[发明专利]模拟多方向挤压变形砂箱物理模拟实验装置及实验方法

说明书

本发明涉及的是模拟多方向挤压变形砂箱物理模拟实验装置及实验方法，其中模拟多方向挤压变形砂箱物理模拟实验装置包括模型机构、驱动机构、图像采集系统、计算机控制系统，驱动机构固定在实验台支架一侧，提供底板发生俯冲式运动的动力，实验台另一侧设置转轴；模型机构包括实验台支架、实验台、砂箱端围板、砂箱侧围板、刮砂板装置、旋转圆盘，驱动机构连接计算机控制系统，用计算机控制系统控制卷筒的旋转速度，进行二维或三维、不同运移速度不同组合方式的多期次位移变形场叠加的的砂箱物理模拟实验。本发明具有可以实现模拟三维空间内不同运移速率、不同产状压性先存断裂发生再活化，断裂性质发生改变，并诱导次级断裂形成的构造演化过程。

技术领域：

本发明涉及的是构造地质学和石油地质学研究领域中压性含油气盆地内部断裂活动演化的砂箱物理模拟实验装置，具体涉及的是用于模拟早期先存构造挤压变形产生的挤压构造叠加晚期不同性质的位移变形场作用发生再活动的多方向挤压变形砂箱物理模拟实验装置及实验方法。

背景技术：

挤压构造变形是地壳变形基本方式，而压性盆地又是盆地的基本类型之一。由于压性盆地遭受不同程度的挤压作用，存在挤压构造，使挤压构造带的油气勘探颇具难度。对于压性含油气盆地而言，在地质历史时期盆地内部并非仅经历了一次构造运动，由于挤压方向的改变，或者叠加了晚期不同性质的应力场作用，造成了早期形成的先存压性断裂在晚期构造应力场的作用下发生了再活化，断裂再活化对油气圈闭的形成、油气的运移和聚集及油气藏的保存和破坏都具有决定性的作用。目前，对压性含油气盆地（例如前陆盆地）内断裂空间组合样式进行研究的过程中，我们主要模拟了早期以“挡板式”（正向）运动状态为主的压性断裂叠加晚期不同性质的应力场作用对断裂样式的影响，而忽视了以“俯冲式”、“推土机式”（逆向）运动状态为主的压性断裂对断裂样式的影响。因此有必要对这部分进行深入的研究。砂箱构造物理模拟实验方法是研究构造变形过程和形成机制的重要手段，是再现或反演含油气盆地内不同类型的构造形迹和演化过程最为有效的方法，应用目前的技术手段，已经不局限于平面或剖面的2D模拟实验，通过扫描及系统切片甚至可构建三维地质模型。然而关于早期以俯冲式为主要运动形式的先存压性断裂叠加晚期不同性质的位移场发生再活动的实验，国内外还尚没有单台砂箱物理模拟实验装置可以实现全部模拟实验。

发明内容：

本发明的一个目的是提供模拟多方向挤压变形砂箱物理模拟实验装置，这种模拟多方向挤压变形砂箱物理模拟实验装置用于解决目前尚没有单台砂箱物理模拟实验装置可以实现以俯冲式为主要运动形式的先存压性断裂叠加晚期不同性质的位移场发生再活动的全部模拟实验的问题；本发明的另一目的是提供这种模拟多方向挤压变形砂箱物理模拟实验装置的实验方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种模拟多方向挤压变形砂箱物理模拟实验装置包括模型机构、驱动机构、图像采集系统、计算机控制系统，驱动机构将高精度数字伺服电机与采用数字控制伺服驱动系统、同步带的链式传动装置、卷筒连接在一起构成，驱动机构固定在实验台支架一侧，提供底板发生俯冲式运动的动力，实验台另一侧设置转轴；

模型机构包括实验台支架、实验台、砂箱端围板、砂箱侧围板、刮砂板装置、旋转圆盘，砂箱端围板、砂箱侧围板均为有机玻璃材质，砂箱侧围板与砂箱端围板设置在实验台面上并组成可拆卸砂箱体；实验台居中设置旋转圆盘，旋转圆盘上开一条过圆心的斜向俯冲槽，刚性布刚好能通过斜向俯冲槽且不漏砂，斜向俯冲槽下面设置动态辊子，动态辊子支撑架固定在旋转圆盘下，动态辊子安装在动态辊子支撑架上，刚性布铺设于旋转圆盘上，刚性布一端穿过斜向俯冲槽经动态辊子涨紧后固定在卷筒上，刚性布另一端穿过砂箱端围板固定在转轴上；旋转圆盘下面固定转盘动环，转盘约束环套在旋转圆盘转盘外，转盘约束环与实验台底部固定连接，转盘静环与转盘约束环固定连接，转盘静环从下面兜住旋转圆盘，并将旋转圆盘与转盘约束环之间的缝隙封住，转盘静环上布置转盘锁紧螺丝，实现与转盘动环之间锁紧以定旋转圆盘的工作角度；

刮砂板装置包括刮砂支架，手摇式升降平台、刮砂板，刮砂支架与实验台滑动连接，刮砂板通过刮砂支架设置，刮砂板连接手摇式升降平台，刮砂板下方为可拆卸砂箱体；