模拟不同构造类型复合底辟作用的实验装置以及方法与流程

本发明涉及一种应用于石油地质学和构造地质学研究领域中的实验装置以及方法，具体地说，是涉及一种可以进行地层不同倾角倾斜，实现重力滑动构造、伸展构造、挤压构造等多种构造类型叠加底劈构造作用的砂箱物理模拟实验装置及方法。

背景技术：

地壳深部的塑性物质向上运移其对上覆岩层的构造作用，称之为底辟作用（diapirism），底辟作用形成的构造变形称为底辟构造。底辟运动产生的底辟构造在沉积盆地中发育广泛，而且是重要的油气圈闭类型。然而盆地演化并非一期形成而是多期构造运动的产物，多期构造运动复合底辟作用，产生不同的构造组合，使得其对于油气的运移、聚集以及保存条件产生重要影响。具体的说，对于一个含油气盆地而言，经历多期构造运动，那么在倾斜地层条件下，或者不同构造类型（伸展、挤压或走滑、重力滑动），叠加底辟作用时，产生不同的构造样式，对于油气有不同的控制作用。

构造物理模拟实验是研究构造运动的最佳有效手段之一，它是用简单的地质模型来再现复杂的构造变形过程以及漫长的地质演化过程中无法观察到的构造变形过程和现象。根据相似性原理，地质体在地质历史时期经历了不同阶段、不同类型、不同程度的构造运动，在晚期的构造运动中，会产生一些新的地质特征，并且可能会破坏和改造早期的地质特征。例如：早期为伸张构造运动，晚期为底辟构造运动，这就会造成早期形成的先存构造，遭受晚期底辟构造运动的改造，使得早期的构造特征发生改变；或者早期挤压运动，晚期叠加底辟构造运动，对先存挤压构造的改造作用研究；另外早期先存倾斜地层，叠加晚期不同类型构造运动，再发生底辟作用的影响，以及底辟流体在倾斜地层上产生重力滑动的研究。

底辟构造在我国含油气盆地中虽然广发发育，但是在模拟实验装置领域中却存在以下问题：①现有技术中对于底辟构造进行了大量研究工作，但是对于用于底辟构造模拟的实验装置较少，都相对简单、类型单一，难以满足现有研究需求。最为突出的问题是，难以满足复杂构造条件下，多变形叠加底辟作用的物理模拟实验。②同时难以完成不同底辟方式（流体底辟+机械底辟）、底辟样式（单点式、交叉型）的底辟构造物理模拟。③此外，现有技术中的底辟构造物理模拟实验装置功能比较单一，不能叠加变形；更是没有单台砂箱物理模拟实验装置能够实现多期次变形附加先存倾斜地层，晚期叠加底辟作用的构造模拟实验装置。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种可以模拟不同构造类型复合底辟作用的实验装置以及方法，利用这种实验装置以及方法可以实现模拟三维空间内不同性质的、不同产状先存挤压或伸展在受到底辟作用后，先存构造特征及性质发生改变，并诱导次级构造现象形成的构造演化过程。也可先受到底辟作用，后挤压、拉张和倾斜。应用该种实验装置，能够进行多期不同性质挤压、拉张和地层倾斜叠加演化的构造变形物理模拟实验，不仅能够从平面上分析变形的特征，还可在地层不同角度倾斜、不同程度挤压、不同程度拉张、不同程度和不同性质底辟的复合作用下，地层发生的构造变形特征和强度。另外，也可模拟以上情况的单一影响。

本发明的技术方案是：该种模拟不同构造类型复合底辟作用的实验装置，包括平面台骨架系统、实验模拟系统、驱动系统、实验辅助系统和控制系统，其独特之处在于：

所述平面台骨架系统包括实验台承重支架2、实验台面板20和台面倾斜支撑架19，三者组合构成一个长方形体；实验台面板20的一端与实验台承重支架2相连，连接方式为半固定，即实验台面板20的非连接端可相对所述承重支架2旋转，实验台面板20的另一端直接放置于所述实验台承重支架之上，实验台面板20未与实验台承重支架2相连接的一侧可在平台倾斜液压缸3作用下发生抬升或下降；台面倾斜支撑架19用于在台面抬升发生倾斜后支撑台面倾斜端，减小平台倾斜液压缸3所受负荷。

所述实验模拟系统包括砂箱侧板约束架4、砂箱侧板15、砂箱侧板连接杆5、侧板宽度调节螺丝11、底辟模块、角度尺18以及刮板装置25。

其中，砂箱侧板约束架4为直角卡扣固定器，砂箱侧板约束架4位于砂箱侧板15一侧与砂箱侧板15固定连接为一个整体；砂箱侧板连接杆5的一侧有一个尺寸和侧板宽度调节螺丝11相吻合的螺丝孔，砂箱侧板连接杆5中央有一个宽度和侧板宽度调节螺丝11直径相吻合的空隙用于穿过侧板宽度调节螺丝11，通过侧板宽度调节螺丝11与砂箱侧板连接杆5的连接实现对砂箱侧板15的固定和间距调节；砂箱侧板约束架4通过侧板宽度调节螺丝11连接至砂箱侧板连接杆5，砂箱侧板约束架4、砂箱侧板15、砂箱侧板连接杆5通过侧板宽度调节螺丝11连接为一个整体，通过变更调节螺丝11所在砂箱侧板连接杆5上的位置，实现砂箱侧板15间距调节。

角度尺18安装于平台倾斜液压缸3之上的实验台面板20侧边上，用于指示平台倾斜角度。

所述底辟模块包括流体底辟单元和机械底辟单元。

所述流体底辟单元包括流体底辟模型12、流体底辟盖板13、流体底辟装置21和流体导管26；流体底辟盖板13边缘设有毛条，以实现当换上流体底辟模型后实验台面板20无缝隙不漏砂；流体底辟装置21包括带有活塞的注射器和步进电机驱动单元，步进电机驱动单元推动所述活塞使得流体底辟装置21内的流体能够通过流体导管26向模拟地层注入。

所述机械底辟单元包括机械底辟升降平台16、机械底辟模型17和齿轮传动组27；机械底辟升降平台16和齿轮传动组27构成机械底辟单元的驱动单元，通过带动升降平台上升、下降控制机械底辟模型17向模拟地层隆升或下降；流体底辟盖板13与机械底辟升降平台16尺寸相匹配。

刮板装置25包括扶正板和手摇式升降滑台；所述扶正板上布有加强筋，用于夹住刮砂板，避免倾斜；所述手摇式升降滑台用于连续调整刮砂板高度，以调整刮砂厚度；所述刮板装置安装于带滚轮的支架上。

所述驱动系统包括位于实验台面板20两侧的推板机构、流体底辟装置21的步进电机驱动单元、机械底辟升降平台16和平台倾斜液压缸3；所述两侧的推板机构包括砂箱推板扶正杆6、推板运动机构扶正架7、推板运动机构丝杠8、推板运动机构步进电机9、砂箱推板10以及砂箱推板支撑板14；所述推板机构用来模拟地层受挤压、拉伸以及走滑作用；砂箱推板扶正杆6将推板运动机构扶正架7和砂箱推板支撑板14相连，然后再与砂箱推板10相连；推板运动机构丝杠8透过推板运动机构电机9与砂箱推板扶正杆6平行，连接推板运动机构扶正架7和砂箱推板支撑板14，然后再与砂箱推板10相连，以使得推板运动机构电机9运转时，丝杠传递驱动力让砂箱推板10垂直于侧板并贴合实验台板进行运动。

所述流体底辟装置21的步进电机驱动单元用于给流体注入提供动力；所述机械底辟升降平台16用于给机械底辟模型17提供上拱动力；所述平台倾斜液压缸3用于驱动实验平台在平台骨架不出现位移的前提下，实现平台倾斜。

机械底辟升降台16和流体底辟装置21的步进电机驱动单元构成形式一致，由两块聚甲醛板(聚甲醛英文:polyformaldehyde，简称pom，热塑性结晶聚合物，被誉为"超钢"或者"赛钢"，又称聚氧亚甲基)，4根无牙螺杆、2根丝杠和一个步进电机组成，将4根无牙螺杆与2根丝杠固定于其中一块聚甲醛板上，另一块聚甲醛板分别按照与螺杆和丝杆的尺寸相契合的大小钻4个内侧平滑的孔洞和2个内侧契合该丝杆螺纹的孔洞，再将该板穿过已固定于聚甲醛板上的无牙螺杆和丝杠的另一侧，作为活动板；在固定的聚甲醛板向活动板这一侧紧贴板面安有3个轴心同线、大小相等且相互咬合的齿轮构成一个齿轮传动组27，其中中间位置的齿轮连接步进电机，两侧齿轮分别连接穿过活动板的2根丝杆，从而实现该步进电机运转时，通过齿轮带动丝杆转动，进而带动活动板运动，步进电机的正反转对应活动板的上升与下降；机械底辟升降台16和流体底辟装置21的步进电机驱动单元分别由独立的控制器控制。

所述实验辅助系统包括照明装置22和拍照装置23；

所述控制系统包括计算机测控模块24，机械底辟升降台16和流体底辟装置21的步进电机驱动单元、平台倾斜液压缸3、照明装置22和拍照装置23分别连接在计算机测控模块24上，通过计算机上位界面实时操控驱动单元的运动方向、运动速率和位移大小以及平台倾斜角度大小、照明时间、拍照频率和拍照时间。

应用上述实验装置进行实验的方法，包括如下步骤：

第一步，根据实际盆地尺寸，按照1厘米表示1-10公里的比例尺寸缩小，得到实验模型尺寸；根据盆地地层脆韧性特征选择模拟实验材料，即：脆性地层选择松散干燥光滑的石英砂来模拟，粒径范围180um-150um；脆-韧性地层选择玻璃珠模拟，粒径范围180um-150um；韧性地层选择硅胶模拟，粘度60000pa·s；在实验装置中的流体底辟装置中，加满硅胶，粘度50000pa·s，作为底辟流体。

第二步，根据实际盆地断裂平面图、地形等高线立体特征图以及剖面构造样式图确定要模拟的构造类型；所述构造类型包括伸展变形、挤压变形以及重力滑动变形；作好后期叠加底辟变形的准备，所述底辟变形包括机械底辟和流体底辟。

第三步，按照第二步中确定要模拟的构造类型的不同，进行不同的后期叠加底辟变形的操作；即，

如果在第二步中确定要模拟的构造类型为伸展变形，则按照如下步骤进行后期复合底辟变形，即：首先通过砂箱推板链接可伸缩胶皮，在胶皮中心处打孔，然后穿过胶皮孔洞链接流体底辟样式模型，再根据地层厚度，按照第一步中准备的实验材料铺设砂体地层于模型中，驱动推板运动机构电机进行拉伸，再驱动流体底辟注入装置实现底辟变形，如果进行机械底辟变形，则驱动机械底辟装置实现底辟变形；

如果在第二步中确定要模拟的构造类型为挤压变形，则按照如下步骤进行后期复合底辟变形，即：根据地层厚度，按照第一步中准备的实验材料铺设砂体地层于模型中，通过推动砂箱推板挤压砂体，使实验砂体变形；变形结束后，驱动流体底辟注入装置实现流体底辟变形，如果进行机械底辟变形，则驱动机械底辟装置实现底辟变形；

如果在第二步中确定要模拟的构造类型为重力滑动变形，则按照如下步骤进行后期复合底辟变形，即：根据地层厚度，按照第一步中准备的实验材料铺设砂体地层于模型中，驱动台面倾斜液压缸抬升实验台到一定角度，发生重力滑动；变形结束后，驱动流体底辟注入装置实现流体底辟变形，如果进行机械底辟变形，则驱动机械底辟装置实现底辟变形。

第四步，用计算机向实验装置中的计算机测控模块发出指令，控制推板前进或后退和调整台面倾斜高度、机械底辟速度或流体底辟速度以及设定实验运行时间，并通过计算机软件实现定量化记录；

在所述实验过程中，用吸尘器吸走实验砂体以模拟剥蚀作用过程，添加砂体以模拟沉积作用过程；在实验进行过程中间隔一定时间拍照记录得到实验阶段平面照片并铺设实验标志层；

在所述实验过程中，启动3d扫描仪，对实验结果进行扫描，得到xyz.dat数据，运用surfer软件处理，得到地形等高线，获取扫描数字化立体成像图；再运用相机，垂直于实验砂体拍摄，得到实验平面结果图。

第五步，对实验砂体用喷壶喷洒饱和明胶水溶液，所述明胶水溶液需要将明胶溶解到水中直至饱和；直到模型浸透，静止1-2小时后，用锋利的切割刀，每间隔1cm-2cm间距切割实验砂体，并观察内部剖面现象，对每一个剖面拍照记录，得到实验剖面照片。

第六步：拷贝经由第四步所获得的实验阶段平面照片、扫描数字化立体成像图、实验平面结果图以及实验剖面照片；将实验阶段平面照片、扫描数字化立体成像图、实验平面结果图以及实验剖面照片，与盆地断裂平面图、地形等高线立体特征图以及剖面构造样式图进行对比，如果具有一致相似特征，表示实验模拟过程已体现盆地叠加演化过程。

本发明具有如下有益效果：

一、优化实验类型、可以完成多种类型叠加实验，实验产生不同的叠加构造样式，分析其对油气的控制作用。现今复杂的构造面貌，并非简单的一期地质构造变形行程的。而是经历多期次、多种类型的构造变形。

本装置可以实现地质体的伸展构造模拟，叠加底辟作用的物理模拟实验。地质体在受到水平拉张应力作用下产生的水平拉伸构造变形，或受到垂向上拉张作用产生的水平拉伸构造变形，都是地质体的伸展构造。

本装置可以实现地质体的挤压构造模拟，叠加底辟作用的物理模拟实验。地质体在受到水平挤压应力作用下发生的剪破裂移位构造变形，或发生褶皱弯曲变形时形成的构造变形，都是地质体的挤压构造。平常所研究的逆断层、褶皱系、逆冲推覆等地质构造都是挤压构造。

本装置可以实现地质体的走滑构造模拟，叠加底辟作用的物理模拟实验。走滑构造是地质体的顺直立剪切面在水平方向上滑动或移动而形成的地质体构造。平常所研究的直立剪切面有多种形式，即有剪切扭动形成的走滑断层，也有区域压缩引起的两组交叉走滑断裂带。

本装置可以实现地质体的重力滑动模拟，叠加底辟作用的物理模拟实验。重力控制的构造变形需要“倾斜”的背景，滑脱面倾斜、地层呈楔形，主要沿着由岸向海、由高向低的方向发生运动和变形。

二、优化底辟方式和底辟样式。底辟作用主要是模拟地质现象中的介质侵入拱升实验。本装置优化底辟方式，可以实现流体底辟以及机械底辟两种方式。流体底辟可以实现定速、定量控制供液速度，模拟不同喷发状态，喷发量。同时流体底辟设计不同底辟样式，例单点式、交叉型，能够体现在不同地质先存构造条件下，不同喷发类型。加入了机械底辟，精准控制机械柱体，向上拱升，模拟岩石圈或地幔物质在垂向应力作用下产生构造变形，形成地质体的升降构造，主要表现为地壳的上升或下降。

三、提升应用性。本装置具有多功能性，在不进行底辟模拟时，可以将喷出口堵住，与底板成为一体；可以完成其他多种类型的构造物理模拟实验，大大提升实验装置应用效率。

附图说明：

图1是本发明所述实验装置的结构示意图。

图2是本发明所述实验装置的实验平台底部示意图。

图3是本发明所述实验装置的处于某种使用状态时的结构示意图。

图4是带弹性橡皮的“十”字式流体底辟模型的示意图。

图5是带弹性橡皮的交叉式流体底辟模型的示意图。

图6是带弹性橡皮的裂隙式流体底辟模型的示意图。

图7是带弹性橡皮的中心式流体底辟模型的示意图。

图8是不带弹性橡皮的“十”字式流体底辟模型的示意图。

图9是不带弹性橡皮的交叉式流体底辟模型的示意图。

图10是不带弹性橡皮的裂隙式流体底辟模型的示意图。

图11是不带弹性橡皮的中心式流体底辟模型的示意图。

图12是流体底辟模型底部的示意图。

图13是封闭式中心口式流体底辟模型的示意图。

图14是机械底辟模型的示意图。

图15是流体底辟注入装置的示意图。

图中1-机械底辟升降电机，2-承重支架，3-平台倾斜液压缸，4-砂箱侧板约束架，5-砂箱侧板连接杆，6-砂箱推板扶正杆，7-推板运动机构扶正架，8-推板运动机构丝杠，9-推板运动机构电机，10-砂箱推板，11-侧板宽度调节螺丝，12-流体底辟样式模型，13-流体底辟盖板，14-砂箱推板支撑板，15-砂箱侧板，16-机械底辟升降平台，17-机械底辟模型，18-角度尺，19-台面倾斜支撑架，20-台面板，21-流体底辟装置，22-照明装置，23-拍照装置，24-计算机测控模块，25-刮板装置，26-流体导管，27-齿轮传动组。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1至图3所示，该砂箱物理模拟实验装置主要包括平台骨架系统、实验模拟系统、驱动系统、实验辅助系统和控制系统五个部分。

平台骨架系统用于承托整个实验设备，该骨架系统主要包括实验台承重支架2、台面板20和台面倾斜支撑架19三个部分，其中实验台承重支架2由4根长为180cm、4根长为80cm、4根长为80cm的钢铁材质架构共同组成，台面板20厚度为4cm，因为实验台板过薄在承受上覆载荷过大时会发生形变，影响实验结果，所以需设计实验台面板的厚度足够大，以避免实验台板的上覆载荷过大时使得台板发生不可忽略的形变。长度为2m、宽度为1m的中间开有一40cm*20cm大小的矩形口的不锈钢板。将台面板20和承重支架2相连接即形成了该设备的平台骨架系统，但是需要注意的是，台面板一侧是半固定于承重支架之上，另一侧则是平放于支架之上可灵活的活动。具体来说就是该连接方式实现的是台板可出现单侧倾斜的形式，倾斜角度范围为0°~15°，这是为了模拟地层单侧倾斜而设计。台面倾斜支撑架19是用于在台面倾斜后支撑台面倾斜端，减小推动台面发生倾斜的动力机构所受负荷，延长其使用寿命。

实验模拟系统用于模拟适合各工区实际需要研究的地质演化情况，为研究工作提供实验支撑。该系统主要由砂箱侧板约束架4、砂箱侧板15、砂箱侧板连接杆5、侧板宽度调节螺丝11、底辟模块、角度尺18、刮板装置25，底辟模块包括机械底辟单元和流体底辟单元。砂箱侧板约束架4为直角卡扣固定器，该固定器位于砂箱侧板连接杆一侧处钻有一个标准螺丝孔，即宽度调节螺丝11穿过后，螺丝与螺丝孔间无缝隙，在该设备中用到4个来固定砂箱侧板15以免其发生位移或倾斜给实验带来不可忽略的误差。砂箱侧板15为两块长为170cm、宽为2cm、高为40cm的透明有机玻璃板。砂箱侧板连接杆5是宽度为5cm长度为80cm中间带有缝条的钢片，缝条宽度与砂箱侧板约束架标准螺孔直径相同，缝条长度为75cm位于钢片中央，即可由侧板宽度调节螺丝11通过其孔洞和缝隙加以螺丝帽固定，将砂箱侧板连接杆5和砂箱侧板约束架4两装置紧密连接，从而将砂箱侧板15固定住，并且能根据实验需求在可调范围内任意调节砂箱侧板15间距，砂箱侧板15间距可调范围为10cm-80cm，使得实验选择多样化。侧板宽度调节螺丝11，是侧板约束架4与侧板连接杆5的连接元件。底辟模块中的流体底辟单元，由流体底辟模型12、流体底辟盖板13、流体底辟装置21和流体导管26共同组成。流体底辟模型种类多样本发明除了设计了图1中展示的“十”字式，见流体底辟模型附图12，还有交叉式如附图5、裂隙式如附图6、中心式如附图7。需要注明的是在完成底辟模拟实验的时候需要拉伸或挤压作用参与模拟和不需要挤压或拉伸作用参与时实验设计是不一样的，反应在该实验设备上即是否需要弹性橡皮的使用，需要模拟拉伸或挤压时需要使用弹性橡皮反之不需要，在不需要使用弹性橡皮的实验中，所用的底辟模型样式有略微差异，当不使用弹性橡皮时各模型样式分别按以下方式对应，“十”字式对应附图8、交叉式对应附图9、裂隙式对应附图10、中心式对应附图11的模型样式。需要指明的是在未使用橡皮时流体喷出口与台面平齐，即样式模型完全平堑于台面内部。流体底辟装置21和流体导管26为一个整体，流体底辟装置21是由一个大型注射器和一个步进电机驱动单元共同组成，该驱动单元组成结构与固体底辟的升降单元一致，在后续动力系统中做详细介绍；流体导管26为一软体塑料导管其内径与流体底辟装置21输出口和流体底辟模型的底辟接嘴外径一致，连接后封闭性好；使用时一端与流体底辟装置21的流体出口相连，另一端连接底辟接嘴，底辟嘴如图12所示且每一个底辟模型样式下部相同即底辟嘴样式相同。用于将流体注入地层按照预设样式模拟地层受底辟作用。补充说明中心孔式流体的低辟模型板出口，分开放式和封闭式两种；封闭式出口模型，流体注入到薄的弹性袋中，如气球。弹性袋要求具有较好的弹性性能,模型板和弹性袋能无缝连接，保证无流体泄漏，其模型样式如附图13所示。流体底辟盖板实际上是与流体底辟模型样式为一个整体，一个模型样式一个盖板，盖板的作用是将模型样式固定于台面位置并将台板预设的空余位置弥补，以免留有缝隙干扰实验。底辟模块中的机械底辟单元是由机械底辟升降平台16、机械底辟模型17和齿轮传动组27组成。机械底辟升降平台16和齿轮传动组27为一个整体和流体底辟装置步进电机驱动单元组成结构一致，将在动力系统中进行阐述，在此着重介绍机械底辟模型17。机械底辟模型主要分为圆柱面底辟和圆柱球头底辟两种类型，如附图14，在做实验时应为了机械底辟能与流体底辟兼顾兼容实验，流体底辟盖板与机械底辟尺寸相匹配，并且在盖板与台面板之间设置了毛条，以免砂子漏淌影响实验。角度尺18，用于实时显示实验台倾斜的角度，方便操作人员按照预设倾斜角度进行精确的平台倾斜程度调节，提高实验精度。刮板装置25，是铝合金材质，支架类型为小车式，即带有轮子且可稳定滑动，可调整高度范围为0cm-20cm。该装置带有扶正板、手摇式升降滑台，扶正板可以夹住刮砂板，避免倾斜；手摇式升降滑台可以方便连续调整高度；扶正板上还布置加强筋，以避免由于尺寸太大导致强度不够；整个刮砂装置安装于带滚轮的支架上，方便移动，使刮砂操作更平稳，从而保证刮砂效果。刮砂板宽度40cm、60cm、80cm三种，厚度0.5cm；刻度区范围0cm-20cm，精度控制到1毫米。此设计使得铺设石英砂、玻璃珠时，操作更方便、轻松，大大的提高了实验精度和效率。

驱动系统用于驱动各活动单元，以完成符合实际研究工区构造演化模拟的砂箱物理模拟实验。在该设备中涉及的驱动系统的模块，分别有实验台上两侧的推板机构、流体底辟装置21驱动单元、机械底辟升降平台16、平台倾斜液压缸3。两侧的推板机构由2个砂箱推板扶正杆6、2个推板运动机构扶正架7、2个推板运动机构丝杠8、2个推板运动机构步进电机9、2个砂箱推板10、2个砂箱推板支撑板14组成。用砂箱推板扶正杆6将推板运动机构扶正架7和砂箱推板支撑板14相连，然后再将这个整体与砂箱推板10相连，推板运动机构丝杠8透过推板运动机构电机9与砂箱推板扶正杆6平行，且采用与砂箱推板扶正杆6相同的连接方式，连接推板运动机构扶正架7和砂箱推板支撑板14，然后再将这个整体与砂箱推板10相连，以实现在推板运动机构电机9运转时，通过丝杠传递驱动使得砂箱推板10垂直于侧板并贴合着实验台板进行运动，完成实验。机械底辟升降台16和流体底辟装置21的步进电机驱动单元构成形式一致，由两块40cm*20cm大小的聚甲醛板、4根长30cm的无牙螺杆、2根长30cm的丝杠和一个步进电机组成，聚甲醛英文:polyformaldehyde，简称pom，热塑性结晶聚合物，被誉为"超钢"或者"赛钢"，又称聚氧亚甲基。将4根长30cm的无牙螺杆与2根长30cm的丝杠固定于其中一块甲醛板板上，另一块甲醛板板分别按照与螺杆和丝杆的尺寸相契合的大小钻4个内侧平滑的孔洞和2个内侧契合该丝杆螺纹的孔洞，再将该板穿过已固定于甲醛板板上的无牙螺杆和丝杠的另一侧，作为活动板。流体底辟装置的活动板设计与机械底辟升降台略有不同，流体底辟活动板上端与流体注射器的活塞相连接并用螺丝固定；而机械底辟升降台活动板的上端设计一活动卡槽用以固定不同的机械底辟模型。在固定的甲醛板板向活动板这一侧紧贴版面安有3个轴心同线、大小相等且相互咬合的齿轮构成一个齿轮传动组27，其中中间位置的齿轮连接步进电机，两侧齿轮分别连接穿过活动板的2根丝杆，从而实现该步进电机运转时，通过齿轮带动丝杆转动，进而带动活动板运动，步进电机的正反转对应活动板的上升与下降。机械底辟17则是置于活动盘之上，在进行机械底辟实验的时候，即是通过控制该步进电机来控制机械底辟的作用程度。平台倾斜液压缸3，通过控制步进电机的正反转从而控制连接实验台倾斜端的抬升或下降，进而控制平台的倾斜程度。本设备的各驱动装置分别是受单独的控制程序控制，既可同时运转、调节也可单独运转和调节。

实验辅助系统，是由照明装置22和拍照装置23组成。照明装置22采用柔和光平板光源，使得在拍照记录构造演化时刻图像时，图片更加清晰。拍照装置23采用维视mv-em系列工业相机，该系列相机像素高，可达1400万像素，尺寸小，采用更加稳定和通用的千兆以太网络进行传输，相机设计小巧，功耗低，具有图像质量清晰、稳定等特点。连接至电脑，由作为上位系统的计算机按照实验预设参数自动拍照，所述实验预设参数包括拍照频率和拍照次数，并自动将所拍摄图像实时反馈至上位界面。此设计还可由实验操作人员通过上位界面，手动控制拍出高清照片，拍出最需要构造变形样式。

控制系统主要是由计算机测控模块24构成，该模块用于控制实验台的照明装置22的点亮与熄灭、拍照装置23的拍照频率和各驱动模块的驱动速度、时间、方向和距离，将本发明上的所有驱动装置都连接到计算机测控模块24上，实验操作者可通过计算机的操作界面实时控制实验运行情况。通过计算机控制的所有模块均是采用的独立控制模式，即所有环节可单独运行也可同步运行。

具体应用时，可以按照如下步骤进行实验过程：

第一步，根据研究工区地层的实际规模，按照1厘米表示1-10公里的比例尺，选择缩小比例，得到实验模型尺寸，根据实际工区要求决定是否需要使用底辟，如果需要则合理选择用哪种类型、哪种性质的底辟；是否需要使用弹性橡皮做模拟伸展或挤压，如果需要则合理选择橡皮的构造样式；以及是否需要调整平台角度，如需调整需要调整多少度和先铺砂还是先调整角度。而后按照实际需要布置实验台。

第二步，根据材料相似性原理，脆性地层选择松散干燥光滑的石英砂来模拟，粒径范围180um-150um；脆-韧性地层选择玻璃珠模拟，粒径范围180um-150um；韧性地层选择硅胶模拟，粘度60000pa·s；在实验装置中的流体底辟装置中，加满硅胶，粘度50000pa·s，作为底辟流体。按照模拟的实际含油气盆地沉积地层厚度将松散的白色石英砂、玻璃珠或硅胶铺设在预设的实验模型上。

第三步，根据模拟实验的实际需要，用计算机控制各步进电机的运转速度、方向以及实验进行时间，以及流体底辟装置的输入流体体积的多少和快慢，使地层发生挤压或拉张作用，以及不同角度的倾斜和不同程度、不同性质的底辟作用，变形期间可继续向实验体中添加石英砂模拟同沉积过程，或者用吹风机去除一部分石英砂模拟剥蚀过程；实验进行过程中每隔一定时间拍照记录，可通过电脑调制参数自动拍照，并铺设标志层，铺设标志层时应停止设备，待铺设结束后再次运行；

第四步，实验结束后，应用3d扫描仪（3dscanner），进行实验阶段结果扫描，得到xyz.dat数据，运用surfer软件处理，实现数字化立体成像。并运用相机垂直于实验砂体，拍摄实验结果图。并且还可用喷壶对实验结果砂体喷水，使模型浸透，待模型定型后，切割实验体观察内部剖面现象，根据所拍摄照片完成实验数据整理。

第五步，进行实验记录和总结，对实验得到的结果图与实际盆地断裂平面特征、地形立体特征以及剖面特征，进行对比分析，得出盆地叠加演化特征。

综上所述，本种实验装置将步进电机分别与无牙螺杆、梯牙螺杆等传动装置连接在一起成为驱动系统，固定在实验台支架上，提供两侧挡板拉张和挤压的动力，再将液压缸固定在平台倾斜端底部支架中间处，为平台倾斜提供动力；动力系统安装完毕后根据研究需要选择底辟盖板样式安装于平台预设的中央位置，调整好平台所需夹角，以及将用以模拟地层受拉张或挤压作用的弹性橡胶皮平铺于平台之上，弹性橡胶皮样式以及是否铺设弹性橡胶皮视所模拟工区的地质参数和实验的实际需要来具体确定，平台倾角变化范围为0°～15°，可进行多期不同程度的拉张、挤压和底辟的叠加构造演化模拟。之后，利用本发明给出的实验方法将实验所需的实验材料，如松散的白色石英砂岩、玻璃珠或硅胶，铺放在实验台面上；将驱动装置连接计算机，用计算机控制两侧挡板以及实验台倾斜端的运动方向、速度和实验进行时间；如底辟形式为流体底辟，还应将流体底辟装置连接至计算机，通过计算机上位界面控制流体底辟的注入速度和时间。

利用本种装置和方法可进行二维或三维、不同性质不同组合方式的多期次拉张、挤压、底辟以及地层倾斜的叠加作用演化的砂箱物理模拟实验，在实验过程中可通过调整平台倾斜角度、底辟作用的速度和频率、两侧活动板的速度大小和方向，在较小改动的情况下实现不同程度的拉张、挤压、倾斜升降、底辟强度多期叠加的砂箱物理模拟实验，最大限度的节约了实验器材和资源。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除