一种模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法及系统技术方案

本发明专利技术属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，公开了一种模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法及系统；包括振荡器；振荡器的上方放置有振荡箱；振荡颗粒；将振荡颗粒按粒径分类的分级筛网；所述振荡箱侧壁底部设计有直径为2cm的用于模拟现实中流水作用的出水口。本发明专利技术选用的振荡箱在振荡过程中，所有颗粒与水随振荡箱整体运动，并且振荡箱的排水装置保证了振荡过程中的水体循环，这与自然界中波浪(湖浪)对沉积物的动力作用相吻合，故振荡作用可以为所有沉积颗粒在振荡箱中的运动提供动力，进而确定垂向粒序变化；同时设计时选用了适合室内的实验尺度、振荡频率及作用时间。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法及系统
本专利技术属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料
，尤其涉及一种模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法及系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：砂体或单砂层内碎屑颗粒在垂向上的变化称为粒度韵律或粒序，它受沉积环境和沉积作用的控制。粒序一般分为正粒序、反粒序、复合粒序和均质粒序四类。多个粒序层在垂向上叠置形成沉积旋回，沉积旋回在地层划分对比、确定沉积矿产的层位及其形成环境、分析沉积相和判断区域大地构造性质等方面具有重要作用。值得注意的是，垂向沉积旋回与垂向粒序的研究尺度与成因不同。沉积旋回是在大尺度上由海进/海退造成的多个岩层或砂体单元在垂向上的有序叠置形成。而沉积粒序是在小尺度上由水动力条件变化引起的单个岩层或砂体内沉积物粒度在垂向上的变化特点，故沉积旋回包含沉积粒序，例如反旋回中通常发育反粒序，为此，沉积学领域很多学者对此不做区分。在自然界中，在多向或双向水流淘洗作用下形成的滨岸滩坝与三角洲前缘河口坝砂体中常常发育反粒序。然而，露头、岩心、粒度概率图等方面的证据表明滨岸(海与湖)滩坝和沉积物供给停滞的三角洲前缘河口坝并不是由单向牵引流通过底载荷方式直接沉积，而是经过波浪(湖浪)的淘洗作用对前期沉积物的改造形成。为探究浪基面以上波浪(湖浪)的淘洗作用是否对该区域沉积物的反粒序形成有影响，沉积模拟实验应是最科学而有效的手段。目前沉积模拟实验中较为成熟的是水槽实验，但在探究粗粒沉积物在垂向上的粒序变化上，水槽实验存在以下几点弊端：①砾石具有粒度粗，需要较强搬运动力的特点，而水槽实验难以或无法提供足够的水动力条件；②水槽实验通常是由输水渠道提供单向水流，由于实验仪器的局限性，难以制造出往复的水流淘洗作用；③水槽实验旨在从平面上观察各沉积相的演化过程及特征，若想观测垂向上的现象，需中止实验并切剖面分析，会对实验结果造成影响，故其难以实时反映沉积物在垂向上的变化。综上所述，现有技术存在的问题是：在粗粒沉积物在垂向上的粒序变化上，水槽实验存在砾石具有粒度粗，需要较强搬运动力；水槽实验难以或无法提供足够的水动力条件；水槽实验旨在从平面上观察各沉积相的演化过程及特征，若想观测垂向上的现象，需中止实验并切剖面分析，会对实验结果造成影响，故其难以实时反映沉积物在垂向上的变化。解决上述技术问题的难度和意义：基于上述问题，本实验采用振荡作用来模拟浅水环境下波浪的往复淘洗作用。由于实验中由外部动力提供振荡，解决了水槽实验无法提供搬运粗粒砾石的水动力的问题；振荡箱为透明亚力克材质，可在实验过程中实时观测沉积物在垂向上的变化；并且，该实验旨在研究沉积物垂向的粒度变化，弥补了水槽实验只能研究沉积物的平面展布的不足。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统，所述模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统包括振荡器；振荡器的上方放置有振荡箱；振荡颗粒及将振荡颗粒按粒径分类的分级筛网；振荡器上设计有固定装置，为四根可移动可锁定的圆轴，可从四个方向将放置于振荡器中的振荡箱固定。振荡器做频率可控的水平方向双向运动，放置于其中的振荡箱随之运动。调节振荡器的双向运动频率即可模拟浅水环境下不同频率的波浪作用。实验中始终应用3.5Hz的振荡频率，这是由于实验中应用控制变量法，变量为不同粒级颗粒的体积配比，其余的实验参数(如频率、时间等)保持恒定。并且，自然界中沉积物受波浪改造的时间与频率在不同地质背景下完全不同，无法确定，选择任何一种方案都不能说明其普适性的原理。故各组实验中均使用同样的振荡频率。另外，由于沉积模拟实验是小尺度短周期内的研究，故在实验设计时选用了适合室内的实验尺度、振荡频率及作用时间。实验中选用3.5Hz的振荡频率明显高于自然界中波浪(湖浪)的淘洗频率，自然界中的沉积是一个漫长的过程，实验室无法模拟，因此，为缩短观察时间，采用提高频率的方式，在沉积模拟实验中是可行的。所述振荡箱侧壁底部设计有直径为2cm的用于模拟现实中的流水作用的出水口。进一步，所述振荡箱为25cm×25cm×50cm。进一步，所述振荡器为HY-8A数显调速多用振荡器，振荡频率范围为0～4.2Hz。进一步，所述分级筛网为孔径为3目、5目、16目的筛网。本专利技术的另一目的在于提供一种实现所述模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统的模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法，所述模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法包括以下步骤：步骤一，选用粒级不连续的0.5～1mm粗砂、2～4mm细砾石及8～16mm中砾石混合物的振荡颗粒；步骤二，在设有排水系统的透明亚克力振荡箱中，放入六组总量相同但各组分体积比例不同的振荡颗粒混合物；步骤三，设定振荡频率为3.5Hz、振荡时长为90min的实验条件，进行实验。进一步，所述步骤三的实验过程中，向振荡箱中缓慢加水，确保水面始终高于沉积物表面8～10cm。进一步，所述模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法的流体模型计算方法包括：(1)流体阻力公式，对于低雷诺数流体，阻力遵从stokes定律，表示为：f＝cvRη，；其中，f为颗粒受到的阻力，v为流体的速度，R为流体中颗粒的半径，η为流体的粘滞系数，c为常数；对于高雷诺数流体，阻力表示为：f＝cv2ρR2，；其中，ρ为流体密度；(2)大颗粒上升距离的计算首先把小颗粒与水的混合物等效成低雷诺数流体，半径为R的大颗粒向上运动的初速度为v0，上升了x距离后停止上升，用平均阻力代替瞬时阻力，由动能定理得：解得：再用高雷诺数流体模型计算：解得：相对粘滞系数可用A.Einstein公式：式中，ηr-悬浮液的粘滞系数与纯液体同温度的粘滞系数之比；Sv-以体积比计的固体浓度；在低雷诺数流体模型中，大颗粒上升距离x随流体的粘滞系数η的增大而减小，η随ηr的增大而增大；在高雷诺数流体模型中，大颗粒上升距离x随流体密度ρ的增大而减小；所以随流体中小颗粒数量的增多，大颗粒向上运动的距离减小，与上述实验现象相符合；当细粒物质含量较高时，会阻碍粗粒物质向上迁移，减弱反粒序趋势。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术选用的振荡箱在振荡过程中，所有颗粒与水随振荡箱整体运动，并且振荡箱的排水装置保证了振荡过程中的水体循环，这与自然界中波浪(湖浪)对沉积物的动力作用相吻合，故振荡作用可以为所有沉积颗粒在振荡箱中的运动提供动力，进而确定垂向粒序变化；同时设计时选用了适合室内的实验尺度、振荡频率及作用时间；本专利技术模拟波浪(湖浪)持续性的往复淘洗作用，在动力可控的振荡环境下砂砾石的沉积过程与堆集方式，直观地反映沉积物粒序在垂向上随时间的变化，弥补了水槽实验的不足。附图说明图1是本专利技术实施例提供的模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法的流程图；图3是本专利技术实施例提供的随振荡时间的层厚变化(实验1均匀组)图；图4是本专利技术实施例提供的沉积物顶面颗粒分布情况(白色虚线内为细砾)图；图5是本专利技术实施例提供的几何填空机制图；图6是本专利技术实施例提供的对流机制下颗粒在垂向上的运动轨迹图；图7是本专利技术实施例提供的中、细砾在中部首次出露图；图8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统，其特征在于，所述模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统设置有：振荡器；振荡器的上方放置有振荡箱；振荡颗粒；将振荡颗粒按粒径分类的分级筛网；所述振荡箱侧壁底部设计有直径为2cm的用于模拟现实中的流水作用的出水口。

【技术特征摘要】
1.一种模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统，其特征在于，所述模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统设置有：振荡器；振荡器的上方放置有振荡箱；振荡颗粒；将振荡颗粒按粒径分类的分级筛网；所述振荡箱侧壁底部设计有直径为2cm的用于模拟现实中的流水作用的出水口。2.如权利要求1所述的模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统，其特征在于，所述振荡箱为25cm×25cm×50cm。3.如权利要求1所述的模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统，其特征在于，所述振荡器为HY-8A数显调速多用振荡器，振荡频率范围为0～4.2Hz。4.如权利要求1所述的模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统，其特征在于，所述分级筛网为孔径为3目、5目、16目的筛网。5.一种实现权利要求1所述模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定系统的模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法，其特征在于，所述模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法包括以下步骤：步骤一，选用粒级不连续的0.5～1mm粗砂、2～4mm细砾石及8～16mm中砾石的混合物作为实验中的振荡颗粒；步骤二，在设有排水系统的透明亚克力振荡箱中，放入六组总量相同但各组分体积比例不同的振荡颗粒混合物；步骤三，设定振荡频率为3.5Hz、振荡时长为90min的实验条件，进行实验。6.如权利要求5所述的模拟砂砾岩垂向粒序的振荡测定方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈薇同，于兴河，李顺利，高明轩，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11