[發明專利]用于伸展環境的構造轉換帶物理模擬實驗裝置和方法

在審

• 申請號: 202010012595.8
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111028646A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 魏紅梅;謝剛;柴浩棟;林曉華;孟憲霞;李徐徐;孫興剛
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司物探研究院
• 主分類號: G09B23/40
• 分類號: G09B23/40
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所(普通合伙) 37224
• 代理人: 崔曉艷

本發明提供一種用于伸展環境的構造轉換帶物理模擬實驗裝置和方法，該用于伸展環境的構造轉換帶物理模擬實驗裝置包括動力裝置，實驗箱和攝像機，該實驗箱底部先鋪置塑料薄膜或橡膠皮，以傳遞伸展應力，再在塑料薄膜或橡膠皮上鋪設實驗材料，該實驗箱和該動力裝置相對豎直放置，該動力裝置置于該實驗箱兩側，該動力裝置在實驗過程中進行水平移動，以模擬不同水平方向上的應力變化，該攝像機位于該實驗箱的上方，記錄實驗過程。該用于伸展環境的構造轉換帶物理模擬實驗裝置和方法對構造轉換帶物理模擬實驗過程的研究，能夠為研究人員提供一種新的地質構造物理模擬裝置和方法。

技術領域

本發明涉及物理實驗技術領域，特別是涉及到一種用于伸展環境的構造轉換帶物理模擬實驗裝置和方法。

背景技術

物理模擬實驗是在實驗室條件下，基于地質學的基本理論，利用相似性原理建立地質模型，模擬再現地質構造的變形過程，分析變形特征及力學機制，探討其成因機制的一種物理實驗方法，具有重要的實踐意義。

物理模擬實驗應用于地質構造變形研究至今已有近兩百年的歷史，其發展大致分為兩個階段。

(1)20世紀前，物理模擬實驗開始發展，此階段時間跨度長，發展緩慢，人們對巖石性質了解尚少，未建立成熟的相似理論和實驗相似條件，采用的模擬材料單一。1815年霍爾(J.Hall)用疊層厚布作為巖層，最早采用物理模擬實驗再現了褶皺的形成演化，成為物理模擬實驗的先驅。1849年與1858年諾曼尼(C.F.Navmann)先后利用物理模擬實驗研究了巖石破裂變形機制，首次使用原巖作為物理模擬實驗材料。1894年，由威利世(B.Willis)進行的阿巴拉契亞山脈構造成因機制的物理模擬實驗中，在材料選取上取得了重要突破，建立了多方面相似性機制，并研制出世界上第一臺正規的構造物理模擬實驗裝置，同時期，沖斷構造物理模擬實驗也得到了實現。

(2)20世紀早期，物理模擬實驗開始面向褶皺斷層等構造現象進行定性模擬。1920年，W.J.Mead在常溫下用石蠟再現了褶皺的形成過程。我國的物理模擬實驗也開始于這一時期，上世紀20～30年代，李四光利用相似材料，對中國一系列“山”字型、“多”字型和“歹”字型沖斷構造體系進行了物理模擬；50～60年代，國內外先后開展了一系列造山帶和盆地構造研究；70年代以來，模擬對象趨于多樣化，逐漸拓展到了造山帶、俯沖帶及盆地形成演化機制等前沿研究中，應用領域也在不斷拓展。單家增等(1999)使用自主研制的GJ-1型物理模擬實驗裝置完成了陸—陸碰撞造山帶的構造演化模擬，揭示了碰撞造山帶形成是巖石圈或地殼增減厚度的重要因素之一，并展示了多個構造單元的形成過程。李滌等(2014)對國內外沖斷構造與正反轉構造的物理模擬實驗研究進展進行了詳細論述。萬元博等(2016)在研究褶皺沖斷帶演化過程中，利用沙箱物理模擬實驗模擬了其中的兩類典型沖起構造，揭示了前陸褶皺沖斷帶沖起構造發育類別主要受控于楔形體擴展變形序列。孫志信(2007)完成了國內首例火成巖侵入的演化模擬，揭示了巖漿侵入過程中巖漿通道和地層應力的變化，實驗結果為此后巖漿巖類構造物理模擬實驗提供了重要依據。

近年來，隨著物理模擬實驗技術的發展，除了構造研究外，物理模擬實驗還在工程地質、環境地質及石油地質勘探領域得到廣泛運用。王穎(2004)以樁西潛山為例，探討了物理模擬實驗在地質構造演化研究中的意義。賈紅義等(2013)、李理等(2017)通過物理模擬實驗，再現了渤海灣盆地惠民凹陷臨北地區帚狀以及雙帚狀構造的形成過程，探討了斷裂活動對油氣成藏的控制及成藏模式等。

轉換帶是指存在于兩條側列斷層之間為實現位移量、縮短量和變形量守恒，并起到調節作用的一類復雜的構造及構造組合。在伸展構造發育地區，由于兩條或多條相互靠近的斷裂構造所受伸展應力的差異，導致伸展量的差異，從而使得兩條或多條斷裂構造之間產生轉換帶。伸展轉換帶的作用，在理論上，由于伸展轉換帶是保持區域應變守恒而產生的調節體系，對其研究有助于轉換帶理論及成盆機制研究。在實踐中，構造轉換帶多發育在斷層連接部位，或者兩條斷層相互趨近的位置，在沉積盆地，能夠控制沉積和圈閉的形成，是油氣有利的勘探區。對其進行發育演化的物理模擬具有重要的意義。