CN113870675B - 一种陆相河流沉积体系模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陆相河流沉积体系模拟装置及方法，该方法包括：沉积模拟箱体，用于设置沉积时期的地形坡度；梯度供水单元，梯度供水单元与沉积模拟箱体连接，梯度供水单元用于供水；自动加砂单元，自动加砂单元与沉积模拟箱体连接，自动加砂单元用于供砂。本发明通过梯度供水单元为沉积模拟箱体梯度供水，通过自动加砂单元为沉积模拟箱体供砂，进而在沉积模拟箱体内模拟沉积的地形坡度，通过调节地形坡度、降雨梯度对应的流水量、沉积物供给量、供给时间来模拟不同气候与不同构造条件下河流沉积体系的动态沉积特征，为不同沉积条件下河流沉积体系纵剖面与源汇演化特征的对比，和利用河流沉积地质剖面反演沉积期气候及构造背景提供了实验支持。

Description

一种陆相河流沉积体系模拟装置及方法

技术领域

本发明属于河流沉积体系模拟装置领域，具体涉及一种陆相河流沉积体系模拟装置及方法。

背景技术

长期以来，碎屑岩沉积模拟装置集中对盆地内不同沉积系统的沉积模式、相带分布以及砂体构型进行模拟恢复。近年来，国内外学者发现河流沉积体系纵剖面的几何形态可以反映沉积时期古气候及流域演变特征，但目前仍缺乏不同构造、气候、岩性条件下剖面发育形态的相关模拟实验数据进行科学支撑，因此，需要一种可以考虑降雨梯度和构造变化的沉积模拟实验装置。然而，传统的水槽沉积模拟实验装置主要针对沉积物进入盆地卸载区的分布形态和构成样式进行模拟，缺乏针对性模拟不同下切深度、降雨梯度变化等背景下由源到汇的河流沉积纵向剖面形态及流域变化的完整装置。河流剖面的发育特征是反映河流沉积体系形成阶段的构造、气候、流域演变的关键因素。传统理论认为，河流纵向剖面(源区海拔高点与下游的连线剖面)呈现为大致上凹的形状，认为纵剖面的拐点和波动反映了气候、构造、岩性之间的相互作用，并将其下凹形状解释为是由于随着河流下游流域面积的增加，河流流量增加，沉积物从上游被输送到下游并对河床产生侵蚀形成细粒河道沉积剖面。然而，河流纵剖面形态主要受流域面积变化控制还是受气候控制仍然存在争议。

综上，缺少一种可以模拟降雨梯度和构造变化对河流沉积体系形成控制作用的实验模拟装置，为河流沉积体系发育特征与古气候、古构造条件建立成因联系及科学依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以模拟降雨梯度和构造变化对河流沉积体系形成控制作用的陆相河流沉积体系模拟装置，为河流沉积体系发育特征与古气候、古构造条件建立成因联系及科学依据。

为了实现上述目的，本发明提供一种陆相河流沉积体系模拟装置，包括：沉积模拟箱体，所述沉积模拟箱体用于设置沉积时期的地形坡度；梯度供水单元，所述梯度供水单元与所述沉积模拟箱体连接，所述梯度供水单元用于供水；自动加砂单元，所述自动加砂单元与所述沉积模拟箱体连接，所述自动加砂单元用于供砂。

可选的，所述沉积模拟箱体包括：主箱体，所述主箱体内设有多个横梁，每个所述横梁上设有多个升降丝杆螺母和与所述螺母匹配的升降丝杆，所述多个升降丝杆的顶部设有可活动调节钢托结构。

可选的，所述沉积模拟箱体还包括活动沉积底板，所述活动沉积底板铺设在可活动调节钢托结构上。

可选的，所述梯度供水单元包括一级沉降池、二级沉降池和水箱，所述一级沉降池分别与所述沉积模拟箱体的出水口和二级沉降池连接；所述水箱分别与所述二级沉降池和所述沉积模拟箱体连接。

可选的，所述二级沉降池内设有自吸电动水泵，所述自吸电动水泵通过水管与所述水箱的进水口连接。

可选的，所述梯度供水单元还包括水箱气缸截门和分流器，所述水箱气缸截门分别与所述分流器和水箱底部的调节出水阀门连接，所述分流器与所述沉积模拟箱体的供水口连接。

可选的，所述自动加砂单元包括储砂桶、最大粒度筛网和储砂桶气缸截门；所述最大粒度筛网设置在所述储砂桶的顶部，用于根据沉积物的粒度筛选所述砂石；所述储砂桶气缸截门设置在所述储砂桶的底部，所述储砂桶气缸截门与所述沉积模拟箱体的供砂口连接。

可选的，所述模拟装置还包括电源控制箱和智能启动控制开关，所述智能启动控制开关分别与所述电源控制箱、储砂桶气缸截门和水箱气缸截门电连接。

可选的，所述模拟装置还包括监控单元，所述监控单元设置在所述沉积模拟箱体的上方，所述监控单元用于采集所述沉积模拟箱体的图像信息。

第二方面，本发明还提出了一种陆相河流沉积体系模拟方法，基于上述陆相河流沉积体系模拟装置，包括：调节沉积底板的高度；设置与所述沉积底板的高度对应的供水信息和供砂信息；按设置的供水信息进行供水；按设置的供砂信息进行供砂；其中，所述供水信息包括单次供水量、单次供水持续时间和供水间隔时间，所述供砂信息包括单次供砂量、单次供砂持续时间和供砂间隔时间。

本发明的有益效果在于：本发明的陆相河流沉积体系模拟装置通过梯度供水单元为沉积模拟箱体梯度供水，模拟降雨情况，通过自动加砂单元为沉积模拟箱体供砂，模拟沉积物情况，进而在沉积模拟箱体内模拟沉积的地形坡度，通过调节地形坡度、降雨梯度对应的流水量、沉积物供给量、供给时间和沉积间断时间的变化来模拟不同气候与不同构造条件下河流沉积体系的动态沉积特征，为不同沉积条件下河流沉积体系纵剖面与源汇演化特征的对比，和利用河流沉积地质剖面反演沉积期气候及构造背景提供了实验支持，地质科学意义大，便于应用推广。

本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的陆相河流沉积体系模拟装置的连接结构图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的陆相河流沉积体系模拟方法的流程图。

附图标记：

1、主箱体；2、升降丝杆螺母；3、升降丝杆；4、可活动调节钢托结构；5、沉积模拟箱体的出水口；6、一级沉降池；7、沉降池联通口；8、二级沉降池；9、自吸电动水泵；10、水管；11、活动沉积底板；12、储砂桶；13、最大粒度筛网；14、储砂桶气缸截门；15、电源控制箱；16、智能启动控制开关；17、水箱进水口；18、水箱；19、自动浮球水位控制器；20、调节出水阀门；21、水箱气缸截门；22、分流器；23、可调节口径分流管；24、沉积模拟箱体的供水口；25、监控单元。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明的一种陆相河流沉积体系模拟装置，包括：沉积模拟箱体，沉积模拟箱体用于设置沉积时期的地形坡度；梯度供水单元，梯度供水单元与沉积模拟箱体连接，梯度供水单元用于供水；自动加砂单元，自动加砂单元与沉积模拟箱体连接，自动加砂单元用于供砂。

具体的，利用不同气候、构造不同条件下河流沉积体系的纵剖面形态、岩性组合、古土壤以及流域发育特征不同，设置了可自动调节构造地形、单次供砂量、单次供砂时间和供砂间隔以及单次供水量、单次供水持续时间和供水间隔的智能陆相沉积实验模拟装置，模拟不同气候、构造背景下陆相河流沉积体系中沉积纵剖面的形态、岩性组合、古土壤、古流域演化特征。

根据盆地类型确定沉积模拟的地形坡度。利用岩性组合、古土壤、孢粉以及地震资料等数据反演古气候何特殊气候事件(如洪水期、极端干旱)的持续时间和次数，综合确定模拟期间的加砂量和供水流量以及每次加砂至、供水的持续时间和间隔时间，通过梯度供水单元按确定的供水信自动供水至沉积模拟箱体，通过自动加砂单元按确定的供砂信息自动加砂至沉积模拟箱体，进而在沉积模拟箱体内模拟地形坡度。

根据示例性的实施方式，陆相河流沉积体系模拟装置通过梯度供水单元为沉积模拟箱体梯度供水，模拟降雨情况，通过自动加砂单元为沉积模拟箱体供砂，模拟沉积物情况，进而在沉积模拟箱体内模拟沉积的地形坡度，通过调节地形坡度、降雨梯度对应的流水量、沉积物供给量、供给时间和沉积间断时间的变化来模拟不同气候与不同构造条件下河流沉积体系的动态沉积特征，为不同沉积条件下河流沉积体系纵剖面与源汇演化特征的对比，和利用河流沉积地质剖面反演沉积期气候及构造背景提供了实验支持，地质科学意义大，便于应用推广。

作为可选方案，沉积模拟箱体包括：主箱体，主箱体内设有多个横梁，每个横梁上设有多个升降丝杆螺母和与螺母匹配的升降丝杆，多个升降丝杆的顶部设有可活动调节钢托结构。

具体的，设置沉积模拟箱体的每个调节手摇升降丝杆螺母和手摇升降丝杆的位置，调整可活动调节钢托结构的高度，进而调整活动沉积底板的高度。

作为可选方案，沉积模拟箱体还包括活动沉积底板，活动沉积底板铺设在可活动调节钢托结构上。

具体的，在可活动调节钢托结构上部铺设安装硬塑活动沉积底板，通过活动沉积底板模拟地形的沉积情况。

作为可选方案，梯度供水单元包括一级沉降池、二级沉降池和水箱，一级沉降池分别与沉积模拟箱体的出水口和二级沉降池连接；水箱分别与二级沉降池和沉积模拟箱体连接。

具体的，沉积模拟箱体的出水口与一级沉降池连接，一级沉降池通过沉降池联通口与二级沉降池连接,水从沉积模拟箱体流入一级沉降池内，再通过沉降池联通口进入二级沉降池内，一级沉降池、沉降池联通口和二级沉降池组成循环净水池。

作为可选方案，二级沉降池内设有自吸电动水泵，自吸电动水泵通过水管与水箱的进水口连接。

具体的，自吸电动水泵通过水管将二级沉降池内的水吸入至水箱的进水口。

作为可选方案，梯度供水单元还包括水箱气缸截门和分流器，水箱气缸截门分别与分流器和水箱底部的调节出水阀门连接，分流器与沉积模拟箱体的供水口连接。

具体的，水箱底部的出水口安装有调节出水阀门和水箱气缸截门，调节出水阀门为手动调节出水阀门，水箱气缸截门外侧直接为出水口，出水口连接有分流器，分流器底部为可控口径分流管，可控口径分流管直接与沉积模拟箱体的梯度供水入口相连。根据古气候反演结果设置手动调节出水阀门的位置设置单次供水量，通过水箱气缸截门、电源控制箱、智能启动控制开关设置单次供水持续时间、供水间隔时间。

作为可选方案，自动加砂单元包括储砂桶、最大粒度筛网和储砂桶气缸截门；最大粒度筛网设置在储砂桶的顶部，用于根据沉积物的粒度筛选砂石；储砂桶气缸截门设置在储砂桶的底部，储砂桶气缸截门与沉积模拟箱体的供砂口连接。

具体的，最大粒度筛网安装在储砂桶的顶端，用于控制供给沉积物的最大粒度，储砂桶底部安装有储砂桶气缸截门，储砂桶气缸截门与电源控制箱和智能启动控制开关相连接，储砂桶气缸截门外侧直接为出砂口，出砂口与沉积模拟箱体的供砂口相连。根据气候、沉积厚度、岩性组合等调节储砂桶气缸截门、电源控制箱、智能启动控制开关用于设置单次加砂量、单次加砂持续时间以及加砂间隔时间。

作为可选方案，模拟装置还包括电源控制箱和智能启动控制开关，智能启动控制开关分别与电源控制箱、储砂桶气缸截门和水箱气缸截门电连接。

具体的，电源控制箱与智能启动控制开关连接，智能启动控制开关与储砂桶气缸截门连接，通过智能启动控制开关设置单次加砂量、单次加砂持续时间以及加砂间隔时间，进而使得储砂桶按设置的供砂信息为沉积模拟箱体供砂。智能启动控制开关还与水箱气缸截门连接，通过智能启动控制开关设置单次加水量、单次加水持续时间以及加水间隔时间，进而使得水箱按设置的水供为沉积模拟箱体供水。

作为可选方案，模拟装置还包括监控单元，监控单元设置在沉积模拟箱体的上方，监控单元用于采集沉积模拟箱体的图像信息。

具体的，监控单元为摄像头，安装在沉积模拟箱体上与沉积模拟箱体进砂/水的远端的两角，用于实时监控沉积充填、相带分布及水体位置等。

作为可选方案，水箱内设有自动浮球水位控制器，自动浮球水位控制器用于控制水箱内的水柱高度。

具体的，水箱内安装自动浮球水位控制器，用于控制沉积模拟箱体内的水柱高度。

第二方面，根据本发明的一种陆相河流沉积体系模拟方法，基于上述陆相河流沉积体系模拟装置，包括：调节沉积底板的高度；设置与沉积底板的高度对应的供水信息和供砂信息；按设置的供水信息进行供水；按设置的供砂信息进行供砂；其中，供水信息包括单次供水量、单次供水持续时间和供水间隔时间，供砂信息包括单次供砂量、单次供砂持续时间和供砂间隔时间。

具体的，根据盆地类型确定沉积模拟的地形坡度，根据地形坡度确定沉积底板的高度，设置沉积模拟箱体的每个调节手摇升降丝杆螺母和手摇升降丝杆的位置，调整可活动调节钢托结构的高度，进而调整活动沉积底板的高度，通过梯度供水单元为沉积模拟箱体梯度供水，模拟降雨情况，通过自动加砂单元为沉积模拟箱体供砂，模拟沉积物情况，进而在沉积模拟箱体内模拟沉积的地形坡度，通过调节地形坡度、降雨梯度对应的流水量、沉积物供给量、供给时间和沉积间断时间的变化来模拟不同气候与不同构造条件下河流沉积体系的动态沉积特征。

根据示例性的实施方式，陆相河流沉积体系模拟方法通过梯度供水单元为沉积模拟箱体梯度供水，模拟降雨情况，通过自动加砂单元为沉积模拟箱体供砂，模拟沉积物情况，进而在沉积模拟箱体内模拟沉积的地形坡度，通过调节地形坡度、降雨梯度对应的流水量、沉积物供给量、供给时间和沉积间断时间的变化来模拟不同气候与不同构造条件下河流沉积体系的动态沉积特征，为不同沉积条件下河流沉积体系纵剖面与源汇演化特征的对比，和利用河流沉积地质剖面反演沉积期气候及构造背景提供了实验支持，地质科学意义大，便于应用推广

实施例一

图1示出了根据本发明的一个实施例的陆相河流沉积体系模拟装置的连接结构图。

如图1所示，该陆相河流沉积体系模拟装置，包括：沉积模拟箱体，沉积模拟箱体用于设置沉积时期的地形坡度；梯度供水单元，梯度供水单元与沉积模拟箱体连接，梯度供水单元用于供水；自动加砂单元，自动加砂单元与沉积模拟箱体连接，自动加砂单元用于供砂。

具体的，根据盆地类型确定沉积模拟的地形坡度。利用岩性组合、古土壤、孢粉以及地震资料等数据反演古气候何特殊气候事件(如洪水期、极端干旱)的持续时间和次数，综合确定模拟期间的加砂量和供水流量以及每次加砂至、供水的持续时间和间隔时间，通过梯度供水单元按确定的供水信自动供水至沉积模拟箱体，通过自动加砂单元按确定的供砂信息自动加砂至沉积模拟箱体，进而在沉积模拟箱体内模拟地形坡度。

其中，沉积模拟箱体包括：主箱体1，主箱体1内设有多个横梁，每个横梁上设有多个升降丝杆螺母2和与升降丝杆螺母2匹配的升降丝杆3，多个升降丝杆3的顶部设有可活动调节钢托结构4。

其中，沉积模拟箱体还包括活动沉积底板11，活动沉积底板11铺设在可活动调节钢托结构4上。

具体的，设置沉积模拟箱体的每个调节手摇升降丝杆螺母和手摇升降丝杆的位置，调整可活动调节钢托结构的高度，进而调整活动沉积底板的高度。

其中，梯度供水单元包括一级沉降池6、二级沉降池8和水箱18，一级沉降池6与沉积模拟箱体的出水口5连接，且一级沉降池6通过沉降池联通口7与和二级沉降池8连接；水箱18分别与二级沉降池8和沉积模拟箱体连接。

具体的，沉积模拟箱体的出水口与一级沉降池连接，一级沉降池通过沉降池联通口与二级沉降池连接,水从沉积模拟箱体流入一级沉降池内，再通过沉降池联通口进入二级沉降池内，一级沉降池、沉降池联通口和二级沉降池组成循环净水池。

其中，二级沉降池8内设有自吸电动水泵9，自吸电动水泵9通过水管10与水箱进水口18连接。

具体的，自吸电动水泵通过水管将二级沉降池内的水吸入至水箱的进水口。

其中，梯度供水单元还包括水箱气缸截门21和分流器22，水箱气缸截门21分别与分流器22和水箱18底部的调节出水阀门20连接，分流器22通过可调节口径分流管23与沉积模拟箱体的供水口24连接。

具体的，水箱底部的出水口安装有调节出水阀门和水箱气缸截门，调节出水阀门为手动调节出水阀门，水箱气缸截门外侧直接为出水口，出水口连接有分流器，分流器底部为可控口径分流管，可控口径分流管直接与沉积模拟箱体的梯度供水入口相连。根据古气候反演结果设置手动调节出水阀门的位置设置单次供水量，通过水箱气缸截门、电源控制箱、智能启动控制开关设置单次供水持续时间、供水间隔时间。

其中，自动加砂单元包括储砂桶12、最大粒度筛网和储砂桶气缸截门14；最大粒度筛网设置在储砂桶12的顶部，用于根据沉积物的粒度筛选砂石；储砂桶12气缸截门设置在储砂桶12的底部，储砂桶12气缸截门与沉积模拟箱体的供砂口连接。

具体的，最大粒度筛网安装在储砂桶的顶端，用于控制供给沉积物的最大粒度，储砂桶底部安装有储砂桶气缸截门，储砂桶气缸截门与电源控制箱和智能启动控制开关相连接，储砂桶气缸截门外侧直接为出砂口，出砂口与沉积模拟箱体的供砂口相连。根据气候、沉积厚度、岩性组合等调节储砂桶气缸截门、电源控制箱、智能启动控制开关用于设置单次加砂量、单次加砂持续时间以及加砂间隔时间。

其中，模拟装置还包括电源控制箱15和智能启动控制开关16，智能启动控制开关16分别与电源控制箱15、储砂桶气缸截门14和水箱气缸截门18电连接。

具体的，电源控制箱与智能启动控制开关连接，智能启动控制开关与储砂桶气缸截门连接，通过智能启动控制开关设置单次加砂量、单次加砂持续时间以及加砂间隔时间，进而使得储砂桶按设置的供砂信息为沉积模拟箱体供砂。智能启动控制开关还与水箱气缸截门连接，通过智能启动控制开关设置单次加水量、单次加水持续时间以及加水间隔时间，进而使得水箱按设置的水供为沉积模拟箱体供水。

其中，模拟装置还包括监控单元25，监控单元25设置在沉积模拟箱体的上方，监控单元25用于采集沉积模拟箱体的图像信息。

其中，水箱18内设有自动浮球水位控制器19，自动浮球水位控制器19用于控制水箱18内的水柱高度。

具体的，监控单元为摄像头，安装在沉积模拟箱体上与沉积模拟箱体进砂/水的远端的两角，用于实时监控沉积充填、相带分布及水体位置等。

实施例二

图2示出了根据本发明的一个实施例的陆相河流沉积体系模拟方法的流程图。

如图2所示，该陆相河流沉积体系模拟方法，基于上述陆相河流沉积体系模拟装置，包括：

S102：调节沉积底板的高度；

S104：设置与沉积底板的高度对应的供水信息和供砂信息；

S106：按设置的供水信息进行供水；

S108：按设置的供砂信息进行供砂；

其中，供水信息包括单次供水量、单次供水持续时间和供水间隔时间，供砂信息包括单次供砂量、单次供砂持续时间和供砂间隔时间。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (5)

1.一种陆相河流沉积体系模拟装置，其特征在于，包括：

沉积模拟箱体，所述沉积模拟箱体用于设置沉积时期的地形坡度；

梯度供水单元，所述梯度供水单元与所述沉积模拟箱体连接，所述梯度供水单元用于供水；

自动加砂单元，所述自动加砂单元与所述沉积模拟箱体连接，所述自动加砂单元用于供砂；

其中，所述沉积模拟箱体包括：主箱体，所述主箱体内设有多个横梁，每个所述横梁上设有多个升降丝杆螺母和与所述螺母匹配的升降丝杆，所述多个升降丝杆的顶部设有可活动调节钢托结构；

其中，所述沉积模拟箱体还包括活动沉积底板，所述活动沉积底板铺设在可活动调节钢托结构上，通过活动沉积底板模拟地形的沉积情况，其中，所述活动沉积底板为硬塑活动沉积底板；

其中，所述梯度供水单元包括一级沉降池、二级沉降池和水箱，所述一级沉降池分别与所述沉积模拟箱体的出水口和二级沉降池连接；所述水箱分别与所述二级沉降池和所述沉积模拟箱体连接；

其中，所述二级沉降池内设有自吸电动水泵，所述自吸电动水泵通过水管与所述水箱的进水口连接；

其中，所述梯度供水单元还包括水箱气缸截门和分流器，所述水箱气缸截门分别与所述分流器和水箱底部的调节出水阀门连接，所述分流器与所述沉积模拟箱体的供水口连接；

模拟方法包括：

调节沉积底板的高度；

设置与所述沉积底板的高度对应的供水信息和供砂信息；

按设置的供水信息进行供水；

按设置的供砂信息进行供砂；

其中，所述供水信息包括单次供水量、单次供水持续时间和供水间隔时间，所述供砂信息包括单次供砂量、单次供砂持续时间和供砂间隔时间。

2.根据权利要求1所述的陆相河流沉积体系模拟装置，其特征在于，所述自动加砂单元包括储砂桶、最大粒度筛网和储砂桶气缸截门；

所述最大粒度筛网设置在所述储砂桶的顶部，用于根据沉积物的粒度筛选砂石；

所述储砂桶气缸截门设置在所述储砂桶的底部，所述储砂桶气缸截门与所述沉积模拟箱体的供砂口连接。

3.根据权利要求2所述的陆相河流沉积体系模拟装置，其特征在于，所述模拟装置还包括电源控制箱和智能启动控制开关，所述智能启动控制开关分别与所述电源控制箱、储砂桶气缸截门和水箱气缸截门电连接。

4.根据权利要求3所述的陆相河流沉积体系模拟装置，其特征在于，所述模拟装置还包括监控单元，所述监控单元设置在所述沉积模拟箱体的上方，所述监控单元用于采集所述沉积模拟箱体的图像信息。

5.一种陆相河流沉积体系模拟方法，基于权利要求1-4中任一项所述的陆相河流沉积体系模拟装置，其特征在于，包括：

调节沉积底板的高度；

设置与所述沉积底板的高度对应的供水信息和供砂信息；

按设置的供水信息进行供水；

按设置的供砂信息进行供砂；

其中，所述供水信息包括单次供水量、单次供水持续时间和供水间隔时间，所述供砂信息包括单次供砂量、单次供砂持续时间和供砂间隔时间。