[发明专利]同构造变形流体运聚过程物理模拟实验装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种同构造变形流体运聚过程物理模拟实验装置及实验方法，实验装置包括构造变形实验箱、构造变形控制装置、流体控制装置和实验控制装置；构造变形实验箱安装在鼓式离心机悬臂的吊篮实验舱内，构造变形控制装置可对实验模型进行水平和垂直方向的拉伸挤压操作；流体控制装置的流体缸内可装流体或塑性材料。本发明的实验装置基于吊挂状鼓式离心机，结构简单，造价低；可在2500g环境下实现同构造多相流体运聚过程的物理模拟实验，更接近真实环境；构造变形速率精确可控，可研究流体或塑性材料在同构造变形或构造变形后的运移聚集过程，流体及塑性材料的注入速率精确可控。

技术领域

本发明涉及一种物理模拟实验装置及实验方法，尤其是一种用于同构造变形多相流体运移聚集过程物理模拟实验的实验装置及方法

背景技术

构造变形物理模拟实验是一种能够在实验室条件下对大尺度地质构造变形进行模拟研究的方法，具有广泛的适用性。在离心机营造的超重力环境中进行物理模拟实验于上个世纪中期得到了较大发展，近几十年来，国外学者利用离心机开展的超重力构造物理模拟实验，已在岩石圈裂谷拉张、洋中脊扩张机理、褶皱–冲断构造、走滑拉分构造、膏盐及岩浆底辟构造等研究领域方面取得了重要的进展。

基于长臂大型离心机进行超重力构造物理模拟实验可在相对均匀的超重力条件下凸显岩石圈的流动效应，还可有效解决各种因素干扰这一常重力条件下普遍存在的难题，可为涉及岩石流变的地质构造过程模拟提供有效的研究手段，例如，地幔柱上涌、软流圈对流、下地壳流动、岩浆侵入以及上地壳膏盐与泥页岩等软弱地层流动。但大型长臂离心机结构复杂、制造和运作的成本高昂，目前多数学者采用造价较低、尺寸较小的鼓式离心机进行超重力环境的构造物理模拟实验研究。由于小型鼓式离心机采用转盘旋转结构，限制了实验材料只能使用粘性材料，不能使用松散的实验材料，不能做脆性变形与塑性变形相互作用的实验。同时，长臂离心机和鼓式离心机在大于300g的环境下，均不能精确控制实验材料的变形，模拟地质构造变形的效果有限，与真实环境存在一定差距。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种实现2500g超重力环境下，能精确控制构造变形和流体注入速率的同构造变形多相流体运聚过程的实验装置。

技术方案：本发明所述的一种基于吊挂状鼓式离心机的同构造变形多相流体运移聚集过程物理模拟实验装置，包括构造变形实验箱、用于精确控制构造变形速率的构造变形控制装置和用于精确控制流体注入速率的流体控制装置；所述构造变形实验箱安装在鼓式离心机悬臂上的吊篮实验舱内部；所述流体控制装置包括流体缸，所述流体缸内装有流体或塑性材料。

本发明的实验装置还包括实验控制装置，所述实验控制装置设置于离心机外部，包括控制台、控制柜、液压控制站、流量计和压力计；离心机旋转轴上设有液体滑环，离心机旋转臂上设有用于连接实验控制装置和所述液压缸的液压管路。

所述流体控制装置还包括流体注入升降装置和注入管；所述流体缸通过所述注入管与构造变形实验箱的框架上的注入口连接；所述流体缸上还设有加料口和压力柱；所述压力柱顶部连接所述流体注入升降装置。

所述构造变形控制装置包括升降装置、升降滑轨、平移连接板、平移滑轨和三角推板；所述升降装置上的升降滑块带动所述三角推板对实验模型进行竖直方向的拉伸和挤压；所述平移连接板上的平移滑块带动所述三角推板对实验模型进行水平方向的拉伸和挤压。

所述流体注入升降装置与第一液压缸连接，所述升降装置与第二液压缸连接。

所述构造变形实验箱包括框架、底板和模型支撑底板；所述框架上设有透明视窗；所述框架内放置实验材料。