專利名稱：一種多功能三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于地質(zhì)研究的一種多功能三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
地球作為太陽(yáng)系的獨(dú)立行星，它形成于46億年前。按國(guó)際地質(zhì)聯(lián)合會(huì)地層委員會(huì)最新頒布的國(guó)際地層表(Jurgen Remane，2000，Explanatorynote to the international stratigraphic chart)計(jì)算地球構(gòu)造演化史要追溯到36億年前以來(lái)，漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，在不同時(shí)期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中地球表層(地殼)形成了一系列不同類型的構(gòu)造形跡，這些構(gòu)造形跡不僅與人類棲息的地球表面江河、湖泊、海洋、平原、山脈的分布密切相關(guān)，同時(shí)，與人類賴以生存的礦產(chǎn)資源和能源的分布有著緊密聯(lián)系，因此，在地學(xué)研究領(lǐng)域中，構(gòu)造形跡的形成和演化倍受關(guān)注。但是，歷經(jīng)幾十、幾百、幾千Ma、甚至上億年發(fā)展歷史的各種構(gòu)造形跡的形成和演化過程已不復(fù)存在，現(xiàn)在所直接或間接觀察到的構(gòu)造形跡的演化結(jié)果的力學(xué)和物理學(xué)機(jī)制人們并不知曉或只是一種猜想或不完全知曉。發(fā)明一種先進(jìn)的、多功能的、定量化的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)論從社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值還是從科學(xué)研究的作用和意義來(lái)講都是相當(dāng)重要的。
構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在世界上已有100余年的發(fā)展歷史，在我國(guó)自1933年李四光教授開張“山”、“歹”和“多”字型構(gòu)造形跡模擬實(shí)驗(yàn)至今也有70年發(fā)展過程，但是，至今國(guó)內(nèi)外仍沒有標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置生產(chǎn)，原因在于研究者和使用者沒有能力設(shè)計(jì)出滿足不同地質(zhì)背景條件下不同類型構(gòu)造形跡形成和演化過程苛刻的力和地質(zhì)背景的復(fù)雜轉(zhuǎn)換，物理機(jī)械設(shè)計(jì)者因沒有深入的地質(zhì)專業(yè)知識(shí)，所以也很難設(shè)計(jì)出充分體現(xiàn)不同構(gòu)造背景的多功能的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。難點(diǎn)在于構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)處于多學(xué)科交叉位置。
1、國(guó)內(nèi)背景構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在世界上已有100余年的發(fā)展歷史，在我國(guó)自1933年李四光教授開張“山”、“歹”和“多”字型構(gòu)造形跡模擬實(shí)驗(yàn)至今也有70年發(fā)展過程，但是，至今國(guó)內(nèi)外仍沒有標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置生產(chǎn)，原因在于研究者和使用者沒有能力設(shè)計(jì)出滿足不同地質(zhì)背景條件下不同類型構(gòu)造形跡形成和演化過程苛刻的力和地質(zhì)背景的復(fù)雜轉(zhuǎn)換，物理機(jī)械設(shè)計(jì)者因沒有深入的地質(zhì)專業(yè)知識(shí)，所以也很難設(shè)計(jì)出充分體現(xiàn)不同構(gòu)造背景的多功能的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。難點(diǎn)在于構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)處于多學(xué)科交叉位置。
在國(guó)內(nèi)，從1933年以來(lái)，李四光教授、張文佑教授、以及馬宗晉教授等開展了與巖石圈演化和地震成因機(jī)制有關(guān)的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)；1992年陸克政教授設(shè)計(jì)了大型液壓構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置，但是，由于體積過大、耗材過多且不易控制，至今許多環(huán)節(jié)仍有待改進(jìn)；1988年至今許志琴教授使用了擠壓型等實(shí)驗(yàn)裝置。
2、國(guó)際背景在國(guó)際上許多設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出了不同作用的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置，但是，這些實(shí)驗(yàn)裝置的作用是單一的，局限在二維剖面或平面范疇內(nèi)，而且，定量化的研究程度較低，工作效率受到制約和限制，不能開展多期次復(fù)合構(gòu)造驅(qū)動(dòng)力的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)。
1967年H.Ramberg(University of Uppsala，Sweden)使用了離心式的垂直加力實(shí)驗(yàn)裝置；1975、1976、1977、1978、1979、1982年H.Ramberg(University of Uppsala，Sweden)再此使用了離心式的垂直加力實(shí)驗(yàn)裝置；1976年S.K.Ghosh and H.Ramberg(University of Uppsala，Sweden)使用了一種垂直加力的實(shí)驗(yàn)裝置；1978年John G.Dennis等(CailforniaState University，USA)使用了一種縱向加力的實(shí)驗(yàn)裝置；1980年Haakon Fossen等(Statoil，Norway)使用了側(cè)向拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；1985年Djordje Grujic等(ETH，Switzerland)使用了右行剪切變形實(shí)驗(yàn)裝置；1985年Genene Mulugeta(University of Uppsala，Sweden)離心機(jī)式垂直加力實(shí)驗(yàn)裝置；1987年A.Koopman等(Rijswijk，Netherlands)螺旋式雙向拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；1988年P(guān).G.Ellis(University of London，UK)使用了一種雙向拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；1988年Bruno Vendeville等(University of Rennes，F(xiàn)rance)使用了水平拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；1990年K.R.McClay(University of London，UK)使用了一種二維拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；1993年Alexander I.Shemenda(臺(tái)灣國(guó)立中央大學(xué))單向軸擠壓實(shí)驗(yàn)裝置；1993年H.Koyi等(University of Texas，USA)單向拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；1995年Masahiro Ishikawa等(Tohoku University，Japan)使用了單向拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；1995年N.K.Johns等(University of Texas，USA)使用了一種底部驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置；1995年Hemin Koyi(Uppsala University，Sweden)使用了一種側(cè)向擠壓的實(shí)驗(yàn)裝置；1996年Marc-Andre Gutscher等(Universityu Kiel，Germany)使用了一種底面滑移實(shí)驗(yàn)裝置；1996年T.W.Kidan等(Imperial College.London，UK)使用了一種垂直壓縮的實(shí)驗(yàn)裝置；1997年T.Mauduit等(Campus de Bennes，F(xiàn)rance)使用了斜拉張實(shí)驗(yàn)裝置；1998年Bret Rahe等((Southwest research Institute，TX，USA)使用了非同軸拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；1998年Basil Tikoff等(University of Minnesota，USA)使用了一種可產(chǎn)生拉張位移的實(shí)驗(yàn)裝置；1998年P(guān)eter Zweigel(University of Tubingen，Germany)使用了側(cè)向擠壓實(shí)驗(yàn)裝置；1999年Myra Keep(University of Western Australia，Australia)使用了活塞式單向擠壓實(shí)驗(yàn)裝置；
2000年Martha Oliver Withjack等(Mobil Technology Company，Texas，USA)二維矩形框架垂直差異受力的實(shí)驗(yàn)裝置；2001年TingguangSong等(Curtin University of Technology，Western Australia)使用了一種雙向拉伸實(shí)驗(yàn)裝置；2002、2003年K.R.McClay(University of London，UK)使用了一種二維拉伸和右行扭力的實(shí)驗(yàn)裝置。
在以往的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)中所使用的二維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置只能開展簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)力作用下的二維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)，圖1顯示出二維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖，該裝置只能沿X方向產(chǎn)生水平擠壓，不能開展復(fù)雜力系作用下的各種不同類型構(gòu)造形跡形成和演化的物理模擬實(shí)驗(yàn)。
構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)于與國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展密切相關(guān)的礦產(chǎn)資源的勘探與開發(fā)具有特別重要的意義，同時(shí)，在地學(xué)研究領(lǐng)域戰(zhàn)局不可替代位置，但是，要在實(shí)驗(yàn)室模擬漫長(zhǎng)地質(zhì)年代(幾十、幾百個(gè)百萬(wàn)年)產(chǎn)生的不同類型構(gòu)造形跡的形成和演化過程，追蹤它們中間所夾帶和存儲(chǔ)的各種礦產(chǎn)資源分布特征，譬如石油和天然氣等，發(fā)明一種多功能三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置是一至關(guān)重要亟待攻破解決的核心問題。地質(zhì)體的構(gòu)造演化是一三維立體，復(fù)雜的構(gòu)造變形是隨X、Y和Z軸的變化而變化的，而且，構(gòu)造力系的作用是分為擠壓、拉張、扭力剪切等多種類型，已有的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置不能開展復(fù)雜力系作用下的三維構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)。
但構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)還在發(fā)展中，構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)無(wú)論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)際都是一亟待解決的疑難問題，為了滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和科學(xué)研究的需要，必須研究一種新型的三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明裝置的目的，就是提供一種多功能的、三維的、新型的、先進(jìn)的、量化的構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，可以開展不同驅(qū)動(dòng)力作用下的各種復(fù)雜構(gòu)造形跡形成和演化的三維構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種多功能三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其可在不同驅(qū)動(dòng)力作用下沿X、Y、Z三個(gè)方向隨機(jī)縮短或伸長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造演化中的各種不同類型的驅(qū)動(dòng)力作用下的構(gòu)造變形。
所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其各種不同類型的驅(qū)動(dòng)力，包括(1)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的擠壓力；(2)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的左行扭力作用；(3)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的右行扭力；(4)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的拉張力；(5)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的地幔上涌驅(qū)動(dòng)力；(6)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的垂直壓力；(7)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的多期或復(fù)合驅(qū)動(dòng)力。
所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其可以通過附件測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诟鞣N不同類型力系作用下產(chǎn)生的水平位移和垂直位移值，測(cè)定施加到模型的構(gòu)造應(yīng)力值，實(shí)現(xiàn)開展量化構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)的目的。
所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其實(shí)驗(yàn)裝置以模型容器(A)為中心，在它的兩側(cè)安裝有擠壓或拉張力傳動(dòng)軸(B)，分為左傳動(dòng)軸(B-1)和右傳動(dòng)軸(B-2)；在容器(A)的底部安裝有底部拉張驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)軸(G)，分為底部拉張左傳動(dòng)軸(G-1)和右傳動(dòng)軸(G-2)；在容器(A)內(nèi)的前后安裝有扭力驅(qū)動(dòng)模塊(C)和(E)，模塊沿前后滑動(dòng)桿(D)和(F)水平運(yùn)動(dòng)；模型容器(A)的底部是一可拆卸的活動(dòng)底板(H)，在活動(dòng)底板(H)安裝有塑體流體注入孔(H-1)，活動(dòng)底板(H)上刻有“V”型槽；在模型容器(A)的四角安裝有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃伪O(jiān)測(cè)計(jì)(K)；實(shí)驗(yàn)裝置安裝在水平的專用工作臺(tái)(M)上。
所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其活動(dòng)底板(H)可置換為底部升溫系統(tǒng)(I)的加溫部件。
所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其底部升溫系統(tǒng)(I)，其實(shí)驗(yàn)溫度的監(jiān)控是由溫度控制儀實(shí)現(xiàn)的，底部升溫溫度在室溫～200連續(xù)可調(diào)，可任意的設(shè)定指定實(shí)驗(yàn)溫度，并恒溫在指定溫度范圍內(nèi)。
所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其溫度控制儀為WMZK-01型溫度控制儀。
所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其變形監(jiān)測(cè)計(jì)(K)，可上下調(diào)節(jié)，且水平位置可移動(dòng)，以對(duì)可變動(dòng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃芜M(jìn)行監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明將構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置由二維拓展為三維，將單一功能的驅(qū)動(dòng)力作用推進(jìn)為多功能復(fù)合力系驅(qū)動(dòng)，率先設(shè)計(jì)出扭力左行扭力和右行扭力和底部拉張驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，本發(fā)明裝置可以產(chǎn)生多種復(fù)雜力系，達(dá)到一機(jī)多用、一機(jī)多能的作用，提高工作效率幾十倍以上。
創(chuàng)新發(fā)明出底部升溫系統(tǒng)，將手動(dòng)螺旋桿操作設(shè)計(jì)為不同轉(zhuǎn)速比的直流電機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械化傳動(dòng)，將監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)過程的控溫、測(cè)溫和測(cè)量變形的多種測(cè)量技術(shù)首次應(yīng)用于本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)中，將構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置拓展為半自動(dòng)、機(jī)械化、趨于定量的新型實(shí)驗(yàn)裝置。
同時(shí)，五十余種不同力學(xué)性質(zhì)、不同配方比的新型實(shí)驗(yàn)材料被首次使用在本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置中，其中包括30余種染色的天然石英砂和天然粘土，這些經(jīng)專門技術(shù)制作的實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)際地質(zhì)體中的砂巖層、砂-泥巖層、泥巖層等不同類型的巖層的巖性具有較好的相似性，還包括20余種半塑性、塑性流體實(shí)驗(yàn)材料，這些實(shí)驗(yàn)材料與地球深部不同物性的介質(zhì)具有相當(dāng)好的相似性。
創(chuàng)新發(fā)明的三維構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)歷了大約20余年的艱苦探索和不懈的努力，是將物理學(xué)、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)與構(gòu)造地質(zhì)學(xué)緊密相結(jié)合而問世的。發(fā)明本實(shí)驗(yàn)裝置的高級(jí)專業(yè)人員早期受教于著名的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家張文佑院士、經(jīng)瑞士蘇黎世高等理工學(xué)院地質(zhì)研究所培養(yǎng)、從事構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)研究已達(dá)近25年，積累了廣泛的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新發(fā)明的三維構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置是多年從事構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)晶，花費(fèi)了大量的人力、物力，投入了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的反復(fù)研制的費(fèi)用。利用本發(fā)明裝置作出的十余項(xiàng)科學(xué)研究成果經(jīng)國(guó)內(nèi)著名專家組成的評(píng)審組審定達(dá)到國(guó)際先進(jìn)和國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。創(chuàng)新發(fā)明的三維構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置可以實(shí)施復(fù)雜構(gòu)造演化史中不同力系作用下各種不同類型構(gòu)造形跡形成和演化的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)，是一先進(jìn)的、高效率的、多功能的、趨于量化的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)設(shè)計(jì)，填補(bǔ)了我國(guó)在這一研究領(lǐng)域中的內(nèi)空白。


圖1已有的二維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖；圖2本發(fā)明多功能三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置側(cè)視立體圖；圖3本發(fā)明多功能三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置擠壓力系和拉張力系等產(chǎn)生的俯視圖；圖4本發(fā)明多功能三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置右行扭力和左行扭力系右行剪切力和左行剪切力產(chǎn)生的俯視圖；圖5本發(fā)明多功能三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置底部升溫的俯視圖；圖6利用本發(fā)明的多功能三維構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置獲得的三維逆沖造山實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；圖7利用本發(fā)明的多功能三維構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置獲得的三維褶皺實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?；圖8利用本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置獲得的拉張力和地幔上涌力聯(lián)合作用下產(chǎn)生的正斷層系形成的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖9利用本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置獲得的右行剪切斷裂體系動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
參見圖2、圖3、圖4和圖5，本實(shí)用新型由實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿萜?500×400×300mm)A；擠壓或拉張力傳動(dòng)軸B，分為左傳動(dòng)軸B-1和右傳動(dòng)軸B-2；扭力驅(qū)動(dòng)前部運(yùn)動(dòng)模塊C；扭力驅(qū)動(dòng)前部滑動(dòng)桿D；扭力驅(qū)動(dòng)后部運(yùn)動(dòng)模塊E；扭力后部滑動(dòng)桿F；底部拉張驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)軸G，分為底部拉張左傳動(dòng)軸G-1和右傳動(dòng)軸G-2；可拆卸的實(shí)驗(yàn)裝置活動(dòng)底板H，在底板上安裝有直徑為20mm的塑性流體圓形注入孔H-1；底部升溫系統(tǒng)I，由絕緣隱蔽式的加溫部分和WMZK-01型設(shè)定溫度控制附件(圖中未顯示出)組成；實(shí)驗(yàn)裝置底部條形支架J，由左、中和右三部分組成；上下位置可變動(dòng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃伪O(jiān)測(cè)計(jì)K，共有四個(gè)，分別位于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿萜鞯乃膫€(gè)端角；動(dòng)力部分由V-8型渦輪減速箱和可控制轉(zhuǎn)速的直流電機(jī)組成；以及可調(diào)整水平的工作臺(tái)M組成。
其結(jié)構(gòu)是以模型容器A為中心，在它的兩側(cè)安裝有擠壓或拉張力傳動(dòng)軸B，分為左傳動(dòng)軸B-1和右傳動(dòng)軸B-2(見圖2、4)。在容器A的底部安裝有底部拉張驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)軸G，分為底部拉張左傳動(dòng)軸G-1和右傳動(dòng)軸G-2(見圖4)。在實(shí)驗(yàn)容器A內(nèi)的前后安裝有扭力驅(qū)動(dòng)模塊C和E，模塊沿前后滑動(dòng)桿D和F運(yùn)動(dòng)(見圖3)。模型容器A的底部是一可拆卸的活動(dòng)底板H，在活動(dòng)底板安裝有直徑為20mm的塑體流體注入孔H-1，為了增大模型底部的摩擦阻力，活動(dòng)底板上刻有“V”型槽(見圖4)。根據(jù)特殊實(shí)驗(yàn)要求活動(dòng)底板H可置換為底部升溫系統(tǒng)I的加溫部件，(見圖5)，實(shí)驗(yàn)溫度可由室溫升至200，實(shí)驗(yàn)溫度的監(jiān)控是由WMZK-01型溫度控制儀實(shí)現(xiàn)的，底部升溫溫度在室溫～200連續(xù)可調(diào)，可任意的設(shè)定指定實(shí)驗(yàn)溫度，并恒溫在指定溫度范圍內(nèi)。在模型容器A的四角安裝有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃伪O(jiān)測(cè)計(jì)K，該監(jiān)測(cè)計(jì)K上下可調(diào)節(jié)幅度高達(dá)250mm，而且，水平位置是可移動(dòng)的(見圖2、3、4和5)。實(shí)驗(yàn)裝置被安裝在可調(diào)整水平的專用工作臺(tái)M上。本發(fā)明裝置的動(dòng)力部分為由V-8型渦輪減速箱和可控制轉(zhuǎn)速的直流電機(jī)組成，傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)是通過連接到直流電機(jī)帶動(dòng)的渦輪減速箱的活塞式對(duì)接軸實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明裝置的功能如下一、該實(shí)驗(yàn)裝置可以開展各種不同類型構(gòu)造形跡的三維立體空間模擬實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)樣品空間維度為500×400×300mm，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诓煌?qū)動(dòng)力作用下可沿X、Y、Z三個(gè)方向隨機(jī)縮短或伸長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)類似于實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造演化中的各種不同類型的驅(qū)動(dòng)力作用下的構(gòu)造變形，同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)樣品空間維度的設(shè)計(jì)500×400×300mm是經(jīng)過多年來(lái)開展上千次構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)所積累的經(jīng)驗(yàn)和前瞻把握而確定的，即可滿足在各種不同類型驅(qū)動(dòng)力作用下開展復(fù)雜構(gòu)造演化的苛刻的實(shí)驗(yàn)要求，還可充分節(jié)省實(shí)驗(yàn)材料、降低實(shí)驗(yàn)成本。
二、該裝置具可以產(chǎn)生類似于實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的七大力系驅(qū)動(dòng)作用1、產(chǎn)生與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中相類似的擠壓力作用，通過B-1和B-2傳動(dòng)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的模型容器平行框架面的相向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生見圖2；2、產(chǎn)生與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中相類似的左行扭力作用，通過運(yùn)動(dòng)模塊C和E沿滑動(dòng)桿D和F向右和向左的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生見圖4；3、產(chǎn)生與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中相類似的右行扭力作用，通過運(yùn)動(dòng)模塊C和E沿滑動(dòng)桿D和F向左和向右的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生見圖4；4、產(chǎn)生與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中相類似的拉張力作用，通過G-1和G-2傳動(dòng)軸帶動(dòng)的底部橡膠帶的伸長(zhǎng)產(chǎn)生；5、產(chǎn)生與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中相類似的地幔上涌驅(qū)動(dòng)力作用，通過活動(dòng)底板中的圓孔H-1注入塑性流體產(chǎn)生垂直向上隆起力和側(cè)向伸張力見圖3；6、產(chǎn)生與地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中相類似的垂直壓力作用，通過模型容器上覆的曲面型向下垂直壓縮產(chǎn)生；7、創(chuàng)造了開展地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)史研究中至關(guān)重要的多期或復(fù)合驅(qū)動(dòng)力作用的實(shí)驗(yàn)條件，可對(duì)同一實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪┘佣嗥诨驈?fù)合驅(qū)動(dòng)力作用，比如早期壓縮力作用疊加晚期拉張力作用，早期拉張力作用疊加晚期右行走滑力作用等等。實(shí)現(xiàn)了對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪┘訌?fù)合力系新的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，將多年來(lái)單一、簡(jiǎn)單型的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)明為多功能、復(fù)雜化的新型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置。
三、本發(fā)明裝置具有底部升溫功能，將以往的常溫實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)為升溫構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
本實(shí)驗(yàn)裝置配有WMZK-01型溫度指示控制儀，可進(jìn)行自動(dòng)升溫監(jiān)控，最高實(shí)驗(yàn)溫度可達(dá)200，解決了構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)的加溫問題。
四、將以往非標(biāo)量構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)為標(biāo)量化模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
本發(fā)明的多功能三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可以通過附件測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诟鞣N不同類型力系作用下產(chǎn)生的水平位移和垂直位移值，測(cè)定施加到模型的構(gòu)造應(yīng)力值，實(shí)現(xiàn)開展量化構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)的目的。
本發(fā)明裝置的操作實(shí)驗(yàn)過程和典型實(shí)例1.擠壓驅(qū)動(dòng)力的產(chǎn)生及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果擠壓或拉張力傳動(dòng)軸B-1和B-2，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致模型容器產(chǎn)生水平壓縮，產(chǎn)生水平擠壓力。圖6和圖7給出了在該實(shí)驗(yàn)條件下獲得的三維實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2.拉張驅(qū)動(dòng)力和地幔上涌力的產(chǎn)生及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果底部拉張驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)軸G-1和G-2帶動(dòng)的橡膠帶側(cè)向擴(kuò)張，產(chǎn)生拉張力，并疊加由活動(dòng)底板H上的塑性流體注入孔H-1注入調(diào)色的凡士林塑性流體產(chǎn)生地幔上涌力。這是一典型的側(cè)向拉張疊加地幔上涌復(fù)合力系作用下構(gòu)造變形的構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)。圖8給出了在該實(shí)驗(yàn)條件下獲得的正斷層系動(dòng)力學(xué)成因機(jī)制的構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
3.右行扭力驅(qū)動(dòng)力的產(chǎn)生及其實(shí)驗(yàn)結(jié)果扭力驅(qū)動(dòng)前部運(yùn)動(dòng)模塊C向左運(yùn)動(dòng)，扭力驅(qū)動(dòng)后部運(yùn)動(dòng)模塊E向右運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪艿接倚屑魬?yīng)力驅(qū)動(dòng)作用，產(chǎn)生右行走滑構(gòu)造變形。圖9給出了在該實(shí)驗(yàn)條件下獲得的右行剪切斷層系實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種多功能三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，可在不同驅(qū)動(dòng)力作用下沿X、Y、Z三個(gè)方向隨機(jī)縮短或伸長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造演化中的各種不同類型的驅(qū)動(dòng)力作用下的構(gòu)造變形。
2.如權(quán)利要求1所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述各種不同類型的驅(qū)動(dòng)力，包括(1)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的擠壓力；(2)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的左行扭力作用；(3)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的右行扭力；(4)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的拉張力；(5)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的地幔上涌驅(qū)動(dòng)力；(6)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的垂直壓力；(7)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中的多期或復(fù)合驅(qū)動(dòng)力。
3.如權(quán)利要求1所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，可以通過附件測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诟鞣N不同類型力系作用下產(chǎn)生的水平位移和垂直位移值，測(cè)定施加到模型的構(gòu)造應(yīng)力值，實(shí)現(xiàn)開展量化構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)的目的。
4.如權(quán)利要求1所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，實(shí)驗(yàn)裝置以模型容器(A)為中心，在它的兩側(cè)安裝有擠壓或拉張力傳動(dòng)軸(B)，分為左傳動(dòng)軸(B-1)和右傳動(dòng)軸(B-2)；在容器(A)的底部安裝有底部拉張驅(qū)動(dòng)力傳動(dòng)軸(G)，分為底部拉張左傳動(dòng)軸(G-1)和右傳動(dòng)軸(G-2)；在容器(A)內(nèi)的前后安裝有扭力驅(qū)動(dòng)模塊(C)和(E)，模塊沿前后滑動(dòng)桿(D)和(F)水平運(yùn)動(dòng)；模型容器(A)的底部是一可拆卸的活動(dòng)底板(H)，在活動(dòng)底板(H)安裝有塑體流體注入孔(H-1)，活動(dòng)底板(H)上刻有“V”型槽；在模型容器(A)的四角安裝有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃伪O(jiān)測(cè)計(jì)(K)；實(shí)驗(yàn)裝置安裝在水平的專用工作臺(tái)(M)上。
5.如權(quán)利要求4所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述活動(dòng)底板(H)可置換為底部升溫系統(tǒng)(I)的加溫部件。
6.如權(quán)利要求5所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述底部升溫系統(tǒng)(I)，其實(shí)驗(yàn)溫度的監(jiān)控是由溫度控制儀實(shí)現(xiàn)的，底部升溫溫度在室溫～200連續(xù)可調(diào)，可任意的設(shè)定指定實(shí)驗(yàn)溫度，并恒溫在指定溫度范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述溫度控制儀為WMZK-01型溫度控制儀。
8.如權(quán)利要求4所述的三維構(gòu)造模擬試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述變形監(jiān)測(cè)計(jì)(K)，可上下調(diào)節(jié)，且水平位置可移動(dòng)，以對(duì)可變動(dòng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃芜M(jìn)行監(jiān)測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于地質(zhì)研究的一種多功能三維構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置可在不同驅(qū)動(dòng)力作用下沿X、Y、Z三個(gè)方向隨機(jī)縮短或伸長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造演化中的各種不同類型的驅(qū)動(dòng)力作用下的構(gòu)造變形；可以通過附件測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诟鞣N不同類型力系作用下產(chǎn)生的水平位移和垂直位移值，測(cè)定施加到模型的構(gòu)造應(yīng)力值，實(shí)現(xiàn)了開展量化構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明將構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)裝置由二維拓展為三維，將單一功能的驅(qū)動(dòng)力作用推進(jìn)為多功能復(fù)合力系驅(qū)動(dòng)，率先設(shè)計(jì)出扭力左行扭力和右行扭力和底部拉張驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，產(chǎn)生多種復(fù)雜力系，達(dá)到一機(jī)多用、一機(jī)多能的作用，提高工作效率幾十倍以上。
文檔編號(hào)G09B23/00GK1538359SQ200310102539
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月22日
發(fā)明者單家增 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所