一种野外页岩硅质含量快速评价装置的制作方法

1.本发明属于地质工程领域，具体涉及一种野外页岩硅质含量快速评价装置。


背景技术：

2.野外地质勘探中，页岩、板岩等岩石的硅质含量和泥质含量是野外露头矿物成分分析的重要参数，也是储层沉积演化分析的基础数据，具有重要意义。
3.由于页岩、板岩等岩石硅质含量较高时岩石较硬，出露地表时不会产生强风化，往往节理明显，棱角分明。而泥质含量较高时，露头岩样普遍产生较强风化，棱角不分明，多发育微裂缝、易碎。目前，许多室内实验设备能够精确测量岩石硅质、泥质含量，然而在野外踏勘时不便携带大型、重型设备。在粗略判断目的岩层露头硅质含量时，往往使用地质锤敲击岩石，听岩石发出的声音清脆程度。声音比较清脆说明硅质含量高，而声音比较闷时往往泥质含量高。这种凭地质工作者经验的简易判别方法虽然有效，但受主观判断较大，多存于定性判断，而在量化判断上存在不足。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种野外页岩硅质含量快速评价装置，该实验装置能够快速定量评估野外岩样露头的硅质含量。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
6.一种野外页岩硅质含量快速评价装置，其结构包含冲击头，冲击锤，探头，减震环，永磁体，外筒，轴，电磁体，显示与计算系统，端盖，动力和控制系统，其特征在于，所述的冲击锤左端固定冲击头，右端固定永磁体，所述的冲击头外端部为平面，所述的冲击头、冲击锤与永磁体组成的组合体套在轴上，组合体能够沿轴轴向滑动，所述的外筒壁面设有的显示与计算系统能控制右端的动力和控制系统，外筒右端设有端盖，外筒左端设有探头，探头能够测量声音频率，所述的外筒内壁左端台阶处设有减震环，减震环能够减缓永磁体的冲击，外筒的中心设有轴，所述的轴上有刻度尺，轴右端固定在端盖中心，轴中部固定有电磁体，电磁体的通电状态受动力和控制系统控制，所述的外筒、轴和端盖由非铁磁材料制成，将电磁体固定在轴上指定刻度处后，通过显示与计算系统控制动力和控制系统使电磁体通电，通过改变电磁体磁极使永磁体弹出，冲击头冲击岩石表面，探头记录声音频率，通过冲击产生的声音频率分析页岩硅质含量，最终实现页岩硅质含量快速评价。
7.本发明的设计原理：
8.由于岩样露头暴露在自然环境中，会受到不同程度的风化。页岩、板岩中硅质含量较高时，岩石较硬，风化程度较小，而硅质含量较低，泥质含量较高时，由于粘土矿物吸水膨胀，岩石样品容易产生微裂缝，风化程度较高。当冲击头冲击露头表面时，硅质含量高的岩样内部裂缝较少，岩石质地较硬，发出的敲击声频率较高，声音较脆；而硅质含量低的岩样内部裂缝多，在被敲击时裂缝会减弱和缓冲振击能量，进而造成敲击发出的声音频率较低，声音发闷。在本装置中，将装置水平放置后，首先用装置敲击两块或以上已知硅质含量的标
定岩块，探头收集敲击声频率作为标定，以标定岩块的敲击声频率-硅质含量作线性插值得到该套地层页岩或板岩的线性关系。然后在同一刻度尺处固定电磁体，控制电磁体吸引永磁体后，采用同一电压反转电磁体磁极，使冲击头-冲击锤-永磁体组成的组合体以相同速度冲击岩样表面，得到目标岩块的敲击声频率后，在线性关系上找到对应的硅质含量，即可迅速得到该岩块的硅质含量，最终显示在显示与计算系统上。有多个标定岩块时，硅质含量与冲击声频率获取方法有多种，如分段线性插值，最小二乘拟合。
9.本发明还提供一种利用上述野外页岩硅质含量快速评价装置进行野外页岩硅质含量快速评价方法，包括以下步骤：
10.(1)水平放置外筒，将电磁体固定在轴上指定刻度处，对电磁体通电，使永磁体吸附在电磁体上；
11.(2)选取已知硅质含量的第一标定岩块，外筒左端接触第一标定岩块的表面，改变电磁体内电流方向，使冲击锤弹出，撞击岩壁，探头测得冲击第一标定岩块的冲击声频率；
12.(3)选取已知硅质含量的第二标定岩块，外筒左端接触第二标定岩块的表面，改变电磁体内电流方向，使冲击锤弹出，撞击岩壁，探头测得冲击第二标定岩块的冲击声频率；
13.(4)将第一标定岩块与第二标定岩块的硅质含量以及对应的冲击声频率输入通过显示与计算系统；
14.(5)显示与计算系统通过线性插值，得到硅质含量与冲击声频率的关联方程，完成装置初始化；
15.(6)在野外勘探时，选取目标岩块的垂直面，水平放置外筒，将电磁体固定在轴上与步骤(1)相同的刻度处，对电磁体通以与步骤(1)相同的电压，使永磁体吸附在电磁体上；
16.(7)外筒左端接触目标岩块的表面，改变电磁体内电流方向，使冲击锤弹出，撞击岩壁，探头测得冲击目标岩块的冲击声频率；
17.(8)显示与计算系统记录探头测得的目标岩块冲击声频率，利用硅质含量与冲击声频率的关联方程计算，得到目标岩块的硅质含量并显示在显示与计算系统上。
18.选取研究区标定岩块数目为多个，当标定岩块为多个时，在步骤(5)中显示与计算系统进行分段线性插值。
19.本发明的有益效果：
20.由上述的原理设计可看出，本发明提供的一种野外页岩硅质含量快速评价装置结构简单，操作简便，可行性好，具备新颖性，能够简便、快速、定量地初步评价野外岩石露头硅质含量。
附图说明
21.图1为本发明实施例1的一种野外页岩硅质含量快速评价装置的示意图。图中：1冲击头，2冲击锤，3探头，4减震环，5永磁体，6外筒，7轴，8电磁体，9显示与计算系统，10端盖，11动力和控制系统。
具体实施方式
22.实施例1
23.一种野外页岩硅质含量快速评价装置，其结构包含冲击头1，冲击锤2，探头3，减震
环4，永磁体5，外筒6，轴7，电磁体8，显示与计算系统9，端盖10，动力和控制系统11，其特征在于，所述的冲击锤2左端固定冲击头1，右端固定永磁体5，所述的冲击头1外端部为平面，所述的冲击头1、冲击锤2与永磁体5组成的组合体套在轴7上，组合体能够沿轴7轴向滑动，所述的外筒6壁面设有的显示与计算系统9能控制右端的动力和控制系统11，外筒6右端设有端盖10，外筒6左端设有探头3，探头3能够测量声音频率，所述的外筒6内壁左端台阶处设有减震环4，减震环4能够减缓永磁体5的冲击，外筒6的中心设有轴7，所述的轴7上有刻度尺，轴7右端固定在端盖10中心，轴7中部固定有电磁体9，电磁体9的通电状态受动力和控制系统11控制，所述的外筒6、轴7和端盖10由非铁磁材料制成，将电磁体8固定在轴7上指定刻度处后，通过显示与计算系统9控制动力和控制系统11使电磁体8通电，通过改变电磁体8磁极使永磁体5弹出，冲击头1冲击岩石表面，探头3记录声音频率并传递给显示与计算系统9，显示与计算系统9通过冲击产生的声音频率分析页岩硅质含量并显示结果，最终实现页岩硅质含量快速评价。
24.本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。


技术特征：
1.一种野外页岩硅质含量快速评价装置，其结构包含冲击头(1)，冲击锤(2)，探头(3)，减震环(4)，永磁体(5)，外筒(6)，轴(7)，电磁体(8)，显示与计算系统(9)，端盖(10)，动力和控制系统(11)，其特征在于，所述的冲击锤(2)左端固定冲击头(1)，右端固定永磁体(5)，所述的冲击头(1)外端部为平面，所述的冲击头(1)、冲击锤(2)与永磁体(5)组成的组合体套在轴(7)上，组合体能够沿轴(7)轴向滑动，所述的外筒(6)壁面设有的显示与计算系统(9)能控制右端的动力和控制系统(11)，外筒(6)右端设有端盖(10)，外筒(6)左端设有探头(3)，探头(3)能够测量声音频率，所述的外筒(6)内壁左端台阶处设有减震环(4)，减震环(4)能够减缓永磁体(5)的冲击，外筒(6)的中心设有轴(7)，所述的轴(7)上有刻度尺，轴(7)右端固定在端盖(10)中心，轴(7)中部固定有电磁体(9)，电磁体(9)的通电状态受动力和控制系统(11)控制，所述的外筒(6)、轴(7)和端盖(10)由非铁磁材料制成，将电磁体(8)固定在轴(7)上指定刻度处后，通过显示与计算系统(9)控制动力和控制系统(11)使电磁体(8)通电，通过改变电磁体(8)磁极使永磁体(5)弹出，冲击头(1)冲击岩石表面，探头(3)记录声音频率并传递给显示与计算系统(9)，显示与计算系统(9)通过冲击产生的声音频率分析页岩硅质含量并显示结果，最终实现页岩硅质含量快速评价。

技术总结
本发明涉及一种野外页岩硅质含量快速评价装置，所述的冲击锤左端固定冲击头，右端固定永磁体，所述的冲击头、冲击锤与永磁体组成的组合体套在轴上，所述的外筒壁面设有的显示与计算系统能控制右端的动力和控制系统，外筒右端设有端盖，外筒左端设有探头，所述的外筒内壁左端台阶处设有减震环，外筒的中心设有轴，所述的轴上有刻度尺，轴中部固定有电磁体，电磁体的通电状态受动力和控制系统控制，将电磁体固定在轴上指定刻度处后，通过显示与计算系统控制动力和控制系统使电磁体通电，通过改变电磁体磁极使永磁体弹出，冲击头冲击岩石表面，探头记录声音频率，通过冲击产生的声音频率分析页岩硅质含量，最终实现页岩硅质含量快速评价。速评价。


技术研发人员：林中月 刘亢
受保护的技术使用者：刘亢
技术研发日：2020.05.24
技术公布日：2021/11/29