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1、石油仪器40PETROLEUMINSTRUMENTS2010年12月方法研究*地质构造常规物理模拟实验方法研究赵仕俊李晓东(中国石油大学石油仪器研究所山东东营)摘要:文章提出了剖面伸展/挤压、平面伸展/挤压,平面剪切,组合伸展挤压剪切四种基本的地质构造物理模拟实验模型,讨论了地质构造物理模拟实验模型的相似性问题。指出了一般地质构造变形均可用这四种基本模型进行模拟。所设计的地质构造物理模拟实验装置实现了对模型的自动加载和实验过程控制,对实验载荷、位
2、移变化、实验温度等实验参数的实时采集记录,对变形过程的图像记录与回放,规范了地质构造物理模拟实验方法。所做的松散介质剖面伸展/挤压物理模拟等四种实验,验证了地质构造物理模拟实验装置的可靠性和实用性。关键词:地质构造;物理模型;模拟实验;相似条件;实验装置+中图法分类号:P631.13文献标识码:B文章编号:10049134(2010)060040030引言CCt=CL(2)CE地质构造物理模拟实验是以地质构造形变研究为CP为力相似倍数,C为密度相似倍数,CE弹性基础,模拟各种构造现象的形成
3、过程,观察他们在变形模量相似倍数,Ct为时间相似倍数,CL为几何相似倍过程中各个阶段所表现的形态特征。深入研究构造变数。形的力学机制、发生过程、变形特征,对于分析地质构式(2)指出,当模型材料选定,即C、CE被确定,造成因,推定工业矿藏存在,模拟矿藏结构都是很有意几何相似倍数CL确定后,则时间相似倍数Ct便由式义的。为此,必须建立完整而科学的地质构造物理模(2)的关系所确定,不能再任意选取。同样式(1)指出,拟实验方法和实验手段。由于常规物理模拟实验因其这时力的相似倍数CP也被确定。进一步分析表明,直观形象等
4、特点被应用于地质构造物理模拟实验研究模型实验遵守这些条件时,模型与原形在惯性力和弹[1~3]的各个方面,作者通过对国内外研究现状的分析,性力方面是相似的,模型与原形在惯性力和重力方面利用相似分析方法给出了物理模型设计的相似条件,是不相似的。有了最基本的相似倍数关系式(1)和(2)提出了四种基本物理实验模型,完成了地质构造物理式后,描述动力相似的其它物理量的相似倍数便可导模拟实验装置的设计制作,通过实验验证了地质构造出,如频率相似倍数、速度相似倍数、加速度相似倍数、物理模拟实验装置的可靠性和实用性,其研究成果可摩
5、擦系数的相似倍数等。供同行参考,谬误之处恳请同行指正。1.2相似参数的确定1.2.1几何相似1物理模拟实验的相似性问题几何相似是地质构造物理模拟实验装置设计首先1.1相似准则要考虑的问题。所设计的模型尺寸不仅要满足通过实在地质构造物理模型的相似分析中,我们把它抽验得到的几何变形量能够清楚的反映相应的地质构造象为动力相似问题进行讨论,并导出模型的几何相似、现象,同时还要便于仪器的加工装配,实验操作。因时间相似、运动相似、动力相似和材料相似等相似准则此,一般把模型最大尺寸限定在100mm~1000mm如以下
6、各式[4]。7内,其几何相似比取CL=1.510,相当于自然条件2CP=CECL(1)下研究区的展布范围约为1500km~15000km。基金项目:本研究课题为石油大学(华东)211工程建设项目内容。第一作者简介:赵仕俊,男,1957年生,博士,高级工程师,2010年毕业于北京科技大学机电检测技术博士专业,现在中国石油大学石油仪器研究所从事地学计算机应用技术研究。邮编:2570612010年第24卷第6期赵仕俊等:地质构造常规物理模拟实验方法研究411.2.2材料相似~0.7mm
7、,这相当于自然条件下研究区的展布范围约在自然界岩石形变现象中或实验室内的模拟过为2400km,驱动边界长度为300km~360km,岩石程,都可观察到具有弹性、塑性、脆性三种属性的形变圈延性层和脆性上层的厚度分别约为105km~1807现象。在选择实验材料时,除了研究岩石本身的物理km和4.5km~10.5km;强度相似比C=2.2710,力学性和形态变化特征外,还要研究岩石的成岩历史、若上部地壳强度按平均100MPa取值,则模型中上层岩相在横向和纵向上的变化。深入研究实验材料的相脆性材料的强度要求为4.4
8、1Pa。似特性,是追求构造物理模拟最大相似的一个重要研我们认为,几何相似、动力相似、材料相似和边界究内容。地质构造模拟实验可选的材料:(1)湿粘土;相似是反映地质构造本质的主要相似条件,时间相似、(2)凡士林油、石蜡材料;(3)橡皮泥或油灰材料;(4)橡运动相似和其它相似条件是反映地质构造现象的次要皮条与纸条;(5)松散介质材料通常选用的材料有石相似条件。地质构造物理模拟实验能够直观定
