CN115620605A - 地质构造变形物理模拟实验装置和实验方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种地质构造变形物理模拟实验装置和实验方法，属于地质构造变形领域。地质构造变形物理模拟实验装置包括方形的底板、第一固定挡板、第二固定挡板、第三固定挡板、活动挡板和第一切割刀。第一固定挡板与第一表面连接；第二固定挡板与第一固定挡板相对且平行，第二固定挡板与第一表面可拆卸地连接；第三固定挡板位于第一固定挡板和第二固定挡板之间；活动挡板与第三固定挡板相对，活动挡板与第一表面可滑动地连接；第一切割刀的长度等于第一固定挡板与第二固定挡板之间的距离；第一固定挡板的表面具有间隔排布的多个第一通槽，第一通槽用于放入第一切割刀的一端。

Description

地质构造变形物理模拟实验装置和实验方法

技术领域

本公开涉及地质构造变形领域，特别涉及一种地质构造变形物理模拟实验装置和实验方法。

背景技术

地质构造变形物理模拟实验是用于模拟地质过程的构造变形的一种实验，可用于了解地质过程的构造变形的特点。地质构造变形物理模拟实验被广泛应用于板块构造和含油气盆地构造研究当中，通过该实验来模拟实际地质过程的构造变形，是动态研究复杂构造变形过程及其机理的重要手段，也是定量分析和评价含油气构造圈闭形成和演化的重要方法。

相关技术中，地质构造变形物理模拟实验装置包括透明的砂箱和相机，砂箱的顶端开口，相机位于砂箱的侧面，砂箱中铺设模拟地层(一般为砂层)，在实验过程中，相机通过拍照的方式记录模拟地层的剖面的变形过程。

但是，通过相机得到的图像中的坡面是与砂箱侧壁接触的面，模拟地层与砂箱侧壁之间存在摩擦力，使得该剖面的构造变形与实际的构造变形的结构存在一定的差异，影响实验的准确性。

发明内容

本公开实施例提供了一种地质构造变形物理模拟实验装置和实验方法，可以提高实验的准确性。所述技术方案如下：

一方面，本公开提供了一种地质构造变形物理模拟实验装置，所述地质构造变形物理模拟实验装置包括：方形的底板，具有第一表面，所述第一表面具有四个侧边；第一固定挡板，所述第一固定挡板的一个侧面与所述第一表面连接，所述第一固定挡板位于所述四个侧边中的第一个侧边，所述第一个侧边沿第一方向延伸；第二固定挡板，与所述第一固定挡板相对且平行，所述第二固定挡板的一个侧面与所述第一表面可拆卸地连接，所述第二固定挡板位于所述四个侧边中的第二个侧边；第三固定挡板，位于所述第一固定挡板和所述第二固定挡板之间，所述第三固定挡板的相对的两个侧面分别与所述第一固定挡板和所述第二固定挡板可拆卸地连接，所述第三固定挡板的另一个侧面与所述第一表面可拆卸地连接，所述第三固定挡板位于所述四个侧边中的第三个侧边；活动挡板，与所述第三固定挡板相对，所述活动挡板位于所述第一固定挡板和所述第二固定挡板之间，所述活动挡板的一个侧面与所述第一表面可滑动地连接，所述活动挡板的滑动方向与所述第一方向平行；第一切割刀，所述第一切割刀的长度等于所述第一固定挡板与所述第二固定挡板之间的距离；其中，所述活动挡板、所述第一固定挡板、所述第二固定挡板、所述第三固定挡板和所述底板构成一个具有开口的容纳腔体，所述第一固定挡板与所述第二固定挡板相对的表面具有间隔排布的多个第一通槽，所述第一通槽的长度方向与所述第一表面垂直，所述第一通槽用于放入所述第一切割刀的一端。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述第一表面具有两条凸字型通槽，所述两条凸字型通槽的长度方向相互垂直，且相互连通，所述两条凸字型通槽分别位于所述第二个侧边和所述第三个侧边；所述第二固定挡板与所述第一表面连接的侧面，以及所述第三固定挡板与所述第一表面连接的侧面均具有一条凸字型凸起，所述第二固定挡板和所述第三固定挡板上的凸字型凸起分别位于所述两条凸字型通槽中。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述两条凸字型通槽的底面均具有第一密封橡胶条，所述第一密封橡胶条与所述凸字型凸起贴合，所述第一密封橡胶条的长度方向与所在的凸字型通槽的长度方向相同。

在本公开实施例的一种实现方式中，在垂直于所述第一表面的方向上，所述活动挡板的高度大于所述第一固定挡板的高度，所述活动挡板的高度大于所述第二固定挡板的高度，所述地质构造变形物理模拟实验装置还包括：套板，套设在所述活动挡板远离所述底板的一端上，且与所述活动挡板可拆卸地连接，所述套板朝向所述第三固定挡板的表面上具有间隔排布的多个第二通槽，所述第二通槽的长度方向与所述第一表面垂直；第二切割刀，所述第二切割刀的长度等于试验时所述第三固定挡板与所述活动挡板之间的距离，所述第二通槽用于放入所述第二切割刀的一端。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述套板远离所述底板的侧面上具有第一标尺。

在本公开实施例的一种实现方式中，在垂直于所述第一表面的方向上，所述第一固定挡板的高度等于所述第二固定挡板的高度，所述套板的高度值等于所述活动挡板的高度与所述第一固定挡板的高度的差值。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述活动挡板与所述第一固定挡板和所述第二固定挡板相对的两个侧面上均具有至少一个第三通槽，所述第三通槽的长度方向与所述第一表面垂直，所述第三通槽的宽度大于所述第一通槽的宽度，所述地质构造变形物理模拟实验装置还包括：第二橡胶垫，位于所述第三通槽内且与所述第三通槽的底面贴合，且与所述第一固定挡板或所述第二固定挡板贴合，所述第二橡胶垫的长度方向与所述第三通槽的长度方向相同。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述第二固定挡板和所述第三固定挡板均为透明挡板。

在本公开实施例的一种实现方式中，所述第二固定挡板的侧边上具有第二标尺，所述第二标尺的长度方向垂直于第一表面。

另一方面，在本公开提供了一种地质构造变形物理模拟实验方法，所述实验方法应用于上述所述的地质构造变形物理模拟实验装置，所述方法包括：向所述容纳腔体中铺设砂层，得到实验模型；沿所述第一方向移动所述活动挡板，使所述活动挡板挤压所述实验模型，得到变形后的实验模型；向所述变形后的实验模型中注入胶结液体，得到胶结后的实验模型；采用所述第一切割刀沿所述第一通槽的长度方向切割所述胶结后的实验模型，得到两个切割后的实验模型；将所述第二固定挡板和所述第三固定挡板拆除，并从切割处将两个切割后的实验模型分开，将所述两个切割后的实验模型的相对面作为实验剖面；基于所述实验剖面确定地质构造变形的特点。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

在使用本公开实施例提供的地质构造变形物理模拟实验装置时，先向容纳腔体中铺设砂层，得到实验模型；然后沿第一方向移动活动挡板，使活动挡板挤压实验模型，得到变形后的实验模型；再向变形后的实验模型中注入胶结液体，得到胶结后的实验模型；然后采用第一切割刀切割胶结后的实验模型；再将第二固定挡板和第三固定挡板拆除，并从切割处将两个切割后的实验模型分开，将两个切割后的实验模型的相对面作为实验剖面；最后观察实验剖面来研究地质的构造变形。由于实验剖面是通过切割得到的，该实验剖面位于实验模型的内部，与挡板无接触，不存在摩擦力的作用，所以挡板不会影响实验模型的模拟过程，可以提高实验的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种地质构造变形物理模拟实验装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的一种第一切割刀的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的一种底板的侧视图；

图4是本公开实施例提供的一种地质构造变形物理模拟实验方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1是本公开实施例提供的一种地质构造变形物理模拟实验装置的结构示意图。参见图1，地质构造变形物理模拟实验装置包括：方形的底板10、第一固定挡板20、第二固定挡板30、第三固定挡板40、活动挡板50。底板10具有第一表面101，第一表面101具有四个侧边102。第一固定挡板20的一个侧面与第一表面101连接，第一固定挡板20位于四个侧边102中的第一个侧边121，第一个侧边121沿第一方向a延伸。第二固定挡板30与第一固定挡板20相对且平行，第二固定挡板30的一个侧面与第一表面101可拆卸地连接，第二固定挡板30位于四个侧边102中的第二个侧边122。第三固定挡板40位于第一固定挡板20和第二固定挡板30之间，第三固定挡板40的相对的两个侧面分别与第一固定挡板20和第二固定挡板30可拆卸地连接，第三固定挡板40的另一个侧面与第一表面101可拆卸地连接，第三固定挡板40位于四个侧边102中的第三个侧边123，第三个侧边123沿第二方向b延伸。活动挡板50与第三固定挡板40相对，活动挡板50位于第一固定挡板20和第二固定挡板30之间，活动挡板50的一个侧面与第一表面101可滑动地连接。

图2是本公开实施例提供的一种第一切割刀的结构示意图。参见图2，地质构造变形物理模拟实验装置还包括：第一切割刀200。第一切割刀200的长度L7等于第一固定挡板20与第二固定挡板30之间的距离。

其中，活动挡板50的滑动方向与第一方向a平行。活动挡板50、第一固定挡板20、第二固定挡板30、第三固定挡板40和底板10构成一个具有开口的容纳腔体100，第一固定挡板20与第二固定挡板30相对的表面具有间隔排布的多个第一通槽201，第一通槽201的长度方向与第一表面101垂直，第一通槽201的长度方向为第三方向c。第一通槽201用于放入第一切割刀200的一端。

在使用本公开实施例提供的地质构造变形物理模拟实验装置时，先向容纳腔体中铺设砂层，得到实验模型；然后沿第一方向移动活动挡板，使活动挡板挤压实验模型，得到变形后的实验模型；再向变形后的实验模型中注入胶结液体，得到胶结后的实验模型；然后采用第一切割刀切割胶结后的实验模型；再将第二固定挡板和第三固定挡板拆除，并从切割处将两个切割后的实验模型分开，将两个切割后的实验模型的相对面作为实验剖面；最后观察实验剖面来研究地质的构造变形。由于实验剖面是通过切割得到的，该实验剖面位于实验模型的内部，与挡板无接触，不存在摩擦力的作用，所以挡板不会影响实验模型的模拟过程，可以提高实验的准确性。

本公开实施例提供的地质构造变形物理模拟实验装置，在实验时可以对实验模型进行多个切割，得到多个实验剖面，从而可以观测实验模型内部的多个实验剖面，对多个实验剖面进行分析，减小偶然性误差，进一步提高实验的准确性。

再次参见图1，多个第一通槽201沿第一方向a排布，第一固定挡板20远离底板10的侧面上具有第三标尺110。第三标尺110的长度方向与第一方向a平行。

在第一固定挡板20的侧面上布置第三标尺110，方便工作人员在切割时观测距离，根据实际需求选择相邻两个实验剖面之间的距离。

如图1所示，容纳腔体100为长方体的腔体，容纳腔体100的长L1的取值范围为30厘米(cm)至40厘米，容纳腔体100的宽L2的取值范围为25厘米至35厘米，容纳腔体100的高L3的取值范围为10厘米至15厘米。其中容纳腔体100的长L1为容纳腔体100在第一方向a上的尺寸，容纳腔体100的宽L2为容纳腔体100在第二方向b上的尺寸，第二方向b与第一方向a垂直，容纳腔体100的高L3为容纳腔体100在第三方向c上的尺寸，第一方向a、第二方向b和第三方向c两两相互垂直。

在本公开实施例中，由于活动挡板50可沿第一方向a滑动，所以容纳腔体100的长L1是可变的。当第一固定挡板20与第二固定挡板30位置确定后，容纳腔体100的宽L2就固定了。第一固定挡板20、第二固定挡板30和第三固定挡板40的高固定后，容纳腔体100的高L3的也固定了。例如，容纳腔体100的宽L2为30厘米，容纳腔体100的高L3为13厘米。其中容纳腔体100的宽L2不包含第一通槽201的深度。

在本公开实施例中，当容纳腔体100的宽L2为30厘米时，第一切割刀200的长度L7为30厘米。

再次参见图1，第一表面101具有两条凸字型通槽103，两条凸字型通槽103的长度方向相互垂直，且相互连通。两条凸字型通槽103分别位于第二个侧边122和第三个侧边123。

图3是本公开实施例提供的一种底板的侧视图。第二固定挡板30与第一表面101连接的侧面具有一条凸字型凸起301，第二固定挡板30上的凸字型凸起301位于两条凸字型通槽103中的一条凸字型通槽103中。

在本公开实施例中，凸字型通槽103和凸字型凸起301相互配合，从凸字型通槽103的一端，将第二固定挡板30的凸字型凸起301插入凸字型通槽103中，然后滑动第二固定挡板30，将第二固定挡板30与底板10连接，当需要拆卸第二固定挡板30时，从凸字型通槽103中将第二固定挡板30的凸字型凸起301抽出即可。

在本公开实施例中，第三固定挡板40与第一表面101的连接方式和第二固定挡板30与第一表面101的连接方式相同，第三固定挡板40与第一表面101连接的侧面也具有一条凸字型凸起，该凸字型凸起位于两条凸字型通槽103中的另一条凸字型通槽103中。第三固定挡板40的结构与第二固定挡板30的结构相同，本公开并未示出。

在本公开实施例中，底板10的厚度D1的取值范围为1.5厘米至3.5厘米，保证底板10的稳固性。例如，底板10的厚度D1为2厘米。

在本公开实施例中，底板10的长度的取值范围为40厘米至45厘米。例如，底板10的长度为42厘米。

在本公开实施例中，底板10的宽度的取值范围为33厘米至40厘米。例如，底板10的宽度为35厘米。

在本公开实施例中，凸字型通槽103的深度L6的取值范围为0.5厘米至1厘米，例如，第一通槽201的深度为1厘米。

在本公开实施例中，第二固定挡板30的厚度D2的取值范围为0.5厘米至2厘米，例如，第二固定挡板30的厚度D2为1厘米。

在本公开实施例中，第三固定挡板40的厚度的取值范围为0.5厘米至2厘米，例如，第三固定挡板40的厚度为1厘米。

在本公开实施例中，由于第一固定挡板20的表面具有间隔排布的多个第一通槽201，所以第一固定挡板20的厚度较厚，保证第一固定挡板20的强度。第一固定挡板20的厚度的取值范围在1.5厘米至3.5厘米之间，例如，第一固定挡板20的厚度为2厘米。

在本公开实施例中，第一通槽201的深度的取值范围在0.5厘米至1.5厘米之间，例如第一通槽201的深度为1.0厘米。第一通槽201的深度为第一通槽201的底面与第一固定挡板20的表面之间的距离。

再次参见图1，凸字型通槽103的底面具有第一密封橡胶条104。第一密封橡胶条104与凸字型凸起301贴合。其中，第一密封橡胶条104的长度方向与凸字型通槽103的长度方向相同。

在本公开实施例中，由于在实验完成后，需要向实验模型中公主入胶结液体，胶结液体可能会从凸字型通槽103中溢出，不便于清理。在凸字型通槽103中布置第一密封橡胶条104，使得胶结液体无法从凸字型通槽103中溢出。

在本公开实施例中，第一固定挡板20的高度等于第二固定挡板30的高度，且均等于容纳腔体100的高L3。

在本公开实施例中，在垂直于第一表面101的方向上，活动挡板50的高度L4大于第一固定挡板20的高度。

在本公开实施例中，由于活动挡板50与底板10之间可滑动连接，活动挡板50的高度L4大于第一固定挡板20的高度，可以将活动挡板50高出的部分与驱动装置连接，来驱动活动挡板50滑动。

在本公开实施例中，活动挡板50与驱动装置的驱动轴连接，驱动装置通过驱动轴带动活动挡板50移动，更加方便。同时活动挡板50与驱动轴连接，便于活动挡板50的固定。

示例性地，驱动装置可以为定速马达，定速马达上具有将转动转为直线移动的装置，从而驱动活动挡板50的滑动。

在本公开实施例中，活动挡板50的滑动速度的范围为0.001毫米每秒(mm/s)至0.03毫米每秒。一次实验中，活动挡板50滑动的时间范围在5小时(h)至30小时。

在本公开实施例中，活动挡板50的长度略小于容纳腔体100的宽L2，便于活动挡板50滑动。例如活动挡板50的长度为29.9厘米。

在本公开实施例中，活动挡板50的高度L4在18厘米至23厘米之间，例如，活动挡板50的高度L4为20厘米。

再次参见图1，地质构造变形物理模拟实验装置还包括：套板60。套板60套设在活动挡板50远离底板10的一端上，且与活动挡板50可拆卸地连接，套板60朝向第三固定挡板40的表面上具有间隔排布的多个第二通槽601，第二通槽601的长度方向与第一表面101垂直。其中，地质构造变形物理模拟实验装置还包括第二切割刀，第二切割刀的长度等于试验时第三固定挡板40与活动挡板50之间的距离，第二通槽601用于放入所述第二切割刀的一端。

在本公开实施例中，将第一切割刀200插入第一通槽201内得到的实验剖面与第二方向b平行，为了提供实验的准确性，还需要观察其他方向上的实验剖面。本公开实施例提供的地质构造变形物理模拟实验装置布置套板60，在套板60朝向第三固定挡板40的表面上具有间隔排布的多个第二通槽601，在实验完成后，采用第二切割刀沿第二通槽601的长度方向切割胶结后的实验模型，得到的实验剖面与第一方向a平行，这样就可以了解实验模型中的多个实验剖面，提高实验的准确性。

在本公开实施例中，第二切割刀的长度可以等于34厘米。

在本公开实施例中，第二通槽601的深度在0.8厘米至1.2厘米之间，例如，第二通槽601的深度为1.0厘米。

在本公开实施例中，相邻两个第二通槽601之间的距离在0.8厘米至1.2厘米之间，例如第二通槽601的深度为1.0厘米。

在本公开实施例中，试验时第三固定挡板40与活动挡板50之间的距离是指得到胶结后的实验模型时第三固定挡板40与活动挡板50之间的距离。

再次参见图3，第一切割刀200包括刀片2001和刀柄2002，刀片2001用于切割，刀柄2002用于把握。刀片2001的高度H1略大于容纳腔体100的高L3，保证将刀片2001插入实验模型后刀片2001有一定的突出量，此时可以通过稍微晃动第一切割刀200将两个切割后的实验模型分开。第一切割刀200能够对实验模型切割一次到位，确保实验剖面质量。

在本公开实施例中，刀片2001的高度H1的取值范围为13厘米至20厘米。例如，刀片2001的高度H1为15厘米。

在本公开实施例中，刀柄2002的高度H2的取值范围为3厘米至5厘米。例如，刀柄2002的高度H2为4厘米。

在本公开实施例中，刀柄2002的长度L8的取值范围为15厘米至20厘米。例如，刀柄2002的长度L8为18厘米。

其中，第二切割刀的结构与第一切割刀200的结构相同，只是尺寸不同，本公开不再赘述。

再次参见图1，多个第二通槽601沿第二方向b排布，套板60远离底板10的侧面上具有第一标尺70。第三标尺110的长度方向与第二方向b平行。

在本公开实施例中，在套板60远离底板10的侧面上布置第一标尺70，方便工作人员在切割时观测距离，根据实际需求选择相邻两个实验剖面之间的距离。

在本公开实施例中，在垂直于第一表面101的方向上，也即第三方向c上，第一固定挡板20的高度等于第二固定挡板30的高度，套板60的高度值等于活动挡板50的高度与第一固定挡板20的高度的差值。可以保证第二通槽601的长度足够长，避免在切割时第二切割刀倾斜，影响实验剖面的质量。

在本公开实施例中，套板60的高度等于5厘米。

在本公开实施例中，套板60的厚度在1.8厘米至2.5厘米之间。例如，套板60的厚度为2厘米。

在本公开实施例中，套板60为中具有腔体，该腔体中一个侧壁的厚度在0.1厘米至0.5厘米之间。例如，侧壁的厚度为0.3厘米。

再次参见图1，活动挡板50与第一固定挡板20和第二固定挡板30相对的两个侧面上均具有至少一个第三通槽501，第三通槽501的长度方向与第一表面101垂直，地质构造变形物理模拟实验装置还包括：第二橡胶垫80，第二橡胶垫80位于第三通槽501内与第三通槽501的底面贴合，且与第一固定挡板20或第二固定挡板30贴合，第二橡胶垫80的长度方向与第三通槽501的长度方向相同。

在本公开实施例中，在实验过程中，胶结液体可能会从活动挡板50与第一固定挡板20的连接处，以及活动挡板50第二固定挡板30溢出，在活动挡板50与第一固定挡板20和第二固定挡板30相对的两个侧面上布置第三通槽501，第二橡胶垫80位于第三通槽501内，使得胶结液体无法从活动挡板50与第一固定挡板20的连接处，以及活动挡板50第二固定挡板30溢出，避免影响实验结果。

在本公开实施例中，第二橡胶垫80的宽度等于第三通槽501的宽度，第三通槽501的宽度大于第一通槽201的宽度，这样在活动挡板50移动时，第二橡胶垫80不会进入第一通槽201中，影响活动挡板50的移动。

示例性地，第三通槽501的宽度在0.3厘米至0.6厘米之间。例如第三通槽501的宽度为0.5厘米。

示例性地，第一通槽201的宽度在0.05厘米至0.15厘米之间。例如第一通槽201的宽度为0.1厘米。

在本公开实施例中，相邻第一通槽201之间的距离在0.5厘米至1.5厘米之间。例如相邻第一通槽201之间的距离为1.0厘米。

为保证第三通槽501的宽度能够在0.3厘米至0.6厘米之间。活动挡板50的厚度会大于第一固定挡板20、第二固定挡板30和第三固定挡板40的厚度。示例性地，活动挡板50的厚度的取值范围为1.8厘米至3厘米，例如活动挡板50的厚度为2厘米。

在本公开实施例中，第二固定挡板30和第三固定挡板40均为透明挡板。

在本公开实施例中，由于实验的时间较长，将第二固定挡板30和第三固定挡板40布置为透明挡板，在实验的过程中，可以在第二固定挡板30和第三固定挡板40的前方设置高清相机、粒子成像测速(Particle Image Velocimetry，PIV)仪等记录设备，对实验过程中实验模型的变化进行记录，便于后续的分析。

示例性地，第二固定挡板30和第三固定挡板40可以为透明塑料挡板，塑料的摩擦系数小，避免影响实验。

在本公开实施例中，第一固定挡板20、活动挡板50和底板10均可以采用透明的材质制作。例如，透明塑料。

再次参见图1，第二固定挡板30的侧边上具有第二标尺90，第二标尺90的长度方向垂直于第一表面101。方便工作人员在实验时观测实验模型在第三方向c上的变化过程。

再次参见图1，第二固定挡板30远离底板的侧边上具有第四标尺120，第四标尺120的长度方向与第二方向b平行。方便工作人员在实验时观测实验模型在第二方向b上的变化过程。

在可拆卸的第二固定挡板30的边缘设置水平长度标尺(第四标尺120)和竖直长度标尺(第二标尺90)，铺设模拟材料和观测变形量时用作距离参考。

再次参见图1，第一固定挡板20与第二固定挡板30的连接处布置有密封橡胶140，使得液体无法从第一固定挡板20与第二固定挡板30的连接处溢出，避免影响实验结果。

再次参见图1，第二固定挡板30与第三固定挡板40的连接处布置有密封橡胶140，使得液体无法从第二固定挡板30与第三固定挡板40的连接处溢出，避免影响实验结果。

再次参见图1，第一固定挡板20与第二固定挡板30可以通过螺栓150连接，第二固定挡板30与第三固定挡板40可以通过螺栓150连接。

本公开实施例提供的地质构造变形物理模拟装置，能够在构造物理模拟砂箱内部的任意位置，以固定间隔距离完好地切割出模型剖面，便于观测模型内部真实精细的构造特征，切割位置可控，形成的实验剖面清晰直观，操作简单便捷。所得实验剖面与三维地震剖面等其它地质资料可作对比分析，为研究构造演化机理、助推油气勘探生产提供必要的参考依据。本公开实施例提供的地质构造变形物理模拟装置课用于获得实验模型内部不同位置的精细构造变形特征，相比于传统的装置获取的实验剖面，更具真实性、直观性和多样性。

图4是本公开实施例提供的一种地质构造变形物理模拟实验方法的流程图。改实验方法应用于上述地质构造变形物理模拟实验装置，参见图4，实验方法包括：

在步骤S41中，向容纳腔体中铺设砂层，得到实验模型。

在本公开实施例中，砂层可以是石英砂，松散的石英砂等颗粒材料与天然岩石具有相似的应力-应变规律，可模拟实际地层变形。

示例性地，构造物理模拟使用不同粒径的石英砂、微玻璃珠等颗粒材料，具有一定的孔隙度和渗透率，含水后水分子与砂粒之间形成拉张力，增加了砂粒之间的内聚力，使砂层处于塑性较强的半固结状态。

在步骤S42中，沿第一方向移动活动挡板，使活动挡板挤压实验模型，得到变形后的实验模型。

示例性地，可以通过驱动装置带动活动挡板移动。

示例性地，在本公开实施例中，活动挡板的滑动速度的范围为0.001毫米每秒至0.03毫米每秒。一次实验中，活动挡板滑动的时间范围在5小时至30小时。

在本公开实施例中，该方法还包括：

在变形后的实验模型顶面覆盖与顶层不同颜色的砂层作为保护层并以示区分，而后覆盖纸巾以防止注水或切割时破坏内部的变形样式。

在步骤S43中，向变形后的实验模型中注入胶结液体，得到胶结后的实验模型。

示例性地，胶结液体可以是水或明胶。

在实验中存在非变形区或微变形区(例如砂箱末端的角落)，这些区域对实验的结果基本无影响，可以在非变形区缓慢注水直至水不再侵入顶部砂层。若实验模型中存在硅胶等不透水的模拟材料，可在不需要切割剖面的非变形区向下刺穿该材料，使水继续下渗。观测砂箱透明的底面和侧面，以检查砂层每一部分中的水是否完全饱和。

用纸巾吸干模型表面多余的水分，连同之前放在顶面的纸巾一起去除。

在步骤S44中，采用第一切割刀沿第一通槽的长度方向切割胶结后的实验模型，得到两个切割后的实验模型。

选择需要观测的剖面方向，先将第一切割刀插入距离该方向可拆卸固定挡板最近的凹槽。

在步骤S45中，将第二固定挡板和第三固定挡板拆除，并从切割处将两个切割后的实验模型分开，将两个切割后的实验模型的相对面作为实验剖面。

第一切割刀切入模型后方可卸下第二固定挡板和第三固定挡板，以确保模型不会因为拆卸挡板而被损坏。移动第一切割刀将切除的残余砂体向模型外侧刮走，由此得到模型内部第一个剖面，用第一切割刀沿凹槽依次向后切割，可获得模型内部不同位置的剖面，由此观测到模型内部真实精细的构造特征。

示例性地，该方法还包括：采用第二切割刀沿第二方向对实验模型进行切割，得到其他的实验剖面。

在步骤S46中，基于实验剖面确定地质构造变形的特点。

在本公开实施中，可以用相机记录每一个剖面的图像，然后在绘图软件上绘制该剖面，观测每一个剖面上的褶皱和断层的变化趋势，从而去确定出地质构造变形的特点。

示例性地，该绘图软件为CorelDraw。

由于实验剖面是通过切割得到的，该实验剖面位于实验模型的内部，与挡板无接触，不存在摩擦力的作用，所以挡板不会影响实验模型的模拟过程，可以提高实验的准确性。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，所述地质构造变形物理模拟实验装置包括：

方形的底板(10)，具有第一表面(101)，所述第一表面(101)具有四个侧边(102)；

第一固定挡板(20)，所述第一固定挡板(20)的一个侧面与所述第一表面(101)连接，所述第一固定挡板(20)位于所述四个侧边(102)中的第一个侧边(121)，所述第一个侧边(121)沿第一方向延伸；

第二固定挡板(30)，与所述第一固定挡板(20)相对且平行，所述第二固定挡板(30)的一个侧面与所述第一表面(101)可拆卸地连接，所述第二固定挡板(30)位于所述四个侧边(102)中的第二个侧边(122)；

第三固定挡板(40)，位于所述第一固定挡板(20)和所述第二固定挡板(30)之间，所述第三固定挡板(40)的相对的两个侧面分别与所述第一固定挡板(20)和所述第二固定挡板(30)可拆卸地连接，所述第三固定挡板(40)的另一个侧面与所述第一表面(101)可拆卸地连接，所述第三固定挡板(40)位于所述四个侧边(102)中的第三个侧边(123)；

活动挡板(50)，与所述第三固定挡板(40)相对，所述活动挡板(50)位于所述第一固定挡板(20)和所述第二固定挡板(30)之间，所述活动挡板(50)的一个侧面与所述第一表面(101)可滑动地连接，所述活动挡板(50)的滑动方向与所述第一方向平行；

第一切割刀(200)，所述第一切割刀(200)的长度等于所述第一固定挡板(20)与所述第二固定挡板(30)之间的距离；

其中，所述活动挡板(50)、所述第一固定挡板(20)、所述第二固定挡板(30)、所述第三固定挡板(40)和所述底板(10)构成一个具有开口的容纳腔体(100)，所述第一固定挡板(20)与所述第二固定挡板(30)相对的表面具有间隔排布的多个第一通槽(201)，所述第一通槽(201)的长度方向与所述第一表面(101)垂直，所述第一通槽(201)用于放入所述第一切割刀(200)的一端。

2.根据权利要求1所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，所述第一表面(101)具有两条凸字型通槽(103)，所述两条凸字型通槽(103)的长度方向相互垂直，且相互连通，所述两条凸字型通槽(103)分别位于所述第二个侧边(122)和所述第三个侧边(123)；

所述第二固定挡板(30)与所述第一表面(101)连接的侧面，以及所述第三固定挡板(40)与所述第一表面(101)连接的侧面均具有一条凸字型凸起(301)，所述第二固定挡板(30)和所述第三固定挡板(40)上的凸字型凸起(301)分别位于所述两条凸字型通槽(103)中。

3.根据权利要求2所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，所述两条凸字型通槽(103)的底面均具有第一密封橡胶条(104)，所述第一密封橡胶条(104)与所述凸字型凸起(301)贴合，所述第一密封橡胶条(104)的长度方向与所在的凸字型通槽(103)的长度方向相同。

4.根据权利要求1至3任一项所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，在垂直于所述第一表面(101)的方向上，所述活动挡板(50)的高度大于所述第一固定挡板(20)的高度，所述活动挡板(50)的高度大于所述第二固定挡板(30)的高度，所述地质构造变形物理模拟实验装置还包括：

套板(60)，套设在所述活动挡板(50)远离所述底板(10)的一端上，且与所述活动挡板(50)可拆卸地连接，所述套板(60)朝向所述第三固定挡板(40)的表面上具有间隔排布的多个第二通槽(601)，所述第二通槽(601)的长度方向与所述第一表面(101)垂直；

第二切割刀，所述第二切割刀的长度等于试验时所述第三固定挡板(40)与所述活动挡板(50)之间的距离，所述第二通槽(601)用于放入所述第二切割刀的一端。

5.根据权利要求4所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，所述套板(60)远离所述底板(10)的侧面上具有第一标尺(70)。

6.根据权利要求4所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，在垂直于所述第一表面(101)的方向上，所述第一固定挡板(20)的高度等于所述第二固定挡板(30)的高度，所述套板(60)的高度值等于所述活动挡板(50)的高度与所述第一固定挡板(20)的高度的差值。

7.根据权利要求1至3任一项所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，所述活动挡板(50)与所述第一固定挡板(20)和所述第二固定挡板(30)相对的两个侧面上均具有至少一个第三通槽(501)，所述第三通槽(501)的长度方向与所述第一表面(101)垂直，所述第三通槽(501)的宽度大于所述第一通槽(201)的宽度，所述地质构造变形物理模拟实验装置还包括：

第二橡胶垫(80)，位于所述第三通槽(501)内与所述第三通槽(501)的底面贴合，且与所述第一固定挡板(20)或所述第二固定挡板(30)贴合，所述第二橡胶垫(80)的长度方向与所述第三通槽(501)的长度方向相同。

8.根据权利要求1至3任一项所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，所述第二固定挡板(30)和所述第三固定挡板(40)均为透明挡板。

9.根据权利要求1至3任一项所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，所述第二固定挡板(30)的侧边上具有第二标尺(90)，所述第二标尺(90)的长度方向垂直于第一表面(101)。

10.一种地质构造变形物理模拟实验方法，所述实验方法应用于权利要求1至9任一项所述的地质构造变形物理模拟实验装置，其特征在于，所述方法包括：

向所述容纳腔体中铺设砂层，得到实验模型；

沿所述第一方向移动所述活动挡板，使所述活动挡板挤压所述实验模型，得到变形后的实验模型；

向所述变形后的实验模型中注入胶结液体，得到胶结后的实验模型；

采用所述第一切割刀沿所述第一通槽的长度方向切割所述胶结后的实验模型，得到两个切割后的实验模型；

将所述第二固定挡板和所述第三固定挡板拆除，并从切割处将两个切割后的实验模型分开，将所述两个切割后的实验模型的相对面作为实验剖面；

基于所述实验剖面确定地质构造变形的特点。

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