專利名稱：地質(zhì)斷層模擬形成實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬地質(zhì)構(gòu)造中斷層形成的裝置，尤其是一種地質(zhì) 斷層模擬形成實(shí)驗(yàn)裝置。二、背景技術(shù)斷層形成模擬實(shí)驗(yàn)是研究斷裂帶地質(zhì)構(gòu)造的一種有效方法，是幫助 地質(zhì)學(xué)家研究地層變形過程和斷層形成機(jī)制的重要手段。目前，地質(zhì)構(gòu)造模擬中所用的構(gòu) 造模擬實(shí)驗(yàn)裝置是根據(jù)相似性原理，通過控制運(yùn)動或力對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行變形實(shí)驗(yàn)，模擬或 反演斷層等地質(zhì)成因的設(shè)備，設(shè)備主體多采用砂箱等實(shí)驗(yàn)容器，通過在砂箱內(nèi)鋪設(shè)多層不 同目數(shù)的實(shí)驗(yàn)材料來模擬構(gòu)造形成過程，研究地質(zhì)構(gòu)造的成因和演化機(jī)理，對地質(zhì)構(gòu)造的 成因進(jìn)行定性和定量分析。一般的斷層形成模擬設(shè)備，只能通過對砂箱內(nèi)的砂體進(jìn)行動力 加載實(shí)現(xiàn)構(gòu)造樣式形式上的斷層模擬，所用材料為散狀的石英砂，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際斷層構(gòu) 造有很大差異，無法準(zhǔn)確解釋斷層對油氣運(yùn)移控藏的作用，限制了地質(zhì)家采用實(shí)驗(yàn)手段來 分析實(shí)際地質(zhì)現(xiàn)象，造成了理論與實(shí)驗(yàn)的脫節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前斷層無法實(shí)現(xiàn)對有一定朔性實(shí)驗(yàn)材料和拉張應(yīng)力加 載的問題，本發(fā)明重點(diǎn)研制了斷層形成模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可以模擬單一斷層和組合斷層的形 成、發(fā)育過程，對具有一定粘性和朔性的實(shí)驗(yàn)材料施加應(yīng)力加載可以模擬斷層的形成過程， 縮小實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造的差異，同時為地質(zhì)家分析和研究斷層對油氣運(yùn)移控藏的作 用提供技術(shù)手段和實(shí)驗(yàn)平臺。是可以模擬不同斷面產(chǎn)狀的斷層形成、發(fā)育和最終形態(tài)的實(shí) 驗(yàn)裝置。其技術(shù)方案是實(shí)驗(yàn)材料通過裝載到由組合模板和臺面、蓋板組成的動態(tài)密閉容器 中，外圍根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求連接不同動力加載單元，組合模板根據(jù)需要可聯(lián)接不同 的三角形插頭模塊，三角形插頭設(shè)計(jì)成不同傾角的運(yùn)動結(jié)合面，當(dāng)動力加載時，組合模板在 動力單元的推力和運(yùn)動結(jié)合面的約束下，沿結(jié)合面運(yùn)動實(shí)現(xiàn)斷層在地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力下的動態(tài) 模擬。組合推板是由不同的標(biāo)準(zhǔn)模塊積木式拼接而成，可在任意位置聯(lián)結(jié)三角形插頭實(shí)現(xiàn) 不同斷層模擬的要求，從而達(dá)到對單一斷層和組合斷層的形成、發(fā)育過程的模擬目的。地質(zhì)斷層模擬形成實(shí)驗(yàn)裝置包括動力加載單元、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)、可調(diào)高度 式墊塊裝置、可移動側(cè)板支撐裝置、臺體固定基座，動力加載單元包括右、左動力單元、手動 動力加載裝置、電動缸、支撐滾輪、導(dǎo)向滑槽，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)由上組合推板、下組合推 板、左側(cè)邊板、右側(cè)邊板、前觀測面板模型底部托板圍成的動態(tài)密閉填裝區(qū)，可調(diào)高度式墊 塊裝置由滾輪、手搖輪、絲杠、導(dǎo)向光杠、螺母墊片、導(dǎo)向套、支撐基座、螺栓聯(lián)接組成，可移 動側(cè)板支撐裝置由滾輪、鉸接結(jié)構(gòu)、側(cè)板支撐結(jié)構(gòu)等組成，外圍框架設(shè)有導(dǎo)向輪滑槽，滾輪 與導(dǎo)向輪滑槽相應(yīng)，側(cè)板支撐結(jié)構(gòu)通過鉸接結(jié)構(gòu)與側(cè)邊板聯(lián)接，上組合推板、下組合推板設(shè) 有導(dǎo)向滑槽，支撐滾輪與導(dǎo)向滑槽相應(yīng)。在上組合推板、下組合推板、左側(cè)邊板、右側(cè)邊板、 前觀測面板、模型底部托板圍成的動態(tài)密閉為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)，在右側(cè)邊板設(shè)有蝸輪 蝸桿旋轉(zhuǎn)裝置和手搖輪組成的手動加力裝置，在臺體固定基座上設(shè)有模型周轉(zhuǎn)車，模型周 轉(zhuǎn)車上設(shè)有液壓頂出缸，液壓頂出缸作用于模型底部托板。采用上述結(jié)構(gòu)以后，可以實(shí)現(xiàn)對 單一斷層和組合斷層的地質(zhì)模擬，對有一定朔性的實(shí)驗(yàn)材料可實(shí)現(xiàn)擠壓、拉張、彎扭等地質(zhì) 應(yīng)力的加載模擬，組合模板可任意積木式拼接，整體結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動靈活。四
附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意附圖2是本發(fā)明組合模板的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本發(fā)明動力單元的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本發(fā)明三角形插頭的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是本發(fā)明可調(diào)高度式墊塊裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是本發(fā)明可移動側(cè)板支撐裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖7是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。五具體實(shí)施例方式圖中1.臺體基座，2.右(左)動力單元，3.手動動力加載裝 置，4.電動缸，5.支撐滾輪，6.導(dǎo)向滑槽，7.左側(cè)邊板，8.臺面，9.外圍框架，10.可移動側(cè) 板支撐裝置，11.右側(cè)邊板，12.三角插頭，13.可拆裝式組合推板，14.上組合推板，15.下組 合推板，16.蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)裝置，17.手搖輪，18.前觀測面板，19.臺體固定基座，20.模型周 轉(zhuǎn)車，21.液壓頂出缸，22.模型底部拖板，23.聯(lián)接基座，24. “T”型螺栓，25.滾輪，26.燕 尾槽，27.矩形槽28.手搖輪，29.絲杠，30.導(dǎo)向光杠，31.螺母墊片，32.導(dǎo)向套，33.支撐 基座，34.螺栓聯(lián)接35.鉸接結(jié)構(gòu)，36側(cè)板支撐結(jié)構(gòu)，37.導(dǎo)向輪滑槽，38.板狀導(dǎo)向接觸面。如圖所示上組合推板14、下組合推板15、左側(cè)邊板7、右側(cè)邊板11、前觀測面板 18、模型底部托板22圍成的動態(tài)密閉為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)，試驗(yàn)前根據(jù)設(shè)計(jì)要求連接上 組合推板14和下組合推板15來確定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膮^(qū)域大小，將實(shí)驗(yàn)材料逐層添加到試驗(yàn)區(qū) 域中，蓋上前觀測面板18以便模擬斷層形成過程中觀測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的紀(jì)錄，當(dāng)上組合 推板14在電動缸4的動力加載下，將沿三角形插頭12的板狀導(dǎo)向接觸面37發(fā)生運(yùn)動，電 動缸4的推桿前端滾輪25在可拆裝式組合推板13的導(dǎo)向槽內(nèi)水平滑動，為讓出空間左側(cè) 邊板7將在電動缸的拉力下水平退讓，防止因模型變形出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)模擬斷層 在上覆巖壓作用下發(fā)生地質(zhì)構(gòu)造的動態(tài)過程?？刹逖b式組合模板由帶燕尾槽26和矩形槽27的基本模塊和三角形插頭12組成， 其中三角形插頭為動態(tài)式聯(lián)接可以沿接觸斜面滑動，起到導(dǎo)向和限制推板運(yùn)動方向的作 用，此種設(shè)計(jì)方案利用基本的組合單元可最大化的模擬不同大小的地質(zhì)模型，從而解決了 每一種斷層設(shè)計(jì)一種推板的問題，避免了材料的浪費(fèi)，推板的合理設(shè)計(jì)不僅可以靈活實(shí)現(xiàn) 地質(zhì)應(yīng)力場的模擬，而且還可以避免大量的重復(fù)浪費(fèi)，節(jié)省人力和物力。電動缸4和外圍框架9如何連接，既要避免動力運(yùn)行過程中的干涉，同時還要考慮 橫向的滑移，我們設(shè)計(jì)了帶“T”型螺栓24的可滑移式固定基座23，其組成為基座臺體23、 電動缸4、固定銷、滾輪25和連接緊固“T”型螺栓24組成，此結(jié)構(gòu)避免了在不同的位置使用 大量的螺釘聯(lián)結(jié)減小了工作量，方便實(shí)驗(yàn)的動力安裝和手動調(diào)整橫向鎖緊位置，同時在運(yùn) 動過程中，滾輪25可以在組合推板13滾動滑槽內(nèi)水平平移，位移量的大小根據(jù)電動缸4伸 出量和三角插頭12的傾角來自適應(yīng)調(diào)節(jié)。三角形插頭結(jié)構(gòu)由兩部分動態(tài)聯(lián)接而成組合使用，兩塊結(jié)構(gòu)為公母組合式設(shè)計(jì)， 每部分都有燕尾槽26和矩形槽27，分別聯(lián)接到標(biāo)準(zhǔn)模塊鎖緊固定。推板運(yùn)動時，左右兩部 分將沿板狀導(dǎo)向接觸面37發(fā)生運(yùn)動，其中斷面的角度設(shè)計(jì)保證了斷層傾角為30° 90°， 從而可以模擬緩坡和陡坡地帶的斷層形成和發(fā)育過程?？烧{(diào)高度式墊塊裝置由滾輪25、手搖輪28、絲杠29、導(dǎo)向光杠30、螺母墊片31、導(dǎo) 向套32、支撐基座33、螺栓聯(lián)接34等部件組成，此裝置的作用既可以作為手動加載單元配 合電動缸使用，滿足動力數(shù)目的 求，又可以作為固定模塊的聯(lián)接基座方便模板在臺面上不同位置的固定。當(dāng)人工手動轉(zhuǎn)動手搖輪28時，絲杠29可將扭矩轉(zhuǎn)換成推力推動支撐基 座33沿導(dǎo)向光杠30在導(dǎo)向套32內(nèi)向前端伸出，從而實(shí)現(xiàn)高度的調(diào)節(jié)，同時可調(diào)高度式墊 塊裝置可以沿外圍框架9的滑槽滑動通過“T”型螺栓24固定在外圍框架9上，以滿足不同 位置的固定要求。可移動側(cè)板支撐裝置滾輪25、鉸接結(jié)構(gòu)35、側(cè)板支撐結(jié)構(gòu)36等組成，滾輪25可沿 外圍框架9的導(dǎo)向輪滑槽37內(nèi)水平移動，側(cè)板支撐結(jié)構(gòu)36通過鉸接結(jié)構(gòu)35與側(cè)邊板11 聯(lián)接，側(cè)邊板11可實(shí)現(xiàn)臺面內(nèi)的沿鉸接結(jié)構(gòu)35的銷軸轉(zhuǎn)動，可移動側(cè)板支撐裝置的作用是 滿足在裝置整體沿旋轉(zhuǎn)軸90度翻轉(zhuǎn)時克服側(cè)邊板11的重力，起到支撐固定作用，同時滿足 在有些實(shí)驗(yàn)中側(cè)邊板11需要發(fā)生一定角度的偏轉(zhuǎn)功能。如圖7所示在上組合推板、下組合推板、左側(cè)邊板、右側(cè)邊板、前觀測面板18、模 型底部托板22圍成的動態(tài)密閉為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)，在右側(cè)邊板設(shè)有蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)裝 置16和手搖輪17組成的手動加力裝置，在臺體固定基座19上設(shè)有模型周轉(zhuǎn)車20，模型周 轉(zhuǎn)車20上設(shè)有液壓頂出缸21，液壓頂出缸21作用于模型底部托板22。
權(quán)利要求
一種地質(zhì)斷層模擬形成實(shí)驗(yàn)裝置，包括動力加載單元、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)、可調(diào)高度式墊塊裝置、可移動側(cè)板支撐裝置，臺體固定基座(19)其特征在于動力加載單元包括右、左動力單元(2)、手動動力加載裝置(3)、電動缸(4)、支撐滾輪(5)、導(dǎo)向滑槽(6)，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)由上組合推板(14)、下組合推板(15)、左側(cè)邊板(7)、右側(cè)邊板(11)、前觀測面板(18)模型底部托板(22)圍成的動態(tài)密閉填裝區(qū)，可調(diào)高度式墊塊裝置由滾輪(25)、手搖輪(28)、絲杠(29)、導(dǎo)向光杠(30)、螺母墊片(31)、導(dǎo)向套(32)、支撐基座(33)、螺栓聯(lián)接(34)組成，可移動側(cè)板支撐裝置由滾輪(25)、鉸接結(jié)構(gòu)(35)、側(cè)板支撐結(jié)構(gòu)(36)等組成，外圍框架(9)設(shè)有導(dǎo)向輪滑槽(37)，滾輪(25)與導(dǎo)向輪滑槽(37)相應(yīng)，側(cè)板支撐結(jié)構(gòu)(36)通過鉸接結(jié)構(gòu)(35)與側(cè)邊板(11)聯(lián)接，上組合推板(14)、下組合推板(15)設(shè)有導(dǎo)向滑槽(6)，支撐滾輪(5)與導(dǎo)向滑槽(6)相應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種模擬地質(zhì)構(gòu)造中斷層形成的裝置，提供一種可以模擬不同斷面產(chǎn)狀的斷層形成、發(fā)育和最終形態(tài)的實(shí)驗(yàn)裝置。其包括動力加載單元、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)、可調(diào)高度式墊塊裝置、可移動側(cè)板支撐裝置，在上組合推板、下組合推板、左側(cè)邊板、右側(cè)邊板、前觀測面板(18)、模型底部托板(22)圍成的動態(tài)密閉為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒牧咸钛b區(qū)，在右側(cè)邊板設(shè)有蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)裝置(16)和手搖輪(17)組成的手動加力裝置，在臺體固定基座(19)上設(shè)有模型周轉(zhuǎn)車(20)，模型周轉(zhuǎn)車(20)上設(shè)有液壓頂出缸(21)，液壓頂出缸(21)作用于模型底部托板(22)。采用上述結(jié)構(gòu)以后，可以實(shí)現(xiàn)對單一斷層和組合斷層的地質(zhì)模擬，對有一定朔性的實(shí)驗(yàn)材料可實(shí)現(xiàn)擠壓、拉張、彎扭等地質(zhì)應(yīng)力的加載模擬。
文檔編號G09B23/40GK101916523SQ201010246320
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者任旭虎, 單亦先, 楊磊, 王學(xué)軍, 王永詩, 石砥石, 郝雪峰, 隋風(fēng)貴 申請人:任旭虎