用于制备地震物理模型材料的组合物、地震物理模型材料及其应用的制作方法

本技术涉及地震物理模拟领域，具体涉及一种用于制备地震物理模型材料的组合物、地震物理模型材料及其应用。

背景技术：

1、地震物理模拟是在实验室内将实际的地层构造或地质体在一定的尺度相似比下用相应的材料制作成物理模型，并用超声波测试方法对野外地震勘探方法进行数据采集的一种正演模拟。在地震物理模型技术中，如何构建能够模拟各种地层速度的模型材料是一个技术难题。目前，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。环氧树脂和硅橡胶是最常用的适合于构建地震物理模型的可成型材料，现有技术多是利用环氧树脂、硅橡胶与滑石粉等无机物进行混合的方式，模拟纵波速度范围在1000m/s至3500m/s之间的地层。

2、目前的地震物理模型材料的纵波速度下限约为1000m/s，很难再进一步降低。但在野外实际地层中，沙漠、黄土塬等地区的近地表地层的实际纵波速度往往仅有几百米每秒(500m/s至900m/s)，且具有非常高的衰减因子(通常用q值来表示；q值越小，表示衰减因子越大；q值不大于15可认为是高衰减材料)。因此，在对含近地表层地质体或地质构造进行物理模拟时，能否研发出具有低速高衰减特征的模型材料非常关键。魏建新(2006)对环氧树脂和硅橡胶这两种可成型混合材料速度进行过详细研究，他指出环氧树脂固化后的速度一般在2600m/s，而橡胶固化后的速度约在1000m/s，将两种材料按不同的量进行混合，固化后的混合材料速度在1000-2600m/s之间变化。丁拼搏(2020)通过在环氧树脂中掺杂硫化硅橡胶的方法制作衰减组合物，得到了q值小于10的高衰减模型材料，但其速度大于2000m/s，与实际近地表地层速度不符。

3、综上所述可见，如何实现纵波速度低且q值也低的模型材料，是决定物理模型技术能否对低速高衰减近地表地层进行高相似性模拟的关键，也关系到地震物理模型技术能否有长足发展。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本技术提供了一种同时具有低速和高衰减特征的地震物理模型材料，通过在聚氨酯中掺杂纳米气凝胶粉的方法制备出纵波速度范围为450m/s至950m/s、q值变化范围2至15之间的地震物理模型材料，为具有低速高衰减近地表的地质体或地质构造物理模拟奠定了基础。

2、在第一方面，本技术提供了一种用于制备地震物理模型材料的组合物，其包括聚氨酯、固化剂和纳米气凝胶粉。

3、根据本技术的一些实施方式，以重量份计，所述组合物包括聚氨酯100重量份，固化剂10-30重量份和纳米气凝胶粉1-10重量份。

4、根据本技术的一些实施方式，以重量份计，所述组合物包括聚氨酯100重量份，固化剂20重量份和纳米气凝胶粉1-10重量份。

5、根据本技术的一些实施方式，所述聚氨酯和所述纳米气凝胶粉的质量比为100：(1-10)，例如可以为100:1、100:2、100:3、100:4、100:5、100:6、100:7、100:8、100:9、100:10以及它们之间的任一值。根据本技术的优选实施方式，所述聚氨酯和所述纳米气凝胶粉的质量比为100：(1-8)。本技术中，利用纳米气凝胶粉和聚氨酯所占比例的不同，可以制备出纵波速度范围为450m/s至950m/s、q值变化范围2至15的地震物理模型材料。本技术中，纳米气凝胶粉的添加量越大，所制备的地震物理模型材料的纵波速度越小，q值越小。但若纳米气凝胶粉的添加量太多，由于纳米气凝胶粉的密度很低，与聚氨酯混合时添加量有一定的上限，超过上述范围后原材料很难均匀混合，也难以形成固化良好的样品。

6、根据本技术的一些实施方式，所述聚氨酯为双组分聚氨酯。

7、根据本技术的一些实施方式，所述固化剂包括胺类固化剂。根据本技术的优选实施方式，所述固化剂包括胺值小于400mg koh/g的胺类固化剂。根据本技术的进一步优选实施方式，所述固化剂优选腰果油改性脂肪胺。

8、根据本技术的一些实施方式，所述纳米气凝胶粉包括硅系纳米气凝胶粉和/或碳系纳米气凝胶粉。根据本技术的优选实施方式，所述纳米气凝胶粉包括二氧化硅气凝胶粉。

9、根据本技术的一些实施方式，所述纳米气凝胶粉的粒径为20-80纳米，例如可以为20纳米、25纳米、30纳米、35纳米、40纳米、45纳米、50纳米、55纳米、60纳米、65纳米、70纳米、75纳米、80纳米以及它们之间的任意值。根据本技术的优选实施方式，所述纳米气凝胶粉的粒径为20-50纳米。根据本技术的进一步优选实施方式，所述纳米气凝胶粉的粒径为20-30纳米。

10、在第二方面，本技术提供了一种根据第一方面所述的组合物制备的地震物理模型材料。

11、在第三方面，本技术提供了一种根据第二方面所述的地震物理模型材料的制备方法，其包括以下步骤：

12、s1：将聚氨酯和固化剂分别进行预热处理，得到预热的聚氨酯和预热的固化剂；

13、s2：将纳米气凝胶粉、预热的聚氨酯和预热的固化剂混合，得到混合物；

14、s3：将所述混合物抽真空后置于模具中，固化，脱模，得到所述地震物理模型材料。

15、根据本技术的一些实施方式，步骤s1中，所述预热处理的温度为40℃-60℃。根据本技术的优选实施方式，步骤s1中，所述预热处理的温度为40℃-50℃。

16、根据本技术的一些实施方式，所述预热处理的时间为1h-5h。根据本技术的优选实施方式，所述预热处理的时间为2h-3h。

17、根据本技术的一些实施方式，步骤s2中，先将纳米气凝胶粉和预热的聚氨酯混合，再与固化剂进行混合。

18、根据本技术的一些实施方式，步骤s3中，所述抽真空的时间为3min-10min。根据本技术的优选实施方式，步骤s3中，所述抽真空的时间为4min-6min。

19、根据本技术的一些实施方式，步骤s3中，所述抽真空的目的在于排出原料中的气泡，所述抽真空时，真空压力控制在-0.08mpa至-0.1mpa，优选为-0.1mpa。

20、根据本技术的一些实施方式，步骤s3中，所述固化的温度为30℃-50℃。根据本技术的优选实施方式，步骤s3中，所述固化的温度为35℃-45℃。

21、根据本技术的一些实施方式，步骤s3中，所述固化的时间为10h-40h。根据本技术的一些实施方式，步骤s3中，所述固化的时间为20h-30h。

22、根据本技术的一些实施方式，步骤s3之前，在模具内表面涂抹硅橡胶，待硅橡胶固化后完成模具处理。

23、根据本技术的一些实施方式，步骤s3中，所述固化前，将抽真空后的混合物置于模具中在常温下放置5h-20h，优选为10h-15h。

24、在第四方面，本技术提供了一种根据第二方面所述的地震物理模型或根据第三方面所述的制备方法得到地震物理模型在地震物理模拟中的应用。

25、本技术的地震物理模型材料通过在聚氨酯中掺杂纳米气凝胶粉制备得到，气凝胶是一种孔洞率可高达80％至99.8％的多孔材料，具有低密度、声波传播速度极低(可低至90m/s)的特点，且其多孔结构会造成声传播能量的极大衰减，本技术的发明人将纳米气凝胶粉引用到地震物理模型材料领域，实现了具有低速高衰减特征的近地表地层模型材料的研发，能够实现同时具有低速和高衰减特征的模型材料，研制的模型材料速度范围为450m/s至950m/s，q值变化范围2至15，为含低速高衰减近地表的地质体或地质构造物理模拟奠定了基础，将极大地拓宽地震物理模拟技术的应用领域，提高地震物理模拟的准确性。