CN112497776B - 垂向速度连续变化地震物理模型、材料及模型制作方法 - Google Patents

垂向速度连续变化地震物理模型、材料及模型制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种垂向速度连续变化地震物理模型、材料及模型制作方法。制作方法包括以下步骤：材料准备：根据模型用料的需求，把所需的环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于保温箱预热；模具处理：在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；材料混合：按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地均匀搅拌，随后加入石英砂进行充分均匀搅拌；抽取真空：将混合后的材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空后取出浇注至模具内；沉降及固化过程：将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作。通过在环氧树脂和硅橡胶聚合物中添加石英砂进行自然沉降的方式，实现了连续介质的物理模型制作。

Description

垂向速度连续变化地震物理模型、材料及模型制作方法
技术领域
本发明涉及地震物理模型材料领域，更具体的，涉及到一种垂向速度可连续变化的地震物理模型、模型材料及模型制作方法。
背景技术
在地震勘探工作中，地震波传播速度在沉积岩地区的分布规律具有成层性，因此可以将地层看成层状介质，每层具有特定的物性参数。但大量的地震勘探生产实践发现，对于较深的地层界面，将其上覆介质的波速看成随深度连续变化更加接近于真实情况。速度随深度发生连续变化的地层可以称之为连续介质。在地震波传播的数学模拟中，对于连续介质的速度描述，一般采用微积分的基本思想，即将连续介质分割成很多厚度为Δz的水平薄层，并将每层中的速度视为定值(设各层速度为V1，V2，…，Vn)，这样就可以把连续介质先当作层状介质，用已知的层状介质传播规律来研究连续介质。可见，当Δz无限较小，层状介质可以过渡到连续介质。这是连续介质数值模拟方法的基本原理。
地震物理模拟技术是用一定的材料，按照一定的比例，制作出与实际地层构造在形态、结构和物性各方面主要特征具有相似性的物理模型，并在实验室对物理模型进行模拟地震勘探野外工作，进行各种方式的数据采集，在对这些实验数据进行处理分析，获取地震波传播规律认识，研究和验证各种勘探技术方法。在进行地震物理模拟的过程中，为了使所得模拟结果的运动学特征与实际地质构造地质体中的地震波运动学特征保持一致，必须使物理模型的尺寸和速度、密度等参数与实际地质构造地质体的尺寸和速度、密度等参数呈一定的比例关系，即地震物理模拟几何相似性原理。目前地震物理模型所采用的尺度比例因子通常为1:10000，即物理模型的1毫米代表实际地质体尺度为10米；而速度比通常为1:1。模型材料的研发是地震物理模拟的基础，常用的地震物理模型的材料来源可分为两种：一种是固体工业板材，另一种是可成型材料。常用于物理模型制作的工业板材有铝材、树脂板、有机玻璃、石蜡等，通过对工业板材进行机械加工，即可获得较精确的几何构造。可成型材料是指一些液态或粉状材料混合物，通过添加固化剂或改变温度的方式下变成固体，这类模型材料具有良好的均匀性和可塑性，能够方便的制作复杂构造物理模型。
但是，已有的物理模型材料均是具有单一固定速度，易于模拟层状介质，但很难模拟速度随深度变化的连续介质。本专利提供了一种垂向速度连续变化地震物理模型及制作方法，为连续介质物理模拟技术的实现奠定了基础。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种垂向速度连续变化地震物理模型及制作方法，为连续介质物理模拟技术的实现奠定了基础。
根据本发明的一个方面，提供一种垂向速度连续变化地震物理模型的制作方法，该方法包括以下步骤：
材料准备：根据模型用料的需求，把所需的环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于保温箱预热；
模具处理：在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；
材料混合：按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地均匀搅拌，随后加入石英砂进行充分均匀搅拌；
抽取真空：将混合后的材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空后取出浇注至模具内；优选地边搅拌边抽真空10-30分钟；
沉降及固化过程：将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作。
可选地，制作模型的材料包括100重量份环氧树脂、0-50重量份硅橡胶、20-50重量份份固化剂、50-100重量份石英砂。
可选地，所述环氧树脂为粘度在9000-13000mPa·s范围的环氧树脂。
优选地，所述环氧树脂为E-51型环氧树脂。
可选地，所述固化剂为胺值小于400mgKOH/g的胺类固化剂。
优选地，所述固化剂为腰果油改性脂肪胺。
可选地，所述石英砂的粒径为40-800目。
优选地，所述石英砂的粒径为60-600目。
优选地，模型深度在10cm以内。
根据本发明的一个方面，提供一种垂向速度连续变化地震物理模型，包括：
模型本体，以及
自然沉降和固化在所述模型本体内的宽粒径范围的石英砂颗粒。
根据本发明的一个方面，提供一种垂向速度连续变化地震物理模型材料，包括如下组分：100重量份环氧树脂、0-50重量份硅橡胶、20-50重量份份固化剂、50-100重量份石英砂。
根据本发明的另一方面，提供一种地震物理模型材料或模型在地震物理模拟中的应用。
本发明提供了一种垂向速度连续变化地震物理模型，其通过在环氧树脂和硅橡胶聚合物中添加石英砂进行自然沉降的方式，实现了连续介质的物理模型制作，研制的速度连续变化物理模型在垂向上纵波速度变化幅度能够达到500m/s、横波速度变化幅度能够达到310m/s，且速度与模型垂向深度之间变化关系能够用函数表示，为基于连续介质物理模拟的地震波传播规律研究奠定了基础。
附图说明
通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为根据本发明实施例的垂向速度连续变化地震物理模型的制作方法流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一个方面，提供一种垂向速度连续变化地震物理模型材料，包括如下组分：100重量份环氧树脂、0-50重量份硅橡胶、20-50重量份份固化剂、50-100重量份石英砂。
如图1所示，本公开提出了一种垂向速度连续变化地震物理模型的制作方法，该方法包括以下步骤：
材料准备：根据模型用料的需求，把所需的环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于保温箱预热；优选地，置于45℃保温箱预热1-2个小时；
模具处理：在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；
材料混合：按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地均匀搅拌，随后加入石英砂进行充分均匀搅拌；
抽取真空：将混合后的材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空后取出浇注至模具内；优选地边搅拌边抽真空10-30分钟；
沉降及固化过程：将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作。
可选地，所述物理模型材料包括以下组分：
环氧树脂：100重量份；
硅橡胶：0-50重量份；
固化剂：20-50重量份；
石英砂：50-100重量份。
优选地，环氧树脂的粘度在9000-13000mPa·s范围的环氧树脂，更优选为E-51型环氧树脂。
优选地，固化剂为胺值小于400mgKOH/g胺类固化剂；优选为腰果油改性脂肪胺；优选为30重量份；
石英砂的粒径是其在环氧树脂/硅橡胶聚合物中自然沉降程度和速度的关键因素。通过大量实验发现，当石英砂粒径为600目以上时，其在环氧树脂/硅橡胶聚合物中进行充分搅拌后将呈现不发生沉降的均匀分布状态，此时制作得到的物理模型具有单一特定速度。600目(目数越小，粒径越大)以下目数的石英砂在环氧树脂/硅橡胶聚合物中沉降速度不同，粒径较大的石英砂会迅速沉降到聚合物底部，粒径适中的石英砂沉降在聚合物中部，粒径最小的石英砂沉降在聚合物顶部，这是固化后的物理模型垂向速度连续变化的基本物理原理。因此石英砂的粒径范围分布要大，且不同粒径分布要均匀。
在本发明中，石英砂的粒径优选为40-800目，更优选为60-600目。
另外，考虑到模型须快速固化，因此制作的模型深度需控制在10cm(0.1m)以内。
根据本发明的一个方面，提供一种垂向速度连续变化地震物理模型，包括：
模型本体，以及
自然沉降和固化在所述模型本体内的宽粒径范围的石英砂颗粒。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例1-5所用原料：
环氧树脂E51：上海树脂厂生产；
硅橡胶：上海新光化工厂生产；
固化剂F50：腰果油改性脂肪胺ZY-F50；胺值：200-300mgKOH/g；徐州中研化工有限公司生产。
石英砂：目数范围60-600目，产地河北。
实施例1：
物理模型1，纵波速度与垂向深度关系为Vp＝1460+5006*z、横波波速度与垂向深度关系为Vs＝822+3095*z，Z为模型垂向深度(速度单位m/s，深度单位m)
环氧树脂：100重量份；
硅橡胶：0重量份；
固化剂：20重量份；
石英砂：80重量份。
将环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于45℃保温箱预热1个小时；
按配方要求称取材料后，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地搅拌均匀，随后将石英砂加入上述材料中，然后搅拌使其充分混合均匀；
将上述材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空10分钟后取出浇筑至模具内；
将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作。
实施例2：
物理模型2，纵波速度与垂向深度关系为Vp＝1315+4820*z、横波波速度与垂向深度关系为Vs＝782+2864*z(速度单位m/s，深度单位m)
环氧树脂：100重量份；
硅橡胶：10重量份；
固化剂：20重量份；
石英砂：75重量份。
将环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于45℃保温箱预热2个小时；
按配方要求称取材料后，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地搅拌均匀，随后将石英砂加入上述材料中，然后搅拌使其充分混合均匀；
将上述材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空20分钟后取出浇筑至模具内；
将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作。
实施例3：
物理模型3，垂向纵波速度与垂向深度关系为Vp＝1203+3950*z、横波波速度与垂向深度关系为Vs＝746+2632*z(速度单位m/s，深度单位m)
环氧树脂：100重量份；
硅橡胶：20重量份；
固化剂：30重量份；
石英砂：60重量份。
将环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于45℃保温箱预热2个小时；
按配方要求称取材料后，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地搅拌均匀，随后将石英砂加入上述材料中，然后搅拌使其充分混合均匀；
将上述材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空30分钟后取出浇筑至模具内；
将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作。
实施例4：
物理模型4，垂向纵波速度与垂向深度关系为Vp＝1189+3760*z、横波波速度与垂向深度关系为Vs＝721+2413*z(速度单位m/s，深度单位m)
环氧树脂：100重量份；
硅橡胶：30重量份；
固化剂：20重量份；
石英砂：60重量份。
将环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于45℃保温箱预热1个小时；
按配方要求称取材料后，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地搅拌均匀，随后将石英砂加入上述材料中，然后搅拌使其充分混合均匀；
将上述材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空30分钟后取出浇筑至模具内；
将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作。
实施例5：
物理模型5，垂向纵波速度与垂向深度关系为Vp＝1104+2980*z、横波波速度与垂向深度关系为Vs＝690+1886*z(速度单位m/s，深度单位m)
环氧树脂：100重量份；
硅橡胶：50重量份；
固化剂：20重量份；
石英砂：50重量份。
将环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于45℃保温箱预热2个小时；
按配方要求称取材料后，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地搅拌均匀，随后将石英砂加入上述材料中，然后搅拌使其充分混合均匀；
将上述材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空30分钟后取出浇筑至模具内；
将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作。
对比例1：
对比模型1，纵波速度在垂向上无变化，为单一特定速度Vp＝1460m/s
环氧树脂：100重量份；
固化剂：20重量份。
对比例1中，没有添加石英砂颗粒，因此纵波速度在垂向上无变化。
对比例2：
对比模型2，纵波速度在垂向上无变化，为单一特定速度Vp＝1230m/s
环氧树脂：100重量份；
硅橡胶：30重量份；
固化剂：20重量份。
对比例2中，没有添加石英砂颗粒，因此纵波速度在垂向上无变化。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种垂向速度连续变化地震物理模型的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
材料准备：根据模型用料的需求，把所需的环氧树脂、硅橡胶、固化剂置于保温箱预热；
模具处理：在物理模型固化模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理；
材料混合：按配方要求对材料称重，首先将环氧树脂、硅橡胶、固化剂进行充分地均匀搅拌，随后加入石英砂进行充分均匀搅拌；
抽取真空：将混合后的材料放入真空搅拌机中，边搅拌边抽真空后取出浇注至模具内；
沉降及固化过程：将模具置于常温室内，令石英砂进行自然沉降和固化，随后脱模取出及完成模型制作；
所述石英砂为宽粒径范围、不同粒径分布均匀的石英砂颗粒，粒径范围为40-800目；
材料包括100重量份环氧树脂、0-50重量份硅橡胶、20-50重量份固化剂、50-100重量份石英砂。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述环氧树脂为粘度在9000-13000mPa·s范围的环氧树脂。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述环氧树脂为E-51型环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述固化剂为胺值小于400mgKOH/g的胺类固化剂。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述固化剂为腰果油改性脂肪胺。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，模型深度在10cm以内。
7.一种垂向速度连续变化地震物理模型，其特征在于，根据权利要求1-6任一项所述的制作方法制作而成，包括：
模型本体，以及
自然沉降和固化在所述模型本体内的宽粒径范围的石英砂颗粒。
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