CN115294848B

CN115294848B - 板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置及模拟分析方法

Info

Publication number: CN115294848B
Application number: CN202210744693.XA
Authority: CN
Inventors: 邵龙飞; 于福生; 龚建明; 廖晶; 于佳富
Original assignee: China University of Petroleum Beijing; Qingdao Institute of Marine Geology
Current assignee: China University of Petroleum Beijing; Qingdao Institute of Marine Geology
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2042-06-27
Also published as: CN115294848A

Abstract

本发明提供一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置及模拟分析方法，该装置包括：箱体、碰撞角改变系统、俯冲角改变系统及传动系统；箱体包括固定挡板、透明玻璃板和底座，固定挡板和透明玻璃板设置在底座上表面；碰撞角改变系统设置于底座上表面，碰撞角改变系统包括多个卡槽，多个卡槽用于改变碰撞角；俯冲角改变系统设置于底座下表面，俯冲角改变系统包括升降马达，升降马达用于通过改变底座一侧的高度来改变俯冲角；传动系统包括传送席、驱动马达和滚筒，驱动马达设置于底座另一侧的下方，驱动马达与滚筒连接，驱动马达用于驱动滚筒卷动传送席。本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置，可以确定板块俯冲变形的成因机制。

Description

板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置及模拟分析方法

技术领域

本发明涉及地质构造模拟技术领域，尤其涉及一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置及模拟分析方法。

背景技术

构造物理模拟是研究构造变形几何学、动力学及其演化史的有效方法。板块俯冲是指一个岩石圈板块的全部或一部分向下潜入相邻的另一个岩石圈板块之下，其构造变形强烈，影响因素复杂，尤其是对于洋-陆俯冲，会伴随有强烈的构造运动及岩浆活动，形成大面积的增生楔、逆冲叠瓦状断层及底辟构造，其俯冲边界即为活动大陆边缘，而活动大陆边缘是新能源天然气水合物的重要富集区。

现有技术中的板块构造模拟实验装置可模拟离散、俯冲或碰撞等板块构造运动，而现实中的板块之间多处于侧向式碰撞状态，如波罗的板块向北运动过程中与向东北运动的西伯利亚板块碰撞，造成乌拉尔洋盆闭合，形成狭长的造山带。

因此，亟需一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置及方法，以模拟更贴合实际的俯冲模型，更深入的探究板块俯冲变形的成因机制，这对于研究天然气水合物的成藏机理具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置及模拟分析方法，用以解决现有技术中板块构造模拟实验装置无法模拟板块碰撞状态的技术问题。

本发明提供一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置，包括：

箱体、碰撞角改变系统、俯冲角改变系统及传动系统；

所述箱体包括固定挡板、透明玻璃板和底座，所述固定挡板和所述透明玻璃板设置在所述底座上表面；

所述碰撞角改变系统设置于所述底座上表面，所述碰撞角改变系统包括多个卡槽，所述多个卡槽用于改变碰撞角；

所述俯冲角改变系统设置于所述底座下表面，所述俯冲角改变系统包括升降马达，所述升降马达用于通过改变所述底座一侧的高度来改变俯冲角；

所述传动系统包括传送席、驱动马达和滚筒，所述驱动马达设置于所述底座另一侧的下方，所述驱动马达与所述滚筒连接，所述驱动马达用于驱动所述滚筒卷动所述传送席。

在一些实施例中，所述传送席上表面用于铺设模拟可变地层的砂层。

在一些实施例中，所述传送席的摩擦系数基于所述底座上表面的摩擦系数确定。

在一些实施例中，所述卡槽用于穿过所述传送席，以确定所述碰撞角；所述卡槽对应的角度包括以下至少一项：90°、75°、60°及45°。

在一些实施例中，所述砂层下铺设有硅胶，所述硅胶为模拟塑性滑脱层的材料。

本发明还提供一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法，应用于上述装置，包括：

设置实验参数，所述实验参数包括：模型规模、目标摩擦系数的传送席、砂层厚度、砂层层数，俯冲速率、俯冲角度以及碰撞角度；

基于控制变量法，模拟各因素对板块俯冲变形的影响，确定板块俯冲变形的主控因素和变形机制。

本发明还提供一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置，包括：

设置模块，用于设置实验参数，所述实验参数包括：模型规模、目标摩擦系数的传送席、砂层厚度、砂层层数，俯冲速率、俯冲角度以及碰撞角度；

分析模块，用于基于控制变量法，模拟各因素对板块俯冲变形的影响，确定板块俯冲变形的主控因素和变形机制。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法。

本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置及模拟分析方法，通过设置更贴合实际的板块间不同碰撞角度的模型，可以确定板块俯冲变形的主控因素及其变形机制，从而更深入的探究板块俯冲变形的成因机制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置的侧视图；

图2是本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置的俯视图；

图3是本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的流程示意图；

图4是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的平面实验结果解释图之一；

图5是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的剖面演化图之一；

图6是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的切片剖面解释图之一；

图7是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的平面实验结果解释图之二；

图8是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的剖面演化图之二；

图9是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的切片剖面解释图之二；

图10是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的平面实验结果解释图之三；

图11是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的剖面演化图之三；

图12是应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的切片剖面解释图之三；

图13是本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置的结构示意图；

图14是本发明提供的电子设备的实体结构示意图。

附图标记：

1：驱动马达；2：滚筒；3：基底固结砂层；4：俯冲带；5：松散砂层；6：传送席；7：硅胶；8：升降马达；9：固定挡板；10：底座；11：透明玻璃板；12：卡槽；13：实验台外沿。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置的侧视图，图2为本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置的俯视图。

参照图1和图2，本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置包括：箱体、碰撞角改变系统、俯冲角改变系统及传动系统。

在实际执行中，基于该装置，可以构建对板块俯冲变形影响因素物理模拟的基础实验模型。

现将该装置分如下几个部分进行说明。

一、箱体

箱体包括固定挡板9、透明玻璃板11和底座10。

需要说明的是，箱体可以为进行实验的砂箱，是由固定挡板9和位于固定挡板9两侧的透明玻璃板11以及底座10围成的可移动的中空箱体。

固定挡板9和透明玻璃板11设置在底座10上表面，底座10可以包括长方体实验台和多个支撑柱。

可以理解的是，底座10上表面指的是实验台上表面，底座10下表面指的是实验台下表面。

固定挡板9和透明玻璃板11可以当做实验模型的边界，透明玻璃板11还可以用于清晰观察实验过程中实验模型的变形特征。

其中，固定挡板9和透明玻璃板11均可以为可以拆卸挡板。

二、碰撞角改变系统

碰撞角改变系统设置于底座10上表面，碰撞角改变系统包括多个卡槽12，多个卡槽12用于改变碰撞角。

在一些实施例中，卡槽12用于穿过传送席6，以确定碰撞角；卡槽12对应的角度包括以下至少一项：90°、75°、60°及45°。

如图2所示，卡槽12为可拆卸的不同碰撞角度位置的卡槽，例如可以包括90°、75°、60°及45°可变碰撞角卡槽。传送席6可以穿过并固定在不同位置处的卡槽12从而改变碰撞角度。

三、俯冲角改变系统

俯冲角改变系统设置于底座10一侧下表面，俯冲角改变系统包括升降马达8，升降马达8用于通过改变底座10一侧的高度来改变俯冲角。

四、传动系统

传动系统包括传送席6、驱动马达1和滚筒2，驱动马达1设置于底座10另一侧的下方，驱动马达1与滚筒2连接，驱动马达1用于驱动滚筒2卷动传送席6。

如图2所示，滚筒2包括3个滚筒，驱动马达1用于驱动滚筒21，滚筒21用于驱动滚筒22包括的两个滚筒卷动传送席6。

可以理解的是，驱动马达1和升降马达8分别位于底座10下表面的两侧。

驱动马达1是由计算机程序控制以驱动滚筒2，滚筒2的滚动速度也由计算机所控制。

传动系统中的传送席6平铺在底座10上表面，与实验台上部的手动收放控制的滚筒(图中未示出)和底座10下部的驱动马达1驱动的滚筒21相连接。

在一些实施例中，传送席6的摩擦系数基于底座上表面的摩擦系数确定。

在实际执行中，可根据实验目标摩擦系数的传送席的大小更换相应摩擦力的传送席。

在一些实施例中，传送席6上表面用于铺设模拟可变地层的松散砂层5。其中，砂层5可以为石英砂层。

在一些实施例中，砂层5下铺设有硅胶7，硅胶7为模拟塑性滑脱层的材料，硅胶层可以用于分析塑性滑脱层对板块俯冲变形的影响规律。

在一些实施例中，该装置还可以包括

基底固结砂层3，用于模拟俯冲带4上部的陆壳基底，基底固结砂层3可以铺设在硅胶7层之下。

俯冲带4，用于模拟指洋壳俯冲至陆壳之下的构造带；

实验台外沿13，为底座10向外延伸的部分。

需要说明的是，图1和图2中各部件的位置仅用作示例，可以根据实际需求调整，在此不做具体限定。

在实际执行中，该装置可以实现模拟底部摩擦系数的大小、砂厚、俯冲速率、俯冲角度、碰撞角度、同沉积作用和塑性滑脱层等因素对板块俯冲变形的影响。

本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置，通过设置更贴合实际的板块间不同碰撞角度的模型，可以确定板块俯冲变形的主控因素及其变形机制，从而更深入的探究板块俯冲变形的成因机制。

图3是本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的流程示意图。参照图3，本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法是采用上述实施例中的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置实现的，该方法可以包括：

步骤310、设置实验参数，实验参数包括：模型规模、目标摩擦系数的传送席、砂层厚度、砂层层数，俯冲速率、俯冲角度以及碰撞角度；

步骤320、基于控制变量法，模拟各因素对板块俯冲变形的影响，确定板块俯冲变形的主控因素和变形机制。

本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的执行主体可以是电子设备、电子设备中的部件、集成电路、或芯片。该电子设备可以是移动电子设备，也可以为非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器(Network Attached Storage，NAS)、个人计算机(personalcomputer，PC)、电视机(television，TV)、柜员机或者自助机等，本发明不作具体限定。

下面以计算机执行本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法为例，详细说明本发明的技术方案。

在实际执行中，本发明可以包括如下步骤：

(1)设置好基础实验参数，实验参数包括模型规模、目标摩擦系数的传送席、砂层厚度、砂层层数，俯冲速率、俯冲角度，以及碰撞角度等。其中，目标摩擦系数可以根据实际需求限定。

(2)采取控制变量法，每组实验控制单一变量。

(3)设置基础实验模型参数，选取传送席，将模型规模设置为140cm×70cm×30cm；砂厚设置为1cm，铺三层，每层用不同颜色的彩砂作为标志层；俯冲速率为0.5cm/min；俯冲量为50cm；俯冲角为5°；碰撞角为90°。

(4)模拟底部摩擦系数的大小对板块俯冲变形的影响，基于基础实验模型开展对比实验，每次实验只更换不同摩擦系数的传送席，开展3-4组对比试验，对比实验结果，分析不同底部摩擦系数的大小对板块俯冲变形的影响规律。

(5)模拟砂厚对板块俯冲变形的影响，基于基础实验模型开展对比实验，只改变砂厚，可每次对比实验的每层砂厚增加0.5cm或1cm，开展3-4组对比试验，对比实验结果，分析砂厚对板块俯冲变形的影响规律。

(6)模拟俯冲速率对板块俯冲变形的影响，基于基础实验模型开展对比实验，只改变俯冲速率，可每次对比实验的俯冲速率增加0.5cm/min，开展3-4组对比试验，对比实验结果，分析俯冲速率对板块俯冲变形的影响规律。

(7)模拟俯冲角度对板块俯冲变形的影响，基于基础实验模型开展对比实验，只改变俯冲角度，利用升降马达改变实验台一侧的高度，可每次对比实验的俯冲角度增加5-10°，开展3-4组对比试验，对比实验结果，分析俯冲角度对板块俯冲变形的影响规律。

(8)模拟碰撞角度对板块俯冲变形的影响，基于基础实验模型开展对比实验，只改碰撞角度，开展3组对比试验，将塑料席依次穿过实验台75°、60°及45°卡槽位置处，对比实验结果，分析俯冲角度对板块俯冲变形的影响规律。

(9)模拟同沉积作用对板块俯冲变形的影响，基于基础实验模型开展对比实验，对比实验模型每俯冲10cm铺设一层同沉积砂层，铺设3或4层同沉积砂层，其余条件不变，对比实验结果，分析同沉积作用对板块俯冲变形的影响规律。

(10)模拟塑性滑脱层对板块俯冲变形的影响，基于基础实验模型开展对比实验，对比实验中将模型底部铺设一层1cm硅胶模拟滑脱层，其余条件不变，对比实验结果，分析塑性滑脱层对板块俯冲变形的影响规律。

(11)在步骤(3)-(10)中，每组实验开展过程中每隔1分钟利用高清摄像机拍摄一次平面和剖面现象并在实验结束后用砂铺平并盖上毛巾浇水浸透，待24小时后进行切片。

(12)根据步骤(3)-(10)实验模型砂层表面、剖面的变形特征及切片结果综合对比分析得出板块俯冲变形的主控因素及其变形机制。

在上述方法中，所述的模型规模的长与宽之比为2：1，如所需模拟的目标俯冲带长宽比不同于板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置中的长宽比，本发明对此不作具体要求，可以根据实际作业需要合理设置该预设比例。

在上述方法中，砂层厚度、砂层层数，俯冲速率、俯冲角度，俯冲量等初始的实验参数均可以根据作业需要合理设置。

在实施例1中，本发明可以提供一种对板块俯冲变形影响因素物理模拟的基础实验模型。

该实验模型规模为120cm×70cm×30cm，依次铺设1.5cm的灰色石英砂、0.5cm的白色石英砂、0.5cm的白色石英砂、0.5cm的白色石英砂和1.0cm的灰色石英砂，分别覆盖黑色、红色、蓝色、粉色及黄色石英砂作为标志层。

实验过程中每分钟拍摄一次实验模型的平面和剖面，观察并记录变形特征。模型的俯冲角为0°，碰撞角为90°，实验装置的俯冲速率为0.5cm/min，俯冲量为32cm。详细参数见表1。

表1

图4为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的平面实验结果解释图之一。

如图4所示，当实验开始后，当左侧俯冲1cm，即俯冲量达0.8％时，在砂层表面先后出现断裂f₁和反向断裂f₂；

当左侧俯冲5cm，即俯冲量达4.1％时，砂层表面出现断裂f₃呈分段式分布，俯冲后缘断距增大；

当左侧俯冲7.5cm，即俯冲量达6.25％时，断裂f₃已逐渐连成一线，且断裂f₄先呈分段分布，后又逐渐连成一线；

后续随着俯冲的进行，断裂皆在逆冲前缘依次向左发育，发育间隔保持稳定，且新断裂发育早期皆呈分段式分布，后随着俯冲的持续进行逐渐连成一线，直至左侧俯冲到26.5cm，即俯冲量达22.1％时，在离断裂f₈远端处先后出现了反向断裂f₁₀和断裂f₁₁，断裂f₁₁距f₉的间隔发生激增；

当左侧俯冲32cm，即俯冲量达26.7％时，断裂f₁₁逐渐连成一线。

图5为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的剖面演化图之一。

如图5所示，断层整体呈前展示发育，发育较为规律，出现了宽缓的箱状构造，俯冲槽位置处的隆起高度随俯冲位移的增加而逐渐增高，但高度达到一定程度后便会趋于稳定不再发生变化。后缘的锥角同样随冲位移的增加而逐渐增大后再趋于稳定。

图6为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的切片剖面解释图之一，切片的位置见图4俯冲32cm结果图解的左侧数字。

如图6所示，通过对平面实验进行立体切片，解释典型剖面，显示出形态大致相同的剖面构造样式，普遍发育逆冲断层f₁、f₃、f₄、f₅、f₆、f₇、f₈、f₉、f₁₀、f₁₄，发育大型反冲断层f₂，以及小型反冲断层f₁₁、f₁₂。

变形区域集中在俯冲位置处，在早期俯冲中，首先发育逆冲断层f₁和反冲断层f₂，随着持续挤压，逆冲断层呈前展式发育，依次发育逆冲断层f₃-f₁₀。

在逆冲断层f₉、f₁₀发育后，在后续的俯冲中，先发育了反冲断层f₁₁、f₁₂、f₁₃后接着才出现了新的逆冲断层f₁₄并且其离上一个逆冲断层f₁₀的距离突然激增，在逆冲断层f₁₄发育后反冲断层f₁₅随继出现。

在实施例2中，本发明可以提供一种分析同沉积作用对板块俯冲变形影响的物理实验模型。

该实验模型规模为120cm×70cm×30cm，初始依次铺设1cm的灰色石英砂、1cm的白色石英砂、1cm的白色石英砂，分别覆盖绿色、红色、黑色石英砂作为标志层，后每俯冲10cm铺设一层同沉积砂层。

实验过程中每分钟拍摄一次实验模型的平面和剖面，观察并记录变形特征。模型的俯冲角为0°，碰撞角为90°，实验装置的俯冲速率为0.5cm/min，俯冲量为53cm。详细参数见表2。

表2

图7为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的平面实验结果解释图之二。

如图7所示，实验开始后，当右侧俯冲至5cm，即俯冲量达4.2％时，在砂层表面先后出现断裂f_a1-f_a7，其中f_a2、f_a3、f_a4、f_a5为反向断裂；

当右侧俯冲至10cm，即俯冲量达8.3％时，a阶段结束，在砂层表面先后又出现断裂f_a8、f_a9、f_a10；

铺设同沉积层后，当右侧俯冲至15cm，即俯冲量达12.5％时，在砂层表面先后出现断裂f_b1、f_b2、f_b3、f_b4，此阶段及后续阶段中，后缘反向断裂总先于前缘断裂出现；

当右侧俯冲至20cm，即俯冲量达16.7％时，b阶段结束，在砂层表面又出现断裂f_b5；

铺设同沉积层后，当右侧俯冲至25cm，即俯冲量达20.8％时，在砂层表面出现断裂f_c1、f_c2、f_c3；

当右侧俯冲至30cm，即俯冲量达25％时，c阶段结束，在砂层表面又出现断裂f_c4、f_c5；

铺设同沉积层后，当右侧俯冲至38cm，即俯冲量达31.7％时，在砂层表面出现断裂f_d1、f_d2、f_d3、f_d4、f_d5；

当右侧俯冲至46cm，即俯冲量达38.3％时，在砂层表面又出现断裂f_d6、f_d7；

当右侧俯冲至53cm，即俯冲量达44.2％时，d阶段结束，在砂层表面又出现断裂f_d8；

从a阶段至d阶段，每个阶段中率先出现的前缘断裂和后缘反向断裂之间的间距越来越大；每个阶段在同等俯冲位移的条件下，出现的断裂越来越少。

图8为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的剖面演化图之二。

如图8所示，断层整体呈前展示发育，变形区域集中在俯冲位置处。相较于实施例1，加入同沉积层后，在相同的俯冲量下断层的发育明显减少并且较乱，可见同沉积作用对断层的发育与传播有一定的阻碍作用。

图9为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的切片剖面解释图之二。切片的位置见图7俯冲53cm结果图解的左侧数字，通过对平面实验进行立体切片，解释典型剖面(图9)显示出形态大致相同的剖面构造变形样式，普遍发育逆冲断层f₁、f₆、f₇、f₈、f₉、f₁₀、f₁₁、f₁₂、f₁₃、f₁₄、f₁₅、f₁₆、f₁₇、f₁₈、f₁₉、f₂₀、f₂₁、f₂₂、f₂₃、f₂₄、f₂₅、f₂₆、f₂₇，发反冲断层f₂、f₃、f₄、f₅。相邻的较大型的逆冲断层间总会发育相对较小型的逆冲断层，如较大型的逆冲断层f₁₉与f₂₂之间发育相对较小型的f₂₀和f₂₁；较大型的逆冲断层f₂₂与f₂₅之间发育相对较小型的f₂₃和f₂₄。

变形区域集中在俯冲位置处，在早期俯冲中，首先发育逆冲断层f₁和反冲断层f₂、f₃、f₄、f₅，随着持续挤压，逆冲断层呈前展式发育，依次发育逆冲断层f₆、f₇、f₈、f₉、f₁₀、f₁₁、f₁₂、f₁₃、f₁₄、f₁₅、f₁₆、f₁₇、f₁₈、f₁₉、f₂₀、f₂₁、f₂₂、f₂₃、f₂₄、f₂₅、f₂₆、f₂₇。

在实施例3中，本发明可以提供一种分析塑性滑脱层对板块俯冲变形影响的物理实验模型，该模型规模为120cm×70cm×30cm，初始依次铺设1cm的硅胶、1cm的灰色石英砂、1cm的白色石英砂、1cm的白色石英砂，三层砂层顶面从下至上分别覆盖黄色、蓝色、红色石英砂作为标志层。

实验过程中每分钟拍摄一次实验模型的平面和剖面，观察并记录变形特征。模型的俯冲角为0°，碰撞角为90°，实验装置的俯冲速率为0.5cm/min，俯冲量为30cm。详细参数见表3。

表3

图10为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的平面实验结果解释图之三。

如图10所示，实验开始后，当右侧俯冲至3.5cm，即俯冲量达2.9％时，在砂层表面先后出现断裂f₁、f₂、f₃，其中f₂、f₃为反向断裂，f₁、f₃呈分段式分布；当

右侧俯冲至7cm，即俯冲量达5.8％时，f₁、f₃逐渐连城一线，砂层表面出现新的反向断裂f₄；

当右侧俯冲至10.5cm，即俯冲量达8.8％时，俯冲前缘出现新的断裂f₅、f₆，平面上中下部俯冲槽隆起处的砂层表面出现明显的破裂；

当右侧俯冲至14cm，即俯冲量达11.7％时，砂层表面又出现新的断裂f₇、f₈、f₉，其中f₈、f₉为反向断裂，中下部俯冲槽隆起处的破裂增大；

当右侧俯冲至17.5cm，即俯冲量达14.6％时，前缘出现新的断裂f₁₀、f₁₁，断裂f₅与f₇相连接，中下部俯冲槽隆起处的破裂持续增大；

当右侧俯冲至21cm，即俯冲量达17.5％时，前缘出现新的断裂f₁₂、f₁₃，平面上部俯冲槽隆起处开始出现轻微破裂；

当右侧俯冲至24.5cm，即俯冲量达20.4％时，后缘出现新的反向断裂f₁₄，平面上部俯冲槽隆起处的破裂增大；当右侧俯冲至28cm，即俯冲量达23.3％时，平面上部与中下部俯冲槽隆起处的破裂出现相连接的迹象；

当右侧俯冲至30cm，即俯冲量达25％时，平面上部与中下部俯冲槽隆起处的破裂出现明显相连。

图11为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的剖面演化图之三。

如图11所示，断层整体呈前展示发育，相较于实施例1，加入塑性滑脱层后，变形区域更加广阔，多发育宽缓的背斜或箱状构造，在相同的俯冲量下逆冲前缘发育的逆冲断层的明显减少，断层间距明显增大，由于塑性层的上涌导致砂层表面出现明显塌陷。

图12为应用本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法的切片剖面解释图之三。切片的位置见图10俯冲30cm结果图解的左侧数字，通过对平面实验进行立体切片，显示出形态大致相同的剖面构造变形样式，普遍发育逆冲断层f₁、f₄、f₅、f₈、f₁₇，发育反冲断层f₂、f₃、f₇、f₁₈、f₁₆，俯冲前缘呈现逆冲叠瓦构造，俯冲槽上部出现塌陷，发育很多小型正断层f₆、f₉、f₁₀、f₁₁、f₁₂、f₁₃、f₁₅，形成垒堑式组合。

在早期俯冲中，首先发育逆冲断层f₁和反冲断层f₂，随着持续挤压，逆冲断层呈前展式发育，先后发育逆冲断层f₄、f₅、f₁₇。在剖面2、剖面3和剖面5中，f₇与f₈之间发育明显的冲起构造。

剖面1、剖面2中的f₄与f₇之间，剖面3中f₅与f₇之间以及剖面4中f₁₇与f₁₈之间都发育明显的对冲构造。

剖面1至剖面5中俯冲前缘皆发育明显的蛇头背斜构造，俯冲槽位置底部塑性层有明显的上侵，形成底辟构造，俯冲槽上部的底辟构造可与底部的塑性层断开连接，如剖面3与剖面4。

本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法，通过设置更贴合实际的板块间不同碰撞角度的模型，可以确定板块俯冲变形的主控因素及其变形机制，从而更深入的探究板块俯冲变形的成因机制。

下面对本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置进行描述，下文描述的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置与上文描述的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法可相互对应参照。

图13是本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置的结构示意图。参照图13，本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置可以包括：

设置模块1310，用于设置实验参数，所述实验参数包括：模型规模、目标摩擦系数的传送席、砂层厚度、砂层层数，俯冲速率、俯冲角度以及碰撞角度；

分析模块1320，用于基于控制变量法，模拟各因素对板块俯冲变形的影响，确定板块俯冲变形的主控因素和变形机制。

本发明提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置，通过设置更贴合实际的板块间不同碰撞角度的模型，可以确定板块俯冲变形的主控因素及其变形机制，从而更深入的探究板块俯冲变形的成因机制。

图14示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图14所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1410、通信接口(Communications Interface)1420、存储器(memory)1430和通信总线1440，其中，处理器1410，通信接口1420，存储器1430通过通信总线1440完成相互间的通信。处理器1410可以调用存储器1430中的逻辑指令，以执行板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法，该方法包括：

此外，上述的存储器1430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法，该方法包括：

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法，该方法包括：

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置，其特征在于，包括：箱体、碰撞角改变系统、俯冲角改变系统及传动系统；

所述碰撞角改变系统设置于所述底座上表面，所述碰撞角改变系统包括多个可拆卸的不同碰撞角度位置的卡槽，所述多个卡槽用于改变碰撞角；所述卡槽对应的碰撞角度包括以下至少一项：90°、75°、60°及45°；

所述传动系统包括传送席、驱动马达和滚筒，所述驱动马达设置于所述底座另一侧的下方，所述驱动马达与所述滚筒连接，所述驱动马达用于驱动所述滚筒卷动所述传送席；

所述传送席上表面用于铺设模拟可变地层的砂层；

在所述传送席穿过固定在不同碰撞角度位置的卡槽的情况下，所述碰撞角改变。

2.根据权利要求1所述的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置，其特征在于，所述传送席的摩擦系数基于所述底座上表面的摩擦系数确定。

3.根据权利要求1所述的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置，其特征在于，所述卡槽用于穿过所述传送席，以确定所述碰撞角。

4.根据权利要求1所述的板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置，其特征在于，所述砂层下铺设有硅胶，所述硅胶为模拟塑性滑脱层的材料。

5.一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述板块俯冲变形的影响因素物理模拟装置，包括：

6.一种板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析装置，其特征在于，包括：

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求5所述板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法。

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5所述板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5所述板块俯冲变形的影响因素物理模拟分析方法。