一种确定地质应力场方向的实验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种确定地质应力场方向的实验装置及其实验方法，该装置包括实验台，设置在实验台上的实验箱、驱动组件、信息采集组件和控制分析器；实验箱由前端挡板、两个侧挡板和后端挡板组成，断裂带走向板放置在实验箱内且一端与前端挡板连接，驱动组件驱动前端挡板移动，信息采集组件用于拍摄试验箱内的实验过程，控制分析器用于控制驱动组件和进行数据分析。实验方法通过建立不同走向基底先存断裂与上覆盖层内新生次级断裂走向之间的夹角与先存基底断裂走向法线与晚期最大主应力轴夹角之间的相关关系，确定该地质时期应力场的方向。本方法经实际资料的验证，证实具有可行性。证实具有可行性。证实具有可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种确定地质应力场方向的实验装置及其实验方法


[0001]本专利技术涉及实验模拟设备，特别涉及一种确定地质应力场方向的实验装置及其实验方法。

技术介绍

[0002]先存断裂再活化是含油气盆地中一种重要的构造现象。斜向伸展作用是先存断裂再活化广为发育的重要原因，即便在均质岩石中，当水平主应力与先存断层走向斜交时也会诱导基底先存断裂再活化。
[0003]以渤海湾盆地为例，新生代渤海湾盆地的构造演化是在古生代或中生代基底之上发育起来的，故而盆地的构造演化过程受到基底先存构造(尤其是深大断裂)的强烈影响。由于太平洋板块在地质历史时期不同阶段，其俯冲方向和速度经常发生改变，从而在不同时期诱发的构造应力场方向不同。盆地在新生代构造演化过程中，先存断裂与晚期应力场方向发生斜交，产生斜向伸展作用，而不同角度的斜向伸展对盆地的构造演化影响是不同的，导致盆地的构造样式具有很大的差异。此外，对于渤海湾盆地的演化模型存在多种解释方案，主要是多期伸展叠加模型、走滑拉分模型以及斜向伸展模型，其争论的源头均在于盆地演化的动力背景并不明确，即不确定历史时期地质应力场的方向，因此确定如何较为准确的确定历史时期地质应力场的方向极为重要。
[0004]现今国内外学者主要通过同位素测年的方式进行地质应力场方向的确定，但是由于先存构造的影响，局部地区应力场的方向与区域影响场方向存在差异。且确定区域应力场的方向需要在广泛的范围内进行同位素年龄的测定，一方面成本高，另一方面取样范围广，故而应用本文方法，通过局部的地震剖面精细解释结合砂箱物理模拟实验可以确定局部应力场的方向，这对于明确区域油田地质历史时期应力场方向具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术要解决的第一个技术问题是：目前还没有能模拟小范围地质变化情况来判断应力场方向的实验装置。
[0006]要解决的第二个技术问题是：现有技术没有通过斜度和盖层中新生次级断裂与先存基底断裂走向的夹角来确定应力场的方向的方法。
[0007]为解决上述第一个技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种确定地质应力场方向的实验装置，其特征在于：包括实验台，设置在实验台上的实验箱、驱动组件、信息采集组件和控制分析器；
[0008]所述实验箱包括前端挡板、两个侧挡板和后端挡板，所述后端挡板和前端挡板分别设置在两个侧挡板之间，后端挡板与两个侧挡板固定且密封连接，前端挡板与两个侧挡板滑动且密封连接；
[0009]所述实验箱还包括横截面为直角梯形的断裂带走向板，所述断裂带走向板设置在两个侧挡板之间且平铺在实验台上，所述断裂带走向板的较长的直角边平行于前端挡板并
固定在前端挡板上；
[0010]所述驱动组件的动力输出端与前端挡板连接，带动前端挡板沿试验台的长度方向移动；
[0011]所述信息采集组件的信息采集端位于实验箱的正上方；
[0012]所述控制分析器的控制信号输出端与驱动组件的信号输入端连接，所述控制分析器的信号输入端与信息采集组件连接，并根据信息采集组件采集的信息模拟地质历史时期应力场方向。
[0013]作为优选，所述信息采集组件包括工业相机，照明灯支架和固定照明灯支架上的在LED摄影灯，所述工业相机的镜头位于实验箱的正上方。
[0014]作为优选，所述驱动组件包括电机底座、无牙螺杆、固定部件、步进电机、减速箱和梯牙螺杆；
[0015]所述电机底座固定设置在实验台上，所述步进电机安装在电机底座上，步进电机的动力输出端通过减速箱与梯牙螺杆的一端连接，所述梯牙螺杆的另一端与固定部件螺纹连接；
[0016]所述电机底座靠下的部分设有通孔，所述无牙螺杆的一端穿过该通孔与前端挡板固定连接，无牙螺杆与该通孔滑动连接，无牙螺杆的另一端与固定部件固定连接。
[0017]作为优选，所述无牙螺杆为两根，所述电机底座靠下的部分设有两个通孔，两根无牙螺杆的一端分别穿过对应的穿过两个通孔与前端挡板固定连接，两根无牙螺杆的另一端均与固定部件固定连接。
[0018]作为优选，所述驱动组件还包括用于指示步进电机转动方向的指示灯。
[0019]为解决上述第二个技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种确定地质应力场方向的实
[0020]验方法，采用上述的确定地质应力场方向的实验装置，具体步骤如下：
[0021]S1：制作一组模拟基底先存线性断裂的断裂带走向板，所述一组数量为N个，第g个断裂带走向板底角λ
g
的余角记录为α
g
,g＝1,2,
…
N；
[0022]S2：设置LED摄影灯的光源摄入角度，使得LED摄影灯以45
°
射入实验箱内，设置信息采集组件拍摄间隔时间t；
[0023]S3：选择第g个的断裂带走向板并将第g个的断裂带走向板平铺在试验台上，g＝1；
[0024]根据要模拟的地质历史时期地质体岩性选择相应的模拟材料，按照铺设砂层总厚度与地层实际厚度比为10
‑5：1的比例将模拟材料铺设在实验箱内，在铺设过程中每间隔0.5cm厚，铺设一层标志层，所述标志层为彩色石英砂；
[0025]S4：通过控制分析器控制步进电机中动作，使得断裂带走向板水平移动模拟斜向伸展作用；开始实验，当断裂带走向板位移达到最大伸展距离时步进电机停止工作，信息采集组件停止拍摄；
[0026]S5：应用MB
‑
Ruler软件测量断裂带走向板停止移动时，信息采集组件拍摄的照片采集到的断裂带走向板走向斜边与上覆砂层内每一条新生断裂的夹角β
i
,i＝1,2,
…
n，然后计算出平均值
[0027]S6：若当前所获得的平均值与前一次获得的平均值的误差<
±
3％时，令g＝g+
1,并执行下一步，否则返回S3；
[0028]S6：若g>N，则执行下一步，否则返回S3；
[0029]S7：用α
g
和g＝1,2,
…
N建立散点图，选择所有数据拟合二阶函数趋势线，建立α与β之间的二阶曲线方程，其中α表示斜度，β表示盖层中新生次级断裂与先存基底断裂走向的夹角；
[0030]再建立β与θ之间的关系，其中，θ表示先存基底断裂走向法线与最大主应力轴σ1夹角，即可得到模拟新生断裂活动时期应力场的方向。
[0031]作为优选，所述S4中所述断裂带走向板移动速率为0.01cm/min。
[0032]作为优选，所述S7中α与β之间的二阶曲线方程为：
[0033]β＝b0+b1α+b1α2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0034]其中，b0、b1、b2为常数。
[0035]作为优选，所述S7中确定b0、b1、b2常数数值的过程如下：
[0036]令x1＝α,x2＝α2，则式(1)转化为式(:2)：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定地质应力场方向的实验装置，其特征在于：包括实验台(5)，设置在实验台(5)上的实验箱、驱动组件(1)、信息采集组件(2)和控制分析器(3)；所述实验箱包括前端挡板(6)、两个侧挡板(7)和后端挡板(8)，所述后端挡板(8)和前端挡板(6)分别设置在两个侧挡板(7)之间，后端挡板(8)与两个侧挡板(7)固定且密封连接，前端挡板(6)与两个侧挡板(7)滑动且密封连接；所述实验箱还包括横截面为直角梯形的断裂带走向板(10)，所述断裂带走向板(10)设置在两个侧挡板(7)之间且平铺在实验台(5)上，所述断裂带走向板(10)的较长的直角边平行于前端挡板(6)并固定在前端挡板(6)上；所述驱动组件(1)的动力输出端与前端挡板(6)连接，带动前端挡板(6)沿试验台(5)的长度方向移动；所述信息采集组件(2)的信息采集端位于实验箱的正上方；所述控制分析器(3)的控制信号输出端与驱动组件(1)的信号输入端连接，所述控制分析器(3)的信号输入端与信息采集组件(2)连接，并根据信息采集组件(2)采集的信息模拟地质历史时期应力场方向。2.如权利要求1所述的确定地质应力场方向的实验装置，其特征在于：所述信息采集组件(2)包括工业相机(14)，照明灯支架(11)和固定照明灯支架(11)上的在LED摄影灯(12)，所述工业相机(14)的镜头位于实验箱的正上方。3.如权利要求1所述的确定地质应力场方向的实验装置，其特征在于：所述驱动组件(1)包括电机底座(15)、无牙螺杆(16)、固定部件(17)、步进电机(18)、减速箱(19)和梯牙螺杆(20)；所述电机底座(15)固定设置在实验台(5)上，所述步进电机(18)安装在电机底座(15)上，步进电机(18)的动力输出端通过减速箱(19)与梯牙螺杆(20)的一端连接，所述梯牙螺杆(20)的另一端与固定部件(17)螺纹连接；所述电机底座(15)靠下的部分设有通孔，所述无牙螺杆(16)的一端穿过该通孔与前端挡板(6)固定连接，无牙螺杆(16)与该通孔滑动连接，无牙螺杆(16)的另一端与固定部件(17)固定连接。4.如权利要求3所述的确定地质应力场方向的实验装置，其特征在于：所述无牙螺杆(16)为两根，所述电机底座(15)靠下的部分设有两个通孔，两根无牙螺杆(16)的一端分别穿过对应的穿过两个通孔与前端挡板(6)固定连接，两根无牙螺杆(16)的另一端均与固定部件(17)固定连接。5.如权利要求4所述的确定地质应力场方向的实验装置，其特征在于：所述驱动组件(1)还包括用于指示步进电机(18)转动方向的指示灯(21)。6.一种确定地质应力场方向的实验方法，其特征在于：采用权利要求5所述的确定地质应力场方向的实验装置，具体步骤如下：S1：制作一组模拟基底先存线性断裂的断裂带走向板(10)，所述一组数量为N个，第g个断裂带走向板(10)底角λ
g
的余角记录为α
g
,g＝1,2,
…
N；S2：设置LED摄影灯(12)的光源摄入角度，使得LED摄影灯(12)以45
°
射入实验箱内，设置信息采集组件(2)拍摄间隔时间t；S3：选择第g个的断裂带走向板(10)并...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘露，孙永河，戚志林，刘玉敏，张学娟，杨荣超，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：