CN210894744U - 一种地球物理勘探模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及仿真领域，尤其涉及一种地球物理勘探模拟装置。一种地球物理勘探模拟装置，包括：槽体，用于承放液体且上端开口；导电材料层，贴附在所述槽体内壁；吸收电极组，埋置在所述导电材料层中，通过导线连接大地，用于吸收所述槽体内的边界电流；水平承台，设置在所述槽体内侧底部，具有位置坐标系；移动支架，滑动连接在所述水平承台上；实验桥架，装设在所述槽体的开口上；染色器，用于承放能够溶解于所述槽体所承放的液体的染色剂，与所述槽体之间通过连接管连通。本实用新型提供的地球物理勘探模拟装置，制造成小而精准的试验平台，让水槽模拟的测试环境不仅能够更加符合客观地球物理条件，创造一个良好的测试试验环境。

Description

一种地球物理勘探模拟装置

技术领域

本实用新型涉及仿真领域，尤其涉及一种地球物理勘探模拟装置。

背景技术

在地球物理专业教学、技术方法测试或科学研究中，水槽物理模拟是经典的物理模拟方法之一，由于其建设成本和单次试验投入成本低廉，对场地环境要求低，被业内广泛采用，除科研机构或企业外，仅全国近二十所相关院校，每所院校的实验室用模拟水槽都有5个以上，每年都有千余相关专业人员从事该项实验；此外，全国每年都举办本专业的全国或高校技能竞赛或比武，由于没有科学标准、机动灵活的场地模型，比赛结果难以做到公正客观。

传统的水槽物理模拟系统，结构简单。即方形水槽内壁为水泥、瓷砖等密闭防水材料，安装有注水及排水管道，在水槽中进行供电实验时，由于内壁材料一般为瓷砖、防水材料等高阻介质，在模拟试验中，如果向水中供电，供电电流被水槽边界“反射”，这种测试环境为受限空间，不能真正反映地下均匀半空间背景，或不能将水槽导电性环境等效为一种电阻率恒定的均匀半空间地球物理试验条件，直接影响到测试数据的可靠性乃至数据后期解释结果的准确性。如果建设大尺度的水槽，则场地受限，投入成本太高，实验操作也不方便。

另一方面，水槽模拟试验前，通常是将清水注入水槽，在清水中预置高阻或低阻的板状体、球体等模拟探测对象，试验人员用各种地球物理探测仪器和装置在水面上或水中进行物理参数测量，根据探测数据来验证目标的存在或精确反演解释目标的几何状态和物理性质；这种看得见的“隐蔽对象”对测试人员或学生来说是已知的，没有挑战性，难免会产生用结果套数据或数据套结果的现象；尤其是在本科、研究生探测能力水平测试或行业技能竞赛中，不能作为保密答案。非常需要一种真正的“隐蔽”模拟模型来考查竞赛人员的专业水准，但使用清水这种方便易行的水槽模拟方式也失去了价值优势。

申请号为201220359584.8的专利文献，公开了一种勘探用地质环境模拟装置，但是其不适用于教学过程中的搭建与使用，因此亟需发明人针对上述不足进行发明与创造。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种地球物理勘探模拟装置，符合客观地球物理条件，能够创造一个良好的测试试验环境，保证科学试验结论的可靠性。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种地球物理勘探模拟装置，包括：

槽体，用于承放液体且上端开口；

导电材料层，贴附在所述槽体内壁；

吸收电极组，埋置在所述导电材料层中，通过导线连接大地，用于吸收所述槽体内的边界电流；

水平承台，设置在所述槽体内侧底部，具有位置坐标系；

移动支架，滑动连接在所述水平承台上；

实验桥架，装设在所述槽体的开口上；

染色器，用于承放能够溶解于所述槽体所承放的液体的染色剂，与所述槽体之间通过连接管连通。

优选的所述的地球物理勘探模拟装置，所述水平承台具有水平坐标，用于确定所述移动支架的水平移动的位置；

所述移动支架包括支座和具有升降刻度的伸缩架。

优选的所述的地球物理勘探模拟装置，所述实验桥架上设置有距离刻度，用于确定测试电极所在的坐标位置。

优选的所述的地球物理勘探模拟装置，所述吸收电极组包括若干个相互串联的电极。

优选的所述的地球物理勘探模拟装置，所述导电材料层的材料的导电性大于所述槽体内承放的液体的导电性。

优选的所述的地球物理勘探模拟装置，所述导电材料层的材料包括但不限于含石墨材料、铜箔制成的薄膜、不极化导电材料中的一种或多种的组合。

优选的所述的地球物理勘探模拟装置，所述槽体的形状包括但不限于半球体、多面体。

优选的所述的地球物理勘探模拟装置，所述液体包括但不限于天然水、盐水。

优选的所述的地球物理勘探模拟装置，还包括机械移动器，所述机械移动器包括单片机和若干个伺服电机。

相较于现有技术，本实用新型提供的地球物理勘探模拟装置，制造成小而精准的试验平台，让水槽模拟的测试环境不仅能够更加符合客观地球物理条件，创造一个良好的测试试验环境，保证科学试验结论的可靠性。另一方面，对于教学来说，可以提高专业学习的吸引力，对于行业考核和竞争考试来说，可以方便灵活地随机设置探测目标，是本领域的极大进步。

附图说明

图1是本实用新型提供的实施例1的结构图；

图2是本实用新型提供的实施例1实施中间梯度剖面法的实施简图；

图3是本实用新型提供的实施例2的结构图；

图4是本实用新型提供的实施例3的结构图；

图5是本实用新型提供的机械移动器结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

请一并参阅图1，本实用新型提供一种地球物理勘探模拟装置，包括：

槽体1，用于承放液体且上端开口；

导电材料层2，贴附在所述槽体1内壁；

吸收电极组3，埋置在所述导电材料层2中，通过导线连接大地，用于吸收所述槽体1 内的边界电流；

水平承台4，设置在所述槽体1内侧底部，具有位置坐标系；所述位置坐标系为常用的平面坐标系，包括但不限于平面直角坐标系；

移动支架5，滑动连接在所述水平承台4上；

实验桥架6，装设在所述槽体1的开口上；

染色器(未视图)，用于承放能够溶解于所述槽体1所承放的液体的染色剂，与所述槽体 1之间通过连接管连通。所述染色器的外形包括但不限于囊状、盒状。

优选的实施方案中，所述水平承台具有水平坐标，用于确定所述移动支架的水平位置；

所述移动支架5包括支座(未标示)和具有升降刻度的伸缩架(未标示)。

所述实验桥架6上设置有距离刻度，用于确定测试电极所在的坐标位置。所述测试电极为现有技术中勘探设备上专门用来检测的探测针，所述测试电极连接测量设备。

在使用过程中，选取好预先准备的一个或多个探测试验目标，将其分别固定在所述槽体 1底部的所述移动支架5上，平移和调整所述移动支架5的水平位置，并调整所述伸缩架的高度，使得目标被固定在指定几何坐标上；向所述槽体1中注水，在注水前、后或注水过程中，使用所述染色器向水中注入能够溶解于水并遮挡探测试验目标的染色剂，当水面到达指定深度后停止注水；利用所述实验桥架6在水槽中开展探测测试试验，利用获得的数据进行隐蔽目标的探测解释；待解释结果出来后，将所述槽体1中的水分阶段放出到一定深度，逐一检验解释结果。所述解释结果为检测数据的记录和整理，确定所述实验目标的位置、大小等。

请一并参阅图2，将所述地球物理勘探模拟装置按照上述模块组装，以下是使用本装置进行的中间梯度剖面法一种实验的具体操作步骤：

步骤1、将检测目标物放在所述移动支架上所述伸缩架的顶端，并移动所述移动支架的位置，调整所述移动支架的高度，使所述检测目标物在预设的坐标位置上；

步骤2、向所述槽体中注水，待水面超过所述检测目标物一定高度后，停止注水，并将所述染色器中承放的染色剂通过所述连接管注入到水中；

步骤3、以所述槽体的边界为基础，建立检测坐标点网；

步骤4、使用供电设备通过供电电极A和B向所述槽体中的液体供电；此时，所述吸收电极组可以吸收掉边界电流，保证所述液体中的电流均衡；

步骤5、所述供电电极A和B的距离和位置不变，使用测试电极M和N按照所述检测坐标点网在所述液体面上进行检测，并记录所述测试电极M和N之间的电位差，形成数据分布图。

本实施例中使用的中间梯度剖面法是现有的物理勘探的普遍用法，其中涉及的供电设备、供电电极、检测设备以及检测电极均为现有技术的引用，本申请主要提供的是模拟装置，对检测设备做不限定。

使用本装置进行的中间梯度剖面法实验，有至少以下好处：

1、使用染色器将液体染色。在没染色前，方便操作者对整体步骤的把控，尤其是对检测目标物的坐标位置，方便注水后想要更换所述目标检测物的位置的基本诉求；同时，在染色后，可以保证实验者看不见目标物的位置，模拟真实的矿物等异常地质体。

2、通过所述导电材料层使用所述吸收电极将边界电流吸收，并导出到外界，可以有效保证所述槽体中液体的电流的均衡性，对于检测试验的准确性具有极大的保障，也是模拟真实的地理条件。

在具体实施中，所述吸收电极组3包括若干个相互串联的电极。

具体的，所述导电材料层的材料的导电性大于所述槽体内承放的液体的导电性，所述导电材料层中埋置吸收电极组3，所述若干个相互串联的电极均匀埋置在所述导电材料层中，所述吸收电极组3通过导线连接至所述槽体外的大地，吸收所述槽体1中的边界电流；所述槽体1的底部设置有带水平坐标系的水平承台4，所述水平承台4上放置有可以水平移动的移动支架5，所述移动支架5包括支座和具有升降刻度的伸缩架，所述伸缩架用来固定探测试验目标，并确认其空间坐标；所述槽体1上备有标有距离刻度的、可移动的所述实验桥架 6。

作为优选方案，本实施中，所述导电材料层的材料包括但不限于含石墨材料、铜箔制成的薄膜或不极化导电材料。极化是指因为电流的移动而最终导致电位偏离电极开路电位的现象，不极化材料为能够保障电流在移动中不会发生极化现象的材料。

作为优选方案，所述槽体1的形状包括但不限于半球体、多面体，所述液体包括但不限于天然水、盐水。在具体实施中，是利用水体来模拟野外地球物理勘探数据采集环境进行信号数据采集和分析处理、推断解释的一种物理模拟方法。将固体模型被浸入到充满水的槽子中以模拟真实的矿物等异常地质体，可进行超声、地震、电法和电磁波等地球物理方法的实验。

实施例2

请一并参阅图2，用含有石墨的材料做导电材料层，用蓝墨水作为染色剂

建设一个所述槽体1的半径0.5m的半球型小水槽，在所述槽体1内侧均匀粘贴一层电阻率为1Ω·m、厚度1cm的掺有水泥的石墨层为所述导电材料层2，所述槽体1四边和底部石墨层内四周和底部均匀埋设5个电极，串联后作为所述电极感应器3，通过导线连通到实验室外、深埋于土中；水槽底部架设有厘米水平坐标系的所述水平承台4，所述水平承台4上放置有可以在水槽底部水平所述移动支架5，所述移动支架上有可垂直升降的用来固定探测试验目标7的小型支架(未标示)，以固定探测试验用目标并确认其空间坐标；所述槽体1上备有标有厘米刻度的可移动所述实验桥架6；该水槽模拟装置还配有能够溶解于水并遮挡探测试验目标7的蓝墨水。选取好一个直径10cm的铜球作为良导体探测试验目标7，将其固定在所述小型支架上，平移和调整所述移动支架5水平位置和支架高度，使得目标被固定在水槽底部正中央；向水槽中注水，在注水过程中投放蓝色墨水，保证水的蓝色遮住探测试验目标7，水面到达指定深度后停止注水；利用所述实验桥架6在水槽中间开展地球物理勘探剖面法探测试验，采集好相应的检测数据，利用获得的检测数据进行隐蔽目标的剖面探测解释；待解释结果出来后，将水槽中的水放出，铜球渐渐漏出水面，逐一检验自己的解释结果或进行进一步数据测试分析。

本实施中的装置简单轻巧，易于布置，对于实验室中的临时实验具有极佳的效果。

实施例3

请一并参阅图3，用铜箔作为导电材料层，用有机染料作为染色剂

建设一个尺寸为长4m、宽4m、深2m的大水槽，大水槽的侧壁和底形成所述槽体1，在所述槽体的内壁上均匀粘贴一层厚度为0.2mm的铜箔，铜箔通过导线连通到实验室外部深埋于土中，此处所述铜箔相当于所述导电材料层+所述吸收电极组，主要作用是吸收所述槽体1 种的边界电流，均衡液体中的电流；大水槽底部平面作为所述水平承台4，具有位置坐标系，所述槽体1的上部开口的四边边长和侧边深度上具有厘米刻度坐标，分别为长坐标11、宽坐标12和垂直坐标13；放置有可以在所述槽体1底部水平所述移动支架5，所述移动支架5支座上有可垂直升降的用来固定探测试验目标7的伸缩架，以固定探测试验用目标并确认其空间坐标；还包括标有厘米刻度61的可移动的所述实验桥架6；所述染色器中承装的是能够溶解于水并遮挡探测试验目标7的红色有机染料。

选取好预先准备的一个长方形PVC板作为高阻板状探测试验目标7，选取一个直径25cm 的铜球作为有一定走向的二维探测试验目标7，分别将其固定在大水槽底部的所述移动支架5 上，平移和调整所述移动支架5的水平位置和所述伸缩架的高度，使得组合目标被固定在水槽中的不同空间坐标上；向水槽中注水，在注水过程中投放有机染料，保证水的红色遮住探测试验组合目标，水面到达指定深度后停止注水；设计物探测点、测线和测网，利用实验桥架在水槽中开展地球物理探测测试试验，利用获得的数据进行隐蔽目标的三维探测解释。

在所述实施例2和实施3中，为了增加水的导电性，向所述槽体的水中投放食盐，搅拌均匀。

更进一步的，在野外还可以将所述电极感应器和探测目标深入水中进行地球物理勘探方法的试验，模拟地球物理测井或地下巷道内的地球物理方法探测。

实施例4

请一并参阅图4，本实施例中，在实施例1基础上还包括机械移动器，所述机械移动器包括单片91和若干个伺服电机93，用于移动所述实验架桥6、所述供电电极A和B和所述测试电极M和N的位置，实现远程遥控或者自动化；所述单片机91以及所述伺服电机93 均为现有的设备。所述伺服电机93用于控制所述移动支架5、所述实验桥架6的移动，还用于控制所述移动支架5的垂直上下伸缩。

作为优选方案，本实施中，还包括若干个开关92，用于根据所述单片机91的指令控制所述伺服电机93的打开与关闭。

本实施例可以使用所述的机械移动器实现远程操控，特别是在实施例3中的大设备上使用可以大大提高便利性。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种地球物理勘探模拟装置，其特征在于，包括：

槽体，用于承放液体且上端开口；

导电材料层，贴附在所述槽体内壁；

吸收电极组，埋置在所述导电材料层中，通过导线连接大地，用于吸收所述槽体内的边界电流；

水平承台，设置在所述槽体内侧底部，具有位置坐标系；

移动支架，滑动连接在所述水平承台上；

实验桥架，装设在所述槽体的开口上；

染色器，用于承放能够溶解于所述槽体所承放的液体的染色剂，与所述槽体之间通过连接管连通。

2.根据权利要求1所述的地球物理勘探模拟装置，其特征在于，所述水平承台具有水平坐标，用于确定所述移动支架的水平移动的位置；

所述移动支架包括支座和具有升降刻度的伸缩架。

3.根据权利要求1所述的地球物理勘探模拟装置，其特征在于，所述实验桥架上设置有距离刻度，用于确定测试电极所在的坐标位置。

4.根据权利要求1所述的地球物理勘探模拟装置，其特征在于，所述吸收电极组包括若干个相互串联的电极。

5.根据权利要求1所述的地球物理勘探模拟装置，其特征在于，所述导电材料层的材料的导电性大于所述槽体内承放的液体的导电性。

6.根据权利要求5所述的地球物理勘探模拟装置，其特征在于，所述导电材料层的材料为含石墨材料、铜箔制成的薄膜、不极化导电材料中的一种。

7.根据权利要求1所述的地球物理勘探模拟装置，其特征在于，所述槽体的形状包括但不限于半球体、多面体。

8.根据权利要求1所述的地球物理勘探模拟装置，其特征在于，所述液体包括但不限于天然水、盐水。

9.根据权利要求1所述的地球物理勘探模拟装置，其特征在于，还包括机械移动器，所述机械移动器包括单片机和若干个伺服电机。

Images