CN102374852A - 数字化盆地构造物理模拟实验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字化盆地构造物理模拟实验仪；在实验台底座上装有底座倾斜装置；在实验台底座上有一个中央实验台、平移侧实验台I、平移侧实验台II、下俯实验台、上仰实验台；在中央实验台上装有实验砂箱，在实验砂箱上方装有桁架，布砂装置和提升机械手及顶面数码相机装在桁架上；CT设备和侧面数码相机位于实验台底座边；平移侧实验台I和平移侧实验台II下装有丝杠，台面上装有电动缸；下俯实验台下部装有电动缸，台面上装有电动缸；上仰实验台下部装有电动缸，台面上装有电动缸；布砂装置与桁架上的动力驱动设备连接，并装有激光设备；提升机械手与桁架上的动力驱动设备连接；可实现三维多方向动力加载，提供定量分析的四维数字化数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种数字化盆地构造物理模拟实验仪。
背景技术
构造变形模拟是研究地质构造变形过程的一种重要的实验手段，80年代以来，构造物理模拟对构造地质学的研究起到了重要的作用，目前，国内外构造变形模拟仅仅局限于构造二维形态的研究，对于构造变形模拟实验中加载力源也仅限于单向和双向，且对模型内部结构的研究目前主要是在构造运动结束后，对模型进行切片、测量等。然而，在模型变形过程中则无法准确测量模型内部结构，因为模型一旦切片就无法继续进行下步实验，只能通过模型透明的有机玻璃侧面和开放的顶面，推测模型内部结构，这样的推测对于横向结构变化不大的模型还算有效，对于大多数横向变化对比的实验，则无法取得变形过程中的模型内部数据。法国Francais石油公司Colletta等(1991)、美国伊利诺斯大学地质系Wilkerson等(1992)、日本千叶大学Ueta等(2000)先后将医用CT技术应用到构造模拟实验中，取得了较好的效果。目前国内拥有物理模拟实验室的科研院校(如石油大学(北京)、中石化胜利油田勘探设计院等)均没有将CT手段应用到模拟实验中，使得物理模拟实验过程中无法取得模型内部演化的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一套可以实现多方向三维动力加载并可精确控制的物理模拟实验装置。一种由计算机控制的CT技术与构造模拟融为一体的设备，实时将取得的模型内部构造轨迹数字化，实现可视化四维效果，帮助地质人员完成挤压、伸展、走滑等多种构造模拟实验，为研究人员提供即时盆地地质构造模型演化过程。
本发明所述的数字化盆地构造模拟实验仪，它包括实验台底座，平移侧实验台I，中央实验台，下俯实验台，CT设备，底座倾斜装置，平移侧实验台II，上仰实验台，提升机械手，桁架，布砂装置，实验砂箱，电动缸，顶面数码相机，侧面数码相机。
在实验台底座上装有底座倾斜装置，底座倾斜装置与液压设备连接；中央实验台、平移侧实验台I、平移侧实验台II、下俯实验台、上仰实验台设置在实验台底座上；实验砂箱装在中央实验台上，桁架装在实验砂箱上方，布砂装置和提升机械手及顶面数码相机装在桁架上；CT设备和侧面数码相机位于实验台底座边；平移侧实验台I和平移侧实验台II下装有丝杠，台面上装有模型加载动力的电动缸；下俯实验台下部装有用于升降台面的电动缸，台面上装有模型加载动力的电动缸；上仰实验台下部装有用于升降台面的电动缸，台面上装有模型加载动力的电动缸；布砂装置与桁架上的动力驱动设备连接，布砂装置上装有激光设备；提升机械手与桁架上的动力驱动设备连接。
实验底座上装有底座倾斜装置，可使得整个实验平台倾斜0～10度，底座倾斜装置由液压设备驱动。
平移侧实验台I和平移侧实验台II可左右运动，运动由丝杠动力驱动，上置电动缸对实验箱模型施加动力。
下俯实验台通过下部电动缸驱动，可作向下倾斜0～10度，上置的电动缸可对实验箱模型施加动力。
上仰实验台通过下部电动缸驱动，可作向上倾斜0～10度，上置的电动缸可对实验箱模型施加动力。
布砂装置具有搅拌、振动、筛选功能，能测量和控制布砂厚度，测量由激光设备完成。
提升机械手可将实验砂箱运送至CT设备，提升机械手由上部桁架上的动力驱动。
CT设备可完成实验砂箱中内部变形构造的扫描分析并实现三维重构和四维动态效果的变形结构分析。
根据实验者的需要，将实验材料(石英砂、玻璃珠等)通过布砂装置分层铺设到实验箱中，利用电动缸从多方向向前推动(或先后拉动)实验箱挡板，使得砂箱中的实验材料进行模拟特定的地质运动，产生构造变形。在模型变形过程中，顶面和侧面数码相机定时间隔拍摄模型照片。如果需要进行模型内部结构观察和测量，通过机械手将砂箱搬运到CT机运输带上，传送到CT机内进行扫描，扫描结束后再通过机械手准确搬回到实验台上，继续进行下一步实验。
本装置可实现三维多方向动力加载，具有不破坏模型结构的情况下，进行模型内部结构扫描，为研究人员提供定量分析的四维数字化数据。
附图说明
图1数字化盆地构造物理模拟实验仪俯视平面结构示意图，
图2数字化盆地构造物理模拟实验仪侧视剖面结构示意图。
其中：1实验台底座，2平移侧实验台I，3中央实验台、4下俯试验台，5CT设备，6底座倾斜装置，7平移侧实验台II，8上仰实验台，9提升机械手，10桁架，11布砂装置，12实验砂箱，13电动缸，14顶面数码相机，15侧面数码相机。
具体实施方式
本发明所述的数字化盆地构造模拟实验设备，它包括实验台底座1，平移侧实验台I 2，中央实验台3，下俯实验台4，CT设备5，底座倾斜装置6，平移侧实验台II 7，上仰试验台8，提升机械手9，桁架10，布砂装置11，实验砂箱12，电动缸13，顶面数码相机14，侧面数码相机15；在实验台底座1上装有底座倾斜装置6；在实验台底座1上有一个中央实验台3、平移侧实验台I 2、平移侧实验台II 7、下俯试验台4、上仰试验台8；在中央实验台3上装有实验砂箱12，在实验砂箱12上方装有桁架10，布砂装置11和提升机械手9及顶面数码相机14装在桁架10上；CT设备5和侧面数码相机15位于实验台底座边。
实验底座上装有底座倾斜装置，底座倾斜装置与液压设备连接。
平移侧实验台I和平移侧实验台II下有丝杠连接，台面上装载了为模型加载动力的电动缸。
下俯实验台下部有电动缸连接，用于升降台面，台面上装载了为模型加载动力的电动缸。
上仰实验台下部有电动缸连接，用于升降台面，台面上装载了为模型加载动力的电动缸。
布砂装置与桁架上的动力驱动设备连接，并装载激光设备。
提升机械手与桁架上的动力驱动设备连接。
CT设备可完成实验砂箱中内部变形构造的扫描分析并实现三维重构和四维动态效果的变形结构分析。
如图所示，利用液压装置6将实验平台1升至0～10度任意角度，根据实验设计在中央实验台3上面安装实验砂箱12，根据每层实验材料厚度，通过布砂装置11将实验材料铺设到实验砂箱12内，将侧实验平台(平移侧实验台I 2、平移侧实验台II 7、下俯实验台4、上仰实验台8)移到指定位置，并将侧实验平台上的电动缸13移动到指定角度位置，启动电动缸13，进行挤压或拉伸实验箱12的挡板，完成对模型的应力传递，使得模型发生地质构造变形。同时，开启顶面数码相机14和侧面数码相机15，对模型变形过程进行定时间隔拍摄。
在挤压(拉伸)实验中、或挤压(拉伸)结束后，需要对模型内部结构扫描时，由提升机械手9，将实验砂箱12运移到CT设备5的运输带上，由运输带将模型输送到CT设备5内进行扫描工作，扫描结束后，再由提升机械手9将实验砂箱12及模型准确返回到中央实验台3上，进行下一步实验。
Claims (8)
1.一种数字化盆地构造物理模拟实验仪，它包括实验台底座，平移侧实验台I，中央实验台，下俯实验台，CT设备，底座倾斜装置，平移侧实验台II，上仰实验台，提升机械手，桁架，布砂装置，实验砂箱，电动缸，顶面数码相机，侧面数码相机；其特征在于：在实验台底座上装有底座倾斜装置，底座倾斜装置与液压设备连接；中央实验台、平移侧实验台I、平移侧实验台II、下俯实验台、上仰实验台设置在实验台底座上；实验砂箱装在中央实验台上，桁架装在实验砂箱上方，布砂装置和提升机械手及顶面数码相机装在桁架上；CT设备和侧面数码相机位于实验台底座边；平移侧实验台I和平移侧实验台II下装有丝杠，台面上装有模型加载动力的电动缸；下俯实验台下部装有用于升降台面的电动缸，台面上装有模型加载动力的电动缸；上仰实验台下部装有用于升降台面的电动缸，台面上装有模型加载动力的电动缸；布砂装置与桁架上的动力驱动设备连接，其上装有激光设备；提升机械手与桁架上的动力驱动设备连接。
2.根据权利要求1所述的数字化盆地构造物理模拟仪，其特征在于：实验底座上装有底座倾斜装置，可使得整个实验平台在0～10度范围内任意角度倾斜，底座倾斜装置由液压设备驱动。
3.根据权利要求1所述的数字化盆地构造物理模拟仪，其特征在于：可平移的侧实验台I和平移侧实验台II可以左右运动，台面上装载的电动缸可在运动中同时实现对实验砂箱进行动力加载。
4.根据权利要求1所述的数字化盆地构造物理模拟仪，其特征在于：下俯实验台由下部电动缸驱动，可作0～10度范围内任意角度的向下倾斜，台面上装载的电动缸可在运动中同时实现对实验砂箱进行动力加载。
5.根据权利要求1所述的数字化盆地构造物理模拟仪，其特征在于：上仰实验台由下部电动缸驱动，可作0～10度范围内任意角度的向上倾斜，台面上装载的电动缸可在运动中同时实现对实验砂箱进行动力加载。
6.根据权利要求1所述的数字化盆地构造物理模拟仪，其特征在于：布砂装置装载于上部桁架上，具有搅拌、振动、筛选功能，依靠激光设备和桁架上的动力驱动和定位实现测量和控制布砂厚度。
7.根据权利要求1所述的数字化盆地构造物理模拟仪，其特征在于：提升机械手可将实验砂箱运送至CT设备，提升机械手由上部桁架上的动力驱动。
8.根据权利要求1所述的数字化盆地构造物理模拟仪，其特征在于：CT设备可完成实验砂箱中内部变形构造的扫描分析并实现三维重构和四维动态效果的变形结构分析。
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