研究先存隐伏断层控制断拗结构变形的实验装置及方法与流程

本发明属于物理模拟以及构造地质学，尤其是涉及研究先存隐伏断层控制断拗结构变形的实验装置及方法。

背景技术：

1、断拗变形结构是在地壳构造演化过程中普遍发育的构造变形，广泛存在于沉积盆地中，其形成演化过程常受基底构造条件控制。特别是先存隐伏断层作为控制性构造因素，常在多期构造运动作用下发生活化作用，显著影响上覆地层的变形样式、断层发育及沉积响应，对于油气富集区带的识别与构造演化分析具有重要意义。然而，由于先存隐伏断层多处于基底深部，常被厚层覆盖地层所掩盖，难以通过地表观测或传统地震资料直接识别和精确刻画，其变形过程及对断拗结构演化的控制机制尚缺乏系统、直观的认识。

2、当前针对断拗结构的研究多依赖地震剖面和构造解释，但受限于地震资料分辨率和数据完整性，难以实现对断拗结构三维空间展布与变形演化过程的动态追踪。同时，已有的物理模拟实验装置普遍对于再现断拗结构变形细节方面存在局限。此外，实验过程中常缺乏高效、准确的分析手段，尤其是在粒子运动轨迹提取与变形过程可视化方面手段不足。

3、因此，迫切需要一种能够真实模拟先存隐伏断层控制的断拗结构变形过程的实验装置与方法，同时结合先进的图像处理技术对变形全过程进行综合分析。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是提供研究先存隐伏断层控制断拗结构变形的实验装置及方法，该方法通过构建一套结构合理、操作简便、可重复性强的物理模拟实验装置，结合粒子图像测速（piv）等技术手段，实现对先存隐伏断层控制断拗结构变形过程的动态模拟与精细化分析，为盆地构造研究与油气资源预测提供帮助。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：研究先存隐伏断层控制断拗结构变形的实验装置，包括固定台板，所述固定台板为方形板，所述固定台板一对平行边上垂直设置边界玻璃，所述固定台板另一对平行边上分别垂直设有第一挡板和第二挡板，两组所述边界玻璃、所述第一挡板和所述第二挡板之间形成方形空间，所述方形空间内设有第一滑动底座和第二滑动底座，所述第一滑动底座与所述第二滑动底座相对面为第一斜面，所述第二滑动底座与所述第一滑动底座相对面为第二斜面，所述第一滑动底座底部倾角与所述第二滑动底座底部倾角角度范围均可调节，所述第一斜面与所述第二斜面之间放置下降滑块，所述第一挡板通过第一马达驱动，带动所述第一滑动底座左右往复滑动，所述第二挡板通过第二马达驱动，带动所述第二滑动底座左右往复滑动，所述第一滑动底座与所述第二滑动底座移动，带动所述下降滑块上下移动，所述第一滑动底座、所述第二滑动底座和所述下降滑块上方铺设塑料薄膜，所述塑料薄膜上表面的左右两侧均设有硅胶条。

3、进一步的，所述第一滑动底座、所述第二滑动底座和所述下降滑块均为可拆卸式更换组件，初始状态下，所述第一滑动底座、所述第二滑动底座和所述下降滑块紧密贴合，且上表面均处于同一水平面，此时，所述第一滑动底座、所述第二滑动底座和所述下降滑块形成的上表面尺寸为长50cm、宽50cm。

4、进一步的，所述第一滑动底座底部倾角与所述第二滑动底座底部倾角角度为，当所述第一滑动底座或所述第二滑动底座沿水平方向移动的距离为n时，所述下降滑块的垂向位移为h，几何关系如下：

5、

6、其中，的取值范围为0°至70°。

7、进一步的，所述第一滑动底座与所述第一挡板活动连接，所述第二滑动底座与所述第二挡板活动连接。

8、进一步的，本发明还提供研究先存隐伏断层控制断拗结构变形的实验方法，利用上述的研究先存隐伏断层控制断拗结构变形的实验装置，包括以下步骤，

9、s1：基于物理模拟实验装置，结合所述先存隐伏断层控制断拗结构的基本变形特征，设计所述物理模拟实验装置的运行控制方法；

10、s2：进行70°倾角先存隐伏断层的断拗变形模拟实验；

11、s3：继续开展70°倾角先存隐伏断层条件下的同沉积断拗变形模拟实验；

12、s4：实验结束后，利用红外电子扫描仪对变形砂层顶面进行高程扫描；随后在砂层表面铺设1cm厚的石英砂并进行浇水静置，完成剖面切片；

13、s5：对所获得的平面图像和剖面图像进行构造解释分析，并应用粒子图像测速方法对粒子运动轨迹进行定量分析。

14、进一步的，在所述s1中，所述物理模拟实验装置的运行过程由计算机控制，计算机控制界面中，x1为第一马达控制区，x2为第二马达控制区，所述第一马达控制区和所述第二马达控制区内均设有状态指示灯、速度调节键、设定时间键、前进键、后退键、启动键、停止键和复位键，

15、所述状态指示灯，表示停止时显示白色、表示前进时显示绿色、表示后退时显示红色；

16、所述速度调节键，用于设定马达控制挡板的位移速度；

17、所述设定时间键，用于设定马达运行的持续时间；

18、所述前进键，用于控制一马达向靠近另一马达的方向移动；

19、所述后退键，用于控制一马达向远离另一马达的方向移动；

20、所述启动键，用于单独启动一马达；

21、所述停止键，用于单独停止一马达；

22、所述复位键，用于将一马达的位移实验数据重置为初始值。

23、进一步的，所述s2包括以下步骤，

24、s21：调整第一滑动底座与第二滑动底座之间的距离，使所述第一滑块底座、所述第二滑块底座和下降滑块处于同一水平面；

25、s22：自下而上依次铺设不同颜色石英砂层，顺序为：3cm灰色石英砂、1cm白色石英砂、1cm灰色石英砂和1cm白色石英砂；

26、s23：设定第一马达与第二马达的运行参数，运行时间为4分钟，位移速度为0.1cm/min，移动方向为后退；

27、s24：对变形过程进行平面图像采集。

28、进一步的，所述s3包括以下步骤，

29、s31：在所述s2实验变形结束后的砂层表面，铺设1cm厚的灰色石英砂，以模拟断拗构造演化过程中的同期沉积过程；

30、s32：设定所述第一马达与所述第二马达的运行参数，运行时间为1分钟，位移速度设定为0.1cm/min，移动方向为后退；

31、s33：对变形过程继续进行平面图像采集。

32、进一步的，所述s4包括以下步骤，

33、s41：采用红外电子扫描仪对变形砂层顶面进行高程扫描，以获取三维形貌信息；

34、s42：在变形砂层表面铺设一层厚度为1cm的灰色石英砂，使整体砂层表面趋于平整并保持水平状态；

35、s43：铺砂完成后对其表面进行均匀浇水处理并静置，完成剖面切片操作。

36、进一步的，所述s5包括以下步骤，

37、s51：对实验所得平面图进行构造形态和变形特征的解释分析；

38、s52：对实验所得剖面图进行断裂形态及垂向变形特征的解释分析；

39、s53：基于实验过程所获取的连续平面图像序列，采用粒子图像测速技术进行分析，提取粒子位移场和变形演化特征，揭示先存隐伏断层控制下的断拗变形机制。

40、本发明具有的优点和积极效果是：

41、1、本发明构建方式简单、模拟效果优良：在设置先存隐伏断层的基础上设计构造了物理模拟实验装置，整体结构简洁、构建便捷。所构建装置能够真实有效地再现先存隐伏断层控制下的断拗结构变形过程，为构造地质学研究提供了一定理论支撑。

42、2、本发明角度可调，适应性强：本发明的实验装置能够在0°-70°范围内灵活调节先存隐伏断层的倾角，从而模拟不同倾角条件下断拗结构的发育特征，提高了实验的多样性和适应性，拓展了研究范围。

43、3、本发明自动化控制，精度高、效率高：本发明的实验装置的运行过程由计算机程序全程控制，可实现马达位移速度、位移时间及运动方向的精准设定，一键启动与停止，显著提高了实验操作效率，避免了人为统计误差，从而提升了实验数据的准确性和可重复性。

44、4、本发明装置可拆卸、结构创新性强：本发明中滑动底座与下降滑块采用可拆卸式组合结构，便于实验装置的拼装、维护与更换；下降滑块通过马达带动滑动底座实现垂向运动，可有效模拟断拗结构的变形过程，角度可调的滑动底座体现了本装置在结构设计上的创新性。