[发明专利]一种用于超重力地质构造物理模拟实验的数据处理方法

说明书

本发明公开了一种用于超重力地质构造物理模拟实验的数据处理方法。采用特殊设计带有曲面模型表面的超重力地质构造物理模拟实验装置进行二维拍摄和三维高程扫描采集获得初始高程数据和初始速度场数据；对初始高程数据和初始速度场数据进行校正处理获得调整后的高程数据和速度场数据。本发明方法能实现对于原始高程数据的正射校正、对于原始高程数据的三维投影变换、对于原始速度场数据的正射校正、对于原始速度场数据的二维投影变换，更加真实而客观地反映实验现象，有利于实验结果的真实表达，便于与实际地质原型的类比分析。

技术领域

本发明涉及了一种数据处理方法，尤其是涉及了一种用于超重力地质构造物理模拟实验的数据处理方法。

背景技术

对于以百万年为基本计时单位的地质构造变形过程，人类无法直接观测其完整演化历史。然而，构造模拟可以在实验室条件下以可接受的时长重现地质构造变形过程，是了解构造变形过程及其机理的有效途径。时至今日，构造物理模拟研究方法已有二百多年的历史。由于数学模拟方法尚未取得实质性的突破，物理模拟研究依然是研究构造变形过程与机理的最重要方法。

由于成本限制，目前构造物理模拟主要是在常重力条件下进行。然而，按照构造模拟的相似理论，当在实验室中用缩时缩尺模型模拟地质构造过程时，除天然岩石模拟材料参数需要调整外，重力加速度值也应按比例增加。常重力构造模拟装置的先天相似性缺陷，导致这一方法在涉及岩石流动(如地幔柱上涌、软流圈对流、下地壳流动以及岩浆及膏盐地层底辟作用等)问题的构造过程模拟方面存在很大的局限性。

众所周知在离心机所营造的超重力条件下开展的模拟实验是解决这一问题的有效途径，而基于大型工程离心机的具体特点设计研发的超重力地质构造物理模拟实验装置，有着模型分辨率高、实验操作空间较大、实验过程数据采集便利等技术优势。但由于其建模操作台面呈弧形柱面特征，这使得物理模型形态在整个实验过程中整体基本保持弧形柱面状态。而超重力地质构造物理模拟实验的数据采集，需通过对模型顶面进行图像拍摄和高程扫描来实现，其中图像数据需经过PIV(Particle Image Velocimetry，即粒子图像测速)技术的处理，将其转化为速度场数据。因此，直接由实验获取的高程数据和速度场数据势必含有因模型顶面为弧形柱面而导致的系统误差，严重影响其与常重力地质构造物理模拟实验结果的对比，更与实际地质原型有较大出入，致使对于实验结果的对比分析无法开展。

发明内容

为消除模型非水平面形态对实验数据的系统影响，本发明提供一种用于超重力地质构造物理模拟实验的数据处理方法，所述处理方法将通过正射校正以及投影变换的方式，利用数学原理排除原始数据的系统误差，实现对超重力地质构造物理模拟实验数据的定量校正。

本发明采用的技术方案是：

超重力地质构造物理模拟实验的实验数据分为三类，分别为图像数据、高程数据和速度场数据。本发明主要涉及针对高程数据和速度场数据的处理办法。

1)采用特殊设计带有曲面模型表面的超重力地质构造物理模拟实验装置进行二维拍摄和三维高程扫描采集获得初始高程数据和初始速度场数据；

2)对初始高程数据和初始速度场数据进行校正处理获得调整后的高程数据和速度场数据。

所述步骤1)具体为：采用超重力地质构造物理模拟实验装置，其中形变材料置于离心机吊篮的曲面台上，曲面台上表面为弧形柱曲面，以曲面台作为实验操作台面，曲面台上放置模型边框，模型边框内围成的区域内放置实验形变材料，曲面台正上方设有工业相机/三维扫描仪；在离心机旋转过程中，吊篮上曲面台弧形柱曲面绕离心机旋转轴旋转，离心机旋转工作时曲面台的弧形柱曲面的各处运动轨迹均在以离心机旋转轴为圆心轴的同一圆柱面上，实验数据的获取是通过工业相机/三维扫描仪对形变材料的上表面进行二维拍摄和三维高程扫描采集获得初始高程数据和初始速度场数据。