3，对示踪溶液管路2和空白溶液管路4进行密封性测试；完成密封性测试后，关闭蠕动泵3，将示踪溶液瓶1中的空白溶液全部取出，将特定浓度的示踪溶液加入示踪溶液瓶1中，重新启动蠕动泵3，利用压力调节装置调节示踪溶液管路2和空白溶液管路4的压力，使示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1的液面高度相同。记录实验开始时间，每隔一定时间(例如：12小时、24小时等)从空白溶液管路4开放端出液口收集待测溶液，对待测溶液中的示踪物质浓度进行测量，通过计算得到示踪元素在岩石中扩散系数结果，或者直接将空白溶液管路4的开放端出液口接入分析仪器，进行实时分析。

与现有技术相比，本实施例提供的岩石扩散系数测量装置，示踪溶液管路2和空白溶液管路4上分别设置有示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1，通过压力调节装置调整示踪溶液管路2和空白溶液管路4内压力，使示踪液面监测管2-1的液面高度和空白液面监测管4-1的液面高度一致，能够直观、快速地实现岩石样品两侧的压力相等，此扩散系数测量装置结构简单，操作简便快捷，降低了实验器材的制作成本。

本实施例中，示踪溶液管路2和空白溶液管路4由软管连接，示踪溶液管路2和空白溶液管路4中的各连接部件能够按照需要移动位置。调节示踪溶液管路2和空白溶液管路4的压力，使示踪溶液管路2和空白溶液管路4的压力相等有以下两种方式：第一种方式为，在示踪溶液管路2和空白溶液管路4上分别设置流量阀，利用流量阀来调节示踪溶液管路2和空白溶液管路4内的流量及压力，使示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1的液面高度相同；第二种方式为，设置用于调节示踪溶液瓶1的示踪升降台10和用于调节空白溶液瓶5的空白升降台11，示踪升降台10用于支撑和升降示踪溶液瓶1，空白升降台11用于支撑和升降空白溶液瓶5，通过调节示踪升降台10和空白升降台11的高度，调整示踪溶液管路2和空白溶液管路4内的压力，使示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1的液面高度相同。其中，第二种方式中，示踪升降台10和空白升降台11可以手动控制，也可以由电机控制。例如，升降台为螺纹升降结构，升降台包括支撑台、底座和螺杆，螺杆的上端与支撑台固定连接，下端与底座螺纹连接，通过手动旋拧螺杆实现升降台的上升与下降，采用螺纹升降结构，充分利用了螺纹移动的稳定性和精确性，能够精确调节液面高度，从而提升了测试结果的准确性。本实施例优选第二种方式，其原因在于第二种方式成本低，操作简便，无需对溶液施加额外压力，近似与在自然条件下的扩散。

为了直观观察监测管内的液面高度，示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1均由透明材料制成，如玻璃管或透明塑料管，优选透明塑料管，为了便于比较两个监测管内的液面高度，在示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1上设有刻度标记，示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1并列近距离设置，通过肉眼就能够直观观测两个监测管内的液面高度是否相同。

本实施例中，示踪溶液室6和空白溶液室8的结构相同，如图3所示，均设置有凸台结构16，凸台结构16为圆柱形，圆柱形凸台结构16的直径与岩石样品封装管7的内径相等，示踪溶液室6和空白溶液室8内部设有内部管路，在凸台结构16的端面上间隔设置有两个通液孔16-1，如图4示出了示踪溶液室6的凸台结构16上的两个通液孔16-1。岩石样品封装管7的两端套设于示踪溶液室6和空白溶液室8的凸台结构16，凸台结构16能够对岩石样品封装管7起到限位作用，提高了测试过程中待测岩石样品12的稳定性，凸台结构16与封装于岩石样品封装管7中的岩石样品之间具有允许溶液流通的空间，确保了示踪溶液管路2和空白溶液管路4内溶液的流动。

本实施例中，示踪溶液室6的凸台结构16与空白溶液室8的凸台结构16上下相对设置或者左右相对设置。当两个凸台结构16上下相对设置时，待测岩石样品12为竖直状态，当两个凸台结构16左右相对设置时，待测岩石样品12为水平状态，优选采用两个凸台结构16左右相对设置的技术方案，其原因在于，待测岩石样品12在测试过程中为水平状态，避免了示踪溶液室6和空白溶液室8存在高度差而影响测试结果的准确性。

考虑到实际测量过程中，若示踪溶液管路2和空白溶液管路4中的溶液循环，示踪溶液瓶1中的示踪溶液浓度会有微弱的降低，空白容液瓶5中的空白溶液浓度会累积增加，因而将会降低扩散系数测量结果的准确性。本实施例中，示踪溶液管路2的出液口与示踪溶液回收瓶连接，空白溶液管路4的出液口与溶液样品收集瓶9连接，流经示踪溶液室6的示踪溶液和流经空白溶液室8的空白溶液(此时的空白溶液内已含有一定量示踪物质)，不再返回示踪溶液瓶1和空白溶液瓶5中，从而有效地避免了溶液循环带来的误差，提高了测量结果的准确性。

考虑到扩散装置的密封性将直接影响测量结果，现有岩石样品封装管7采用硅胶或乳胶进行密封，该密封方法耗时久、密封效果差，不仅测试效率低下而且测试结果误差大，难以满足实验要求。考虑到上述缺陷，本实施例的一个方案中，如图2所示，在岩石样品的外周密封设有环形环氧树脂层13，环氧树脂层13的外径等于岩石样品封装管7的内径，在将岩石样品安装在岩石样品封装管7内之前，凸台结构16与具有环氧树脂层13的岩石样品之间设有圆环形密封圈14；密封圈14的内径大于等于待测岩石样品12的直径，密封圈14的外径等于岩石样品封装管7的内径，优选地，密封圈14由弹性材料制成，进一步优选圆环形橡胶密封圈14。其中，岩石样品外周的环氧树脂层13由液态环氧树脂固化而成，固化形成环氧树脂层13后，需要对具有环氧树脂层13的岩石样品上、下表面进行切割抛光处理，切割成适宜的高度，并保证岩石样品上、下表面无环氧树脂覆盖，作为待测岩石样品12。在进行待测岩石样品12的密封安装时，将进行切割抛光处理后的待测岩石样品12装入岩石样品封装管7内，如图3所示，待测岩石样品12的上、下表面均放置圆环形密封圈14，将示踪溶液室6和空白溶液室8的凸台结构16从岩石样品封装管7的两端插入，岩石样品封装管7的两端套设在凸台结构16上，凸台结构16与封装于岩石样品封装管7中的待测岩石样品12之间具有允许溶液流通的空间，凸台结构16紧压在圆环形密封圈14上，用螺栓螺母组件将示踪溶液室6和空白溶液室8固定，由于圆环形密封圈14具有弹性，凸台结构16紧压在圆环形密封圈14上能够达到更好的密封效果。本实施例中，在待测岩石样品12的外周设置具有一定厚度的环氧树脂层13，环氧树脂层13配合待测岩石样品12的上、下表面的圆环形弹性密封圈14，大大缩短了岩石样品密封安装时间，显著地提高了扩散装置的密封性，进而提高了测量结果的可靠性。

为了进一步提高测量装置的密封性，岩石样品封装管7为橡胶管，橡胶管的外周设置有圆环形紧固件15，待测岩石样品12安装在橡胶管中后，利用圆环形紧固件15在橡胶管的外周进行紧固密封，使待测岩石样品12上环氧树脂层13外壁与橡胶管的内壁紧密接触，防止示踪溶液和空白溶液沿橡胶管内壁渗漏，保证示踪溶液管路2内的示踪物质仅通过待测岩石样品12的截面扩散至空白溶液管路4中，从而提高了待测岩石样品12与岩石样品封装管7之间的密封性，保证了测量结果的准确性。优选地，紧固件15为热缩管。

本实施例中，示踪溶液管路2和空白溶液管路4上设置的蠕动泵3能够同时驱动示踪溶液管路2和空白溶液管路4中的溶液流动，也可以在示踪溶液管路2和空白溶液管路4上分别设置一个蠕动泵3，在调节示踪液面监测管2-1的液面或空白液面监测管4-1的液面高度时，通过蠕动泵3调节相应管路中的流量和流速，配合升降台使示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1的液面高度相同。

实施例二

本实施例公开了一种岩石扩散系数测量方法，具体利用实施例一中的岩石扩散系数测量装置进行测量，包括如下步骤：

步骤一：对采集的岩石样品进行预处理，得到待测岩石样品。将采集的岩石样品沿垂直层理方向切割为圆柱状，优选地，岩石样品的直径为1-2厘米，高度为1.5-2厘米。将圆柱状岩石样品放入内径为2.5厘米的模具中，向岩石样品与模具的内壁之间的环形空间内加入含有固化剂的液态环氧树脂，液态环氧树脂将岩石样品环绕包埋，加入的液态环氧树脂能够在常温下固化，在岩石样品外周形成环氧树脂层13，固化后的成环氧树脂层13与岩石样品外周面紧密固定连接，环氧树脂层13与岩石样品外周面之间密封性好，将具有环氧树脂层13的岩石样品的上、下表面进行切割并抛光处理，进行剖光处理后的岩石样品作为待测岩石样品12，优选地，待测岩石样品12高度为1厘米左右，准确测定待测岩石样品12的高度和直径数据。

步骤二：进行待测岩石样品的密封安装。将待测岩石样品12装入岩石样品封装管7内，在待测岩石样品12的上、下表面均放置圆环形密封圈14，将示踪溶液室6和空白溶液室8的凸台结构16从岩石样品封装管7的两端插入，岩石样品封装管7的两端套设在凸台结构16上，凸台结构16与封装于岩石样品封装管7中的待测岩石样品12之间具有允许溶液流通的空间，凸台结构16紧压在圆环形密封圈14上，用螺栓螺母组件将示踪溶液室6和空白溶液室8固定，完成待测岩石样品12的密封安装。

本实施例中，在待测岩石样品12的外周设置具有一定厚度的环氧树脂层13，同时在待测岩石样品12的上、下表面均设有圆环形弹性密封圈14的结构设计，显著提高了扩散系数测量装置的密封性，缩短了岩石样品的密封安装时间，提高了实验测试效率及测量结果的可靠性。

步骤三：完成密封安装待测岩石样品12后，连接示踪溶液管路2和空白溶液管路4，将示踪溶液室6的凸台结构16和空白溶液室8的凸台结构16左右相对设置，此时待测岩石样品12为水平状态。向示踪溶液瓶1和空白溶液瓶5中均加入空白溶液，启动蠕动泵3，对示踪溶液管路2和空白溶液管路4进行密封性测试。具体的，示踪溶液瓶1中的空白溶液通过示踪溶液管路2经过蠕动泵3供入示踪溶液室6中并继续在示踪溶液管路2中返回至示踪溶液瓶1中实现溶液循环；空白溶液瓶5中的溶液通过空白溶液管路4经过蠕动泵3供入空白溶液室8，并经过空白溶液管路4的开放端出液口流出，收集在空白溶液回收瓶中，在后续测试中可以重复利用。由于示踪溶液管路2和空白溶液管路4的溶液均具有一定的压力，因此示踪溶液管路2和空白溶液管路4中的部分溶液进入示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1，示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1的液面高度反应出管路中溶液压力，根据示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1内的液面高度，利用压力调节装置调节示踪溶液管路2和空白溶液管路4的压力，使示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1中的液面高度一致，从而实待测现岩石样品12两侧的溶液压力相等。当示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1中的液面高度调节一致后，持续运行24小时，监测各管路及其连接处是否有溶液渗出以及示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1中的液面是否稳定，若无溶液渗出并且示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1中液面稳定，则示踪溶液管路2和空白溶液管路4的密封性良好，满足实验要求，进行下一步实验操作，否则，重新密封安装待测岩石样品12或重新连接管路安装，重复上述步骤，直至满足实验要求。

步骤四：完成示踪溶液管路2和空白溶液管路4的密封性检测后，关闭蠕动泵3，将示踪溶液瓶1中的空白溶液全部取出，将特定浓度的示踪溶液加入示踪溶液瓶1中，重新启动蠕动泵3，利用压力调节装置调节示踪溶液管路2和空白溶液管路4的压力，使示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1的液面高度相同，利用分析仪器检测空白溶液管路4开放端出液口收集的待测溶液，得到示踪元素在岩石中扩散系数结果，具体的，记录实验开始时间，每隔一定时间(例如：12小时、24小时等)从空白溶液管路4开放端出液口收集待测溶液，对待测溶液中的示踪物质浓度进行测量，通过计算得到示踪元素在岩石中扩散系数结果，或者直接将空白溶液管路4的开放端出液口接入分析仪器，进行实时分析。

本实施例中，在步骤三或步骤四中，调节示踪溶液管路2和空白溶液管路4的压力，使示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1的液面高度相同有以下两种方式：第一种方式为，在示踪溶液管路2和空白溶液管路4上分别设置流量阀，利用流量阀来调节示踪溶液管路2和空白溶液管路4内的流量及压力，使示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1的液面相等；第二种方式为，设置用于调节示踪溶液瓶1的示踪升降台10和用于调节空白溶液瓶5的空白升降台11，示踪升降台10用于支撑和升降示踪溶液瓶1，空白升降台11用于支撑和升降空白溶液瓶5，通过调节示踪升降台10和空白升降台11的高度，调整示踪溶液管路2和空白溶液管路4内的压力，使示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1的液面高度相同。其中，在第二种方式中，示踪升降台10和空白升降台11可以手动控制，也可以由电机控制。例如，升降台为螺纹升降结构，升降台包括支撑台、底座和螺杆，螺杆的上端与支撑台固定连接，下端与底座螺纹连接，通过手动旋拧螺杆实现升降台的上升与下降，采用螺纹升降结构，充分利用了螺纹移动的稳定性和精确性，能够精确调节示踪液面监测管2-1的液面和空白液面监测管4-1中的液面高度，从而提升了测试结果的准确性。本实施例优选第二种方式，其原因在于第二种方法成本低，操作简便，无需对溶液施加额外压力，就能达到近似于在自然条件下的扩散。

实际测量过程中，考虑到若示踪溶液管路2和空白溶液管路4中的溶液循环，示踪溶液瓶1中的示踪溶液浓度会有微弱的降低，空白容液瓶5中的空白溶液浓度会累积增加，将会降低扩散系数测量结果的准确性。因此，在步骤四中，示踪溶液管路2的出液口与示踪溶液回收瓶连接，空白溶液管路4的出液口与溶液样品收集瓶9连接，溶液样品收集瓶9内收集的溶液为待测溶液，从而有效地避免了溶液循环带来的误差，提高了测量结果的准确性。在步骤三中，示踪溶液管路2和空白溶液管路4中的溶液是否循环，不影响示踪溶液管路2和空白溶液管路4的密封性检测，因此，步骤三中示踪溶液管路2和空白溶液管路4中的溶液是否循环均可。

现有岩石扩散系数测试方法，测试过程中的岩石样品为竖直状态，未考虑示踪溶液室6和空白溶液室8的高度差也会影响测试结果的准确性，本实施例中，将示踪溶液室6的凸台结构16和空白溶液室8的凸台结构16左右相对设置，保证测试过程中待测岩石样品12处于水平状态，从而排除了待测岩石样品12两侧溶液因重力而影响测试结果。

与现有技术相比，本发明提供的岩石扩散系数测量方法，仅需要调整示踪液面监测管2-1和空白液面监测管4-1内的液面高度相同即可实现待测岩石样品12两侧的溶液压力相等，操作方便快捷；在岩石样品预处理时，增加在岩石样品外周设置环氧树脂层的操作步骤，通过在岩石样品外周设置环氧树脂层13，并加以密封圈14密封，封装效果好、操作简便易行，大大缩短了岩石样品封装密封时间，显著提高了实验测试效率，并且在测量过程中将岩石样品水平放置，同时测试管路中的溶液采用开放式收集方式，提高了测试结果的准确性，测量结果更加可靠。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩石扩散系数测量装置，其特征在于，包括示踪溶液管路、空白溶液管路、蠕动泵以及压力调节装置，其中，所述蠕动泵用于驱动所述示踪溶液管路和空白溶液管路中的溶液流动，所述压力调节装置用于调节示踪溶液管路和空白溶液管路的压力；

所述示踪溶液管路包括示踪溶液瓶以及与所述示踪溶液瓶连接的示踪溶液室，所述空白溶液管路包括空白溶液瓶以及与所述空白溶液瓶连接的空白溶液室，所述示踪溶液室和空白溶液室均通过岩石样品封装管与待测岩石样品密封连接；

所述示踪溶液室的出液口设有示踪液面监测管，所述空白溶液室的出液口设有空白液面监测管。

2.根据权利要求1所述的岩石扩散系数测量装置，其特征在于，所述压力调节装置包括示踪升降台和空白升降台，所述示踪升降台用于支撑和升降所述示踪溶液瓶，所述空白升降台用于支撑和升降空白溶液瓶。

3.根据权利要求1所述的岩石扩散系数测量装置，其特征在于，所述压力调节装置为流量阀。

4.根据权利要求1所述的岩石扩散系数测量装置，其特征在于，所述示踪液面监测管和所述空白液面监测管均由透明材料制成，并设有刻度标记。

5.根据权利要求4所述的岩石扩散系数测量装置，其特征在于，所述示踪溶液管路的出液口与示踪溶液回收瓶连接，所述空白溶液管路的出液口与溶液样品收集瓶连接。

6.根据权利要求1所述的岩石扩散系数测量装置，其特征在于，所述示踪溶液室和所述空白溶液室的结构相同，均设有圆柱形凸台结构。

7.根据权利要求6所述的岩石扩散系数测量装置，其特征在于，所述岩石样品封装管的两端套设于所述凸台结构，所述凸台结构与封装于所述岩石样品封装管中的待测岩石样品之间具有允许溶液流通的空间。

8.根据权利要求1至7所述的岩石扩散系数测量装置，其特征在于，岩石样品的外周密封设有环形环氧树脂层，所述环氧树脂层的外径等于所述岩石样品封装管的内径；

所述凸台结构与具有环氧树脂层的岩石样品之间设有圆环形密封圈，所述密封圈的内径大于等于岩石样品的直径，所述密封圈的外径等于所述岩石样品封装管的内径。

9.一种岩石扩散系数测量方法，其特征在于，利用权利要求1至8任一项所述的岩石扩散系数测量装置进行测量，包括以下步骤：

步骤一：对采集的岩石样品进行预处理，得到待测岩石样品；

步骤二：进行待测岩石样品的密封安装；

步骤三：连接所述示踪溶液管路和所述空白溶液管路，向所述示踪溶液瓶和所述空白溶液瓶中均加入空白溶液，启动所述蠕动泵，对所述示踪溶液管路和所述空白溶液管路进行密封性检测；

利用所述压力调节装置调节所述示踪溶液管路和所述空白溶液管路的压力，使所述示踪液面监测管和所述空白液面监测管中的液面高度一致，若无溶液渗出并且所述示踪液面监测管和所述空白液面监测管中液面稳定，则密封性良好，进行下一步实验操作；

步骤四：关闭所述蠕动泵，将所述示踪溶液瓶中的空白溶液全部取出，将特定浓度的示踪溶液加入所述示踪溶液瓶中，重新启动所述蠕动泵，利用所述压力调节装置调节所述示踪溶液管路和所述空白溶液管路的压力，使所述示踪液面监测管的液面和所述空白液面监测管的液面高度相同，检测所述空白溶液管路开放端出液口收集的待测溶液，得到示踪元素在岩石中扩散系数结果。

10.根据权利要求9所述的岩石扩散系数测量方法，其特征在于，步骤一中，对采集的岩石样品进行预处理包括：将岩石样品沿垂直层理方向切割为圆柱状，在圆柱状岩石样品的外周密封设置环氧树脂层，对具有环氧树脂层的岩石样品的上、下表面进行切割并抛光处理；

步骤二中，进行待测岩石样品的密封安装包括：将待测岩石样品装入所述岩石样品封装管内，在待测岩石样品的上、下表面放置圆环形密封圈，将所述岩石样品封装管的两端套设在凸台结构上，所述凸台结构紧压在所述密封圈上，将所述示踪溶液室和所述空白溶液室固定；

步骤三中，进行密封性检测前，将所述示踪溶液室的凸台结构和所述空白溶液室的凸台结构左右相对设置，使待测岩石样品处于水平状态。