本发明专利技术为走滑构造物理模拟实验装置及其操作方法，该装置包括实验台、实验模板、实验材料、驱动模块、三维扫描仪以及摄录模块；实验模板的数量为一对，二者侧部紧密接触，并设置于实验台上表面；实验材料上覆设置在实验模板上；驱动模块与实验模板相连接；三维扫描仪和摄录模块分别设置在实验材料上方；该操作方法是通过驱动模块对一对实验模板施加同步反向的作用力，使其产生走滑构造运动，并通过三维扫描技术采集分析三维质点的运动轨迹；本发明专利技术能够不失真地获取质点的实际运动轨迹，使模拟方法更加精确和切合实际，克服了以前无法进行三维实时和非接触式采集质点运动轨迹参数的缺陷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种构造模拟实验技术，具体涉及。
技术介绍
我国大陆广泛发育的走滑断裂系，对中国大陆变形有着重要影响，这些大型的走滑断裂带的形成、发展与演化，不仅影响着中国大陆的构造结构样式，同时控制了走滑带内沉积、盆地的几何形态、沉积相变和构造演化，从而也决定了油气、煤和某些金属矿床的聚集与分布。加强走滑构造带的研究，有利于油气勘探总体水平的提高。同时，对其所形成的相关构造进行深入研究，有助于更全面地了解造山带和盆地的构造演化过程，为古地理及地震灾害等应用领域的研究提供理论指导。目前，普遍采用构造物理模拟技术来研究上述演化过程。构造物理模拟技术是运用物理模拟方法研究地表地质体之间的碰撞、挤压、伸展和走滑等地壳构造变形过程。现在的构造物理模拟技术可以用物理实验方法模拟地层的拉张断裂的形成和演化过程。用比例砂箱模拟刚性基底之上的沉积盖层走滑构造的拉分盆地及同生充填的地层结构的连续演化，并可以清楚地展现走滑拉分模型的三维地貌形变过程及沉降、沉积冲填特征及展示不同的走滑断层部位花状构造的表现形式等。这些模拟技术能够很好地进行走滑构造的模拟研究，具有较高模拟技术水平。在构造模拟实验发展史中，量化概念也越来越突出，人们尽可能用维量概念来描述变形过程、特性和动力学特征。在构造模拟实验中，可以依据驱动力的作用形式和量值、位移量或应变率、构造形迹的几何参数等，半定量乃至定量给出应力一应变、应力一位移、深度一变形几何参数等一系列数据，使在地球的地质体中不可能连续测量到的各项数值，在实验室条件下成为现实。实验理论的突破还体现在相似理论被广泛应用于构造模拟实验中，依据相似理论可以确定各项实验相似系数，包括几何相似系数、时间相似系数和实验材料力学参数的相似系数等。相似理论的引入，使得实验精度大幅度提高，同时，地质原型背景和条件在实验模型中展示得更为充分，实验模型与地质模型之间对比研究的真实性和可比性越来越高。近十几年来，在构造物理模拟研究中不断引入一些新的技术方法，法国学者Colletta将X射线照相术用于砂箱实验模型的剖面观测。瑞士学者Schreurs在伯尔尼大学建立了较为先进的构造物理模拟实验室，将断层X光摄影装置引入砂箱构造模拟实验中，取代了传统的模型切片技术，该方法可以在不破坏实验模型的情况下观察模型内部变形特征，并通过得到的CT (computed tomographer)数据对实验过程进行再现。利用高分辨率光学成像相关技术对所得到的CT数据进行处理，进而分析复杂构造模型的二维或三维变形过程。新技术的引用是对构造物理模拟方法的推进，并使得该方法更加简便及利于操作。尽管如此，对于作为地球上非常重要的一种构造类型:走滑拉分构造作用的质点运动轨迹，还无法进行实时采集。原因是:现有的地质构造物理模拟实验装置应用综合性、多功能为主。实验结果的采集与记录采用照像和录像的传统方式。而在走滑构造作用中质点的位移不是平面式的移动，而是在平移的过程中夹带着扭动，即主要是以三维立体多方向的运动状态位移的，故无论是X光摄影装置还是先进的CT扫描数据的二维或三维和数据处理分析，都是一种量化而非实时采集的数据，并不能很好地记录和再现质点的运动过程，对于复杂多变的走滑拉分构造作用的分析不能满足要求。如图1所示，中国专利CN1538359A提供了一种多功能三维构造模拟试验装置，该装置可在不同驱动力作用下沿X、Y、Z三个方向随机缩短或伸长，实现实际地质构造演化中的各种不同类型的驱动力作用下的构造变形；可以通过附件测定实验模型在各种不同类型力系作用下产生的水平位移和垂直位移值，测定施加到模型的构造应力值，实现了开展量化构造物理模拟实验。该专利存在的问题是:I)该专利采用在板材围成的箱体内放置实验材料，属于多方向多处加力的结构，机构复杂，并且在加力时需人工操作；2)该专利的施力方式为直线式多点，人为因素大，质点只能沿着施力方向直线运动，而自然界的构造活动具有多样性、多方向的特点，具有推、挤、压、旋、扭等多种动力方式，采用本专利无法实现这些动力方式。
技术实现思路
为解决现有的构造模拟实验装置不能够确切地反映走滑构造模拟研究的作用过程的缺陷，本专利技术提供了一种。它能够实时真实记录走滑构造作用中质点的位移过程，可以使走滑构造模拟实验研究更切合实际。本专利技术的技术方案如下:走滑构造物理模拟实验装置，包括实验台1、实验模板2、实验材料、驱动模块、三维扫描仪4、摄录模块以及控制终端6 ；所述实验模板2的数量为一对，其分别设置在所述实验台I的上表面，且二者侧部紧密接触；所述实验材料上覆设置在一对所述实验模板2中央；所述三维扫描仪4和摄录模块分别设置在所述实验材料上方；所述驱动模块用于带动一对所述实验模板2产生相对运动，所述实验材料底部受到相对作用力，形成走滑构造；所述三维扫描仪4用于记录所述实验材料中的三维质点在走滑构造模拟过程中的运动轨迹；所述摄录模块用于动态或静态记录所述实验材料的走滑构造模拟过程；所述控制终端6用于向所述驱动模块发送控制指令，并接收所述三维扫描仪4和摄录模块的采集信息。一对所述实验模板2之间的接触面为直线形面或Z字形面。当接触面为直线形面时，一对所述实验模板2被驱动模块拉开时，其接触面处产生走滑断层；当接触面为Z字形面时，一对所述实验模板被驱动模块拉开时，会产生拉张空间，所述实验材料中的砂料会从中央的拉开空间陷落，从而形成走滑拉张。所述实验材料包括外壳体、砂体以及标识颗粒；所述外壳体为周向封闭结构，所述砂体填充设置在所述外壳体内部，所述标识颗粒均匀分布在所述砂体的上表面；所述标识颗粒的直径大于所述砂体的颗粒直径。在具体实施中，外壳体是在实验模板2的周边加上玻璃板以遮挡砂体外泄的隔板；砂体为颗粒状或粉粒状，整体覆盖于一对实验模板2的中间部位；标识颗粒为塑料材质的颗粒，其直径为所述砂体颗粒的2倍。所述驱动模块为液压驱动模块、机械驱动模块或机电驱动模块中的其中一种；所述驱动模块包括动力杆3-1和驱动部件3-2 ；所述动力杆3-1的数量为一对，一对所述动力杆3-1分别设置在一对所述实验模板2侧部的相对位置处，且一对所述动力杆3-1分别与所述驱动部件3-2相连接；所述控制终端6向所述驱动部件3-2发送控制指令，所述驱动部件3-2控制一对所述动力杆3-1带动一对所述实验模板2产生相对运动。在具体实施中，所述驱动模块为机电驱动模块；所述驱动部件3-2为伺服电机，所述伺服电机的输入端与所述控制终端6相连接、输出端通过铰链和齿轮与所述动力杆3-1相连接。所述摄录模块包括支杆、照相机5-1以及摄像机5-2 ；[0当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
走滑构造物理模拟实验装置，其特征在于：所述实验装置包括实验台（1）、实验模板（2）、实验材料、驱动模块、三维扫描仪（4）、摄录模块以及控制终端（6）；所述实验模板（2）的数量为一对，其分别设置在所述实验台（1）的上表面，且二者侧部紧密接触；所述实验材料上覆设置在一对所述实验模板（2）中央；所述三维扫描仪（4）和摄录模块分别设置在所述实验材料上方；所述驱动模块用于带动一对所述实验模板（2）产生相对运动，所述实验材料底部受到相对作用力，形成走滑构造；所述三维扫描仪（4）用于记录所述实验材料中的三维质点在走滑构造模拟过程中的运动轨迹；所述摄录模块用于动态或静态记录所述实验材料的走滑构造模拟过程；所述控制终端（6）用于向所述驱动模块发送控制指令，并接收所述三维扫描仪（4）以及摄录模块的采集信息。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘运黎，江兴歌，张渝昌，袁东风，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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