海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置的制作方法

本发明涉及岩石电性参数测量领域，更具体地，涉及一种海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置。

背景技术：

海底多金属硫化物富含铜、铁、镍、银、金等金属元素，是一种极具潜力的矿产资源。海底多金属硫化物与围岩在极化率、电阻率等参数上存在明显差异，因此电法勘探是识别和评价海底多金属硫化物的有效手段。岩矿石的电性特征是电法勘探数据与矿体地质信息之间的桥梁，准确高效地在实验室中测量海底多金属硫化物岩石样品在原位环境下的电性参数，了解海底多金属硫化物的电性参数与金属矿物类型、金属矿物含量等因素间的关系，有助于更加准确地对实际勘探数据进行解释。

海底多金属硫化物在结构特征和赋存环境上与常规陆域金属矿石具有一定差异。陆域金属矿石通常较为致密，因此岩石中孔隙水的含量较低，且孔隙水通常为导电性很弱的地下水；海底多金属硫化物岩石通常具有高渗透率和高孔隙度，而且由于长期存在于海底环境中，孔隙中充满了海水，海水具有较强的导电性，其电阻率仅为0.2-0.3ω·m。由此可见，陆域金属矿石的电性特征主要受岩石自身的结构成分控制，地下水的影响较小，而海底多金属硫化物电性特征的不仅受到自己结构成分控制，还在较大程度上受到海水的影响。因此在对海底多金属硫化物进行电性参数实验测量时，必须要尽可能还原其原位环境。

然而，现有技术中的岩石电性参数实验测量装置通常分为二电极装置和四电极装置两类。其中，二电极装置操作简便，但是电极会发生极化，同时电极与岩样间存在接触电阻，进而影响实验测量；四电极法能够消除供电电极极化的影响，但是测量操作相对复杂。总的来说，现有技术中的岩石电性参数测量装置至少存在以下缺陷：1.目前的装置主要针对陆域岩矿石设计，无法准确测量海底多金属硫化物；2.较难在提高测量效率的同时消除供电电极极化对测量的干扰；3.缺乏高性能的电极材料，测量的稳定性难以保证；4.装置缺乏密封性，测量过程易受外部环境影响。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置。

本发明实施例提供的海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置，包括：微型水槽、岩样套筒和电极；微型水槽包括第一微型水槽和第二微型水槽；第一微型水槽和第二微型水槽分别设置于岩样套筒的两端；微型水槽内部填充有液体，以模拟海底环境；岩样套筒的内部用于容纳待测量的海底多金属硫化物岩石的样本，电极包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别设置于岩样套筒的两端。

其中，第一微型水槽包括第一腔室，第二微型水槽包括第二腔室；第一腔室和第二腔室的形状均与岩样套筒的形状相匹配，第一微型水槽通过第一腔室与岩样套筒的一端连接，第二微型水槽通过第二腔室与岩样套筒的另一端连接。

其中，第一电极包括第一供电电极和第一测量电极，第二电极包括第二供电电极和第二测量电极；第一测量电极设置于第一腔室内，第一供电电极嵌入第一微型水槽中的与第一腔室相对的一侧；第二测量电极设置于第二腔室内，第二供电电极嵌入第二微型水槽中的与第二腔室相对的一侧。

其中，该装置还包括滑轨，第一微型水槽与第二微型水槽之间通过滑轨连接。

其中，第一微型水槽和第二微型水槽的上部均设置有注液孔和排气孔。

其中，该装置还包括第一插座和第二插座；第一插座设置于第一微型水槽，第二插座设置于第二微型水槽；第一插座与第一供电电极及第一测量电极相连，第二插座与第二供电电极及第二测量电极相连。

其中，微型水槽的材料为有机玻璃。

其中，第一供电电极和第二供电电极为网状金属铂电极；第一测量电极和第二测量电极的材料为环状银丝。

其中，岩样套筒的材料为绝缘硅，以包裹待测量的海底多金属硫化物岩石的样本的侧部。

其中，该装置还包括软管夹，软管夹用于夹持岩样套筒，以使岩样套筒与待测量的海底多金属硫化物岩石的样本紧密贴合。

本发明实施例提供的海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置相比于现有技术至少存在以下有益效果：在岩样套筒两端设置了密闭微型水槽，能够较好的模拟了海底环境，有利于获取海底多金属硫化物岩石在原位环境下的电性参数；

分离了测量电极与供电电极，将电极整合在水槽中，同时在装置外侧设置导轨，不仅消除了供电电极极化的影响，还大大提高了测量效率；

设计了网状铂电极作为供电电极，保证了供电电极能够长期在海水环境中保持稳定；设计了环状银-氯化银电极作为测量电极，消除了测量电极极化对测量的影响，回避了传统铜-硫酸铜电极对岩样的污染，同时银-氯化银电极通过定期的电镀可以重复使用，节约了成本。

设计了岩样套筒，提高了装置整体的密封性。在装置中，岩石的两端不会受到挤压，既起到了对岩样物理结构的保护作用，又消除了接触电阻对测量的影响。此外，岩样侧面被套筒紧密包裹，保证了孔隙水在测量过程中不易挥发，也避免了在岩石表面形成多余的电流回路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置的横截面的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置的立体的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的更换岩样的流程示意图。

图中，1：微型水槽；2：排气孔；3：供电电极；4：插座；5：注液孔；6：插座；7：软管夹；8：测量电极；9：海水；10：岩样套筒。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现有技术中普遍采用的岩石电性实验装置存在的上述缺陷，综合考虑先进的实验技术、和国外相关装置的最新发展趋势，同时兼顾实用性，需要从以下方面来设计全新的海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置。

参见图1-2，本发明实施例提供一种海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置，包括：微型水槽1、岩样套筒10和电极；微型水槽1包括第一微型水槽和第二微型水槽；第一微型水槽和第二微型水槽分别设置于岩样套筒10的两端；微型水槽1内部填充有液体，以模拟海底环境；岩样套筒10的内部用于容纳待测量的海底多金属硫化物岩石的样本，电极包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别设置于岩样套筒10的两端。

其中，在用于容纳样本的套筒的两端设置微型水槽，能够保证在电性参数测量过程中岩样始终处于饱含盐水的环境中，有效地还原海底环境，为获得海底多金属硫化物岩石在原位环境下的电性参数提供有力支持。其中，上述液体可以为海水。第一微型水槽可以是图1中岩样套筒10左侧的水槽，第二微型水槽可以是岩样套筒10右侧的水槽。

微型水槽是模拟海底环境的关键，作为一种可选实施例，微型水槽的材料为有机玻璃，即水槽由有机玻璃制成，这种绝缘材料具有较好的透明性、化学稳定性、耐候性和力学性能，能够保证水槽长期处于稳定状态。并且，微型水槽1带有顶盖，顶盖上有一个注液孔5和一个排气孔2。两个微型水槽分别与岩样套筒的左右两侧相连。装置整体上密封性较好，保证了测量过程不受空气干扰。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第一电极包括第一供电电极和第一测量电极，第二电极包括第二供电电极和第二测量电极；第一测量电极设置于第一腔室内，第一供电电极嵌入第一微型水槽中的与第一腔室相对的一侧；第二测量电极设置于第二腔室内，第二供电电极嵌入第二微型水槽中的与第二腔室相对的一侧。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第一微型水槽与第二微型水槽之间通过滑轨连接。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，该装置还包括第一插座和第二插座；第一插座设置于第一微型水槽，第二插座设置于第二微型水槽；第一插座与第一供电电极及第一测量电极相连，第二插座与第二供电电极及第二测量电极相连。

具体地，本发明实施例通过以下两方面来消除供电电极极化的情况下提高测量效率。

第一方面，在实验室内岩石电性参数实验测量工作中，岩样一般被加工为直径1英寸的标准柱状，但每块岩样的长度可能存在一定差异。通过在本发明实施例提供的装置中设置滑轨，例如可以是如图2所示的两条滑轨，则可以根据岩样的长度调整第一微型水槽与第二微型水槽之间的距离，从而满足不同长度岩样的测量需要。那么在对一批岩样进行测量时，更换岩样的步骤参见图3，可以为：步骤101、打开水槽顶盖，吸出海水；步骤102、随后将岩心套筒与微型水槽分离，替换套筒中岩样后再重新将套筒与水槽连接；步骤103、再注入海水。

第二方面，除了在装置中安装滑轨外，还将传统二电极法中的供电和测量电极分离开来，使供电电极3通过凹槽嵌入微型水槽外侧边缘，测量电极8固定在水槽内侧的腔室内(例如可以为圆柱形腔)。供电电极3和信号采集仪器可通过插座4与电极相连接。其中，供电电极3通过插座4与信号发射机相连，测量电极8通过插座6与信号接收机相连。在更换岩样时，电极随水槽一同移动，无需单独拆卸。应当说明的是，这种设计方式能够消除供电电极极化的影响，还能够进一步地提高测量效率。

应当说明的是，本发明实施例将传统二极法中的供电电极和测量电极分离开来，消除供电电极极化的影响。装置采用模块化设计，同时在装置外侧安装滑轨，提高测量效率。从而在消除供电电极极化的同时，显著提高测量效率，突破传统二电极、四电极装置的瓶颈。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，第一供电电极和第二供电电极为网状金属铂电极；第一测量电极和第二测量电极的材料为环状银丝。

具体地，电极的稳定性是影响测量精度的最主要因素，这种稳定性体现在供电电极的抗腐蚀特性和测量电极的不极化特性，抗腐蚀性和不极化特性都由电极的材质决定。供电电极3可采用网状金属铂电极，金属铂具有化学惰性，能够在海水中保持相对稳定的状态，网状结构可以使注入的电流在盐水中形成一个均匀分布的电场。测量电极8采用环状银丝，在实验测量开始之前，将银丝至于氯化钠溶液中并通电数分钟，在银丝表面形成一层氯化银薄膜。相比于传统实验测量装置采用的铜-硫酸铜不极化电极，本发明实施例提供的装置中的银-氯化银电极不仅有更好的不极化特性，也不会对岩样造成污染。长时间测量后氯化银薄膜会消失，此时需要重新对银丝进行电镀，这种处理方式确保了电极能够循环使用。

应当说明的是，电极材料的化学性质决定了其在测量过程中给的稳定性，对激发极化效应的影响很大。本发明实施例选择不极化、抗氧化、抗腐蚀、污染性低的材料作为电极，大大提高测量的稳定性和精度。

为了确保测量在稳定环境中进行，除了电极的激发极化效应外，传统实验装置中还有以下因素会对测量产生影响:(1)岩样与测量电极接触面上存在接触电阻；(2)孔隙水从岩样表面渗出，形成电流传导路径；(3)测量过程中岩样孔隙水不断挥发；(4)测量过程中硫化物岩样两端受到挤压，对岩石结构造成破坏。

为了解决这些问题，基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，岩样套筒的材料为绝缘硅，以包裹待测量的海底多金属硫化物岩石的样本的侧部。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，该装置还包括软管夹，软管夹用于夹持岩样套筒，以使岩样套筒与待测量的海底多金属硫化物岩石的样本紧密贴合。

具体地，本发明实施例采用绝缘硅胶制作岩样套筒10，包裹岩样侧面，同时配备了软管夹7夹紧，保证套筒与岩样侧面紧密贴合，避免了孔隙水的挥发，同时还消除了岩样表面电流通路对测量的影响。此外，测量电极与岩样通过海水充分耦合，消除了接触电阻的影响。因此，本发明实施例加强了对岩样的密封，避免测量过程中出现岩样被挤压、孔隙水蒸发等会影响测量准确性的情况，提升装置整体的密封性，确保测量在稳定环境中进行。

综上，本发明实施例提供的海底多金属硫化物岩石电性参数实验测量装置相比于现有技术至少存在以下有益效果：

在岩样套筒两端设置了密闭微型水槽，能够较好的模拟了海底环境，有利于获取海底多金属硫化物岩石在原位环境下的电性参数；

分离了测量电极与供电电极，将电极整合在水槽中，同时在装置外侧设置导轨，不仅消除了供电电极极化的影响，还大大提高了测量效率；

设计了网状铂电极作为供电电极，保证了供电电极能够长期在海水环境中保持稳定；设计了环状银-氯化银电极作为测量电极，消除了测量电极极化对测量的影响，回避了传统铜-硫酸铜电极对岩样的污染，同时银-氯化银电极通过定期的电镀可以重复使用，节约了成本。

设计了岩样套筒，提高了装置整体的密封性。在装置中，岩石的两端不会受到挤压，既起到了对岩样物理结构的保护作用，又消除了接触电阻对测量的影响。此外，岩样侧面被套筒紧密包裹，保证了孔隙水在测量过程中不易挥发，也避免了在岩石表面形成多余的电流回路。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。