[0001] 本发明涉及地质学物理模拟技术领域，尤其涉及一种模拟德阳安岳裂陷槽成因机制的实验装置及方法。

[0002] 构造物理模拟实验是地质学中的一种重要研究方法，它通过在实验室中构建物理模型来模拟真实地质现象的形成和演化过程。

[0003] 德阳—安岳“槽盆”存在的事实已被普遍接受，但从目前的研究来看，关于“槽盆”地貌形成机理、演化过程等方面存在诸多分歧。通过四川盆地野外露头剖面、最新精细三维
地震资料及钻井资料对比解释，认为德阳安岳裂陷槽形成受控于拉张作用，经历过大幅度
隆升及剥蚀过程，同时基底断裂的“活化”对于槽盆的形成也具有重要影响。

[0004] 基于野外、钻井和地震资料分析，恢复四川盆地德阳—安岳侵蚀裂陷槽形成演化过程，并对勘探领域进行划分和评价，对震旦系一寒武系特大型天然气藏的形成和分布具
有重要控制作用。

[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，
而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳
动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0024] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0025] 下面结合图1‑图4描述本发明的一种模拟德阳安岳裂陷槽成因机制的实验装置及方法。

[0026] 本实施例提供一种模拟德阳安岳裂陷槽成因机制的实验装置，如图1‑图2所示，包括：实验平台1、挡板组件、承载件、升降机构7、直线传动机构和控制器10。

[0027] 其中，实验平台1设置有通孔11，底部四周由支撑体支撑，距离地面一定高度，用于在底部设置升降机构7，实验平台1为矩形结构，设定第一方向为实验平台1的长度方向，第
二方向为实验平台1的宽度方向，如图2所示，左右方向为第一方向，即实验平台1的长度方
向，上下方向为第二方向，即实验平台1的宽度方向。

[0028] 挡板组件设置在实验平台1上，包括一对第一挡板2和一对第二挡板3，各挡板呈相互分离的状态，且一对第一挡板2和一对第二挡板3能够围成截面呈矩形的容纳腔，用于容
纳模拟岩层模型的基质，如石英砂。

[0029] 承载件设置在容纳腔的底部，用于承载模拟岩层模型的基质，承载件包括可延展板4、第一硬塑板5和第二硬塑板6，第一硬塑板5与第二硬塑板6分别连接在可延展板4的上
表面两侧，第一硬塑板5与第二硬塑板6所在区域为稳定区，承载的基质不会因为硬塑板的
移动而变形；可延展板4可采用橡皮板，作为均质介质，保证伸展力在模型中均匀传导，可延
展板4用于将其变形产生的伸展力传递给基质形成的模型中；第一硬塑板5和第二硬塑板6
的一侧能够分别与对应的第一挡板2可拆卸连接，可延展板4的中部与通孔11对应。

[0030] 升降机构7设置在实验平台1的底部，升降机构7的驱动端设置有承托件71，升降机构7能够驱动承托件71穿过通孔11作用于可延展板4，将可延展板4及上覆的基质隆起；其
中，升降机构7主要实现在竖直方向上的升降运动，可采用剪叉式升降机构、丝杠螺母升降
机构、气动升降机构、液压油缸升降机构等方式。

[0031] 直线传动机构设置在实验平台1上，直线传动机构包括一对第一驱动装置8，一对第一驱动装置8分别作用于一对第一挡板2，用于沿第一方向同步驱使一对第一挡板2相互
远离，以拉动可延展板4做水平伸展运动，带动上面铺设的基质伸展，当呈现出明显的中部
砂体裂陷现象后，停止伸展。

[0032] 控制器10与升降机构7及第一驱动装置8电连接，用于控制升降机构7的启停，以驱动承托件71将举升力作用在可延展板4上，并用于控制一对第一驱动装置8同步运转，带动
一对第一挡板2相互远离，并通过第一硬塑板5和第二硬塑板6从两侧带动可延展板4做水平
伸展运动。

[0033] 在一些实施例中，升降机构7由独立的控制系统进行单独控制。

[0034] 作为优选地，本实施例中，一对第一驱动装置8分别设置在第一挡板2的外侧，且一对第一驱动装置8的连线平行于第一方向，即两个第一驱动装置8呈直线排列，使得驱动第
一挡板2并带动可延展板4进行伸展变形的过程中不受非共轴应力的影响发生非线性位移，
有利于提高实验结果的准确性。

[0035] 在一些实施例中，两个硬塑板通过强力胶水粘贴在可延展板4上，以保障基质在硬塑板上不会变形，使模拟变形集中在可延展板4上，消除由于硬塑板在可延展板4的伸展变
形中与可延展板4之间发生相互移动，造成系统误差影响实验结果。

[0036] 在一些实施例中，承托件71的上表面为圆弧形，例如，承托件71为半圆柱状泡沫体，外周圆弧面与可延展板4对应，如此设置，使承托件71的应力分布均匀，当其上升与可延
展板4接触时，减少应力集中，提高实验的模拟仿真效果，提高实验结果的准确性。

[0037] 第一硬塑板5的端部与其中一个第二挡板3可拆卸连接，第二硬塑板6的端部与另一个第二挡板3可拆卸连接，也就是说，第一硬塑板5和第二硬塑板6不同侧的端部分别和相
靠近的第二挡板3可拆卸连接。

[0038] 进一步地，直线传动机构还包括一对第二驱动装置9，第二驱动装置9与控制器10电连接，一对第二驱动装置9分别作用于一对第二挡板3，用于沿第二方向同步驱使一对第
二挡板3相互远离，以分别带动第一硬塑板5和第二硬塑板6反向平行运动。

[0039] 如此设置，通过第二驱动装置9驱动一对第二挡板3同步反向运动，并带动第一硬塑板5和第二硬塑板6相对且平行错动，带动上面铺设的基质形成走滑断裂特征。

[0040] 需要说明的是，在可延展板4的伸展过程中，一对第一驱动装置8需分别作用于一对第一挡板2，以同步带动两个硬塑板沿第一方向相互远离，以此模拟先存基底断裂的活化
作用，因此，第一硬塑板5和第二硬塑板6不能与两端的第二挡板3连接在一起；在走滑过程
中，第二驱动装置9需带动一对硬塑板沿第二方向平行错动，因此，第一硬塑板5和第二硬塑
板6不能与第一挡板2固定。

[0041] 可选地，第一驱动装置8与第二驱动装置9均为电动推杆，电动推杆中的驱动电机为步进电机，第一挡板2或第二挡板3的行进速度为0.15cm/min。

[0042] 在一些实施例中，还包括第一挡块12和第二挡块13，第一挡块12用于将第一硬塑板5压紧在实验平台1上，第二挡块13用于将第二硬塑板6压紧在实验平台1上。

[0043] 如此设置，当采用升降机构7控制半圆柱状泡沫体匀速上升将可延展板4及上覆的石英砂隆起时，可利用第一挡块12和第二挡块13分别从侧面压住两个硬塑板，确保在隆起
的过程中不会造成硬塑板从可延展板4上翘起。

[0044] 本实施例中，第一硬塑板5通过第一连接结构与第一挡板2可拆卸连接，第一连接结构包括：第一转接板、第一连接孔、第一固定孔和紧固件。

[0045] 其中，第一转接板设置多个第一通孔，第一固定孔与第一通孔数量相同且一一对应，多个第一连接孔沿第二方向均布在第一挡板2上；第一固定孔与第一连接孔数量相同且
一一对应，第一固定孔沿第二方向均布在第一硬塑板5上；紧固件依次穿过第一固定孔、第
一通孔及第一连接孔，将第一硬塑板5、第一转接板及第一挡板2相连接。

[0046] 第二硬塑板6通过第二连接结构与第二挡板3可拆卸连接，第二连接结构包括：第二转接板、第二连接孔、第二固定孔和紧固件。

[0047] 其中，第二转接板，设置多个第二通孔；第二固定孔与第二通孔数量相同且一一对应，多个第二连接孔沿第一方向均布在第二挡板3上；第二固定孔与第二连接孔数量相同且
一一对应，第二固定孔沿第一方向均布在第二硬塑板6上；紧固件依次穿过第二固定孔、第
二通孔及第二连接孔，将第二硬塑板6、第二转接板及第二挡板3相连接。

[0048] 本发明实施例还提供了一种模拟德阳安岳裂陷槽成因机制的实验方法，应用于上述的模拟德阳安岳裂陷槽成因机制的实验装置，基质采用石英砂，如图3所示，为模型模拟
结果的平面演化图，其中图3a为隆起后平面特征，图3b为剥蚀后平面特征，图3c为伸展后平
面特征，图3d为走滑后平面特征。

[0049] 具体地，该方法包括以下操作步骤：步骤S1：设置实验参数。

[0050] 本实施例中，实验参数具体包括：模型的规模、第一硬塑板5和第二硬塑板6的形状及尺寸、可延展板4的尺寸、需铺设石英砂的层数及每层的厚度、标志层颜色、第一挡板2及
第二挡板3的移动速率、承托件71的尺寸和上升速率。

[0051] 需要指出的是，实验在常温下进行，各挡板的移动速率相同，被用作标志层的颜色应不同，染色后的石英砂物理性质不发生改变，只便于后续解释观察。

[0052] 步骤S2：在容纳腔内的可延展板4、第一硬塑板5和第二硬塑板6的上表面铺设多层基质，并分别于各层的顶面铺设不同颜色的标志层。

[0053] 例如，在箱体内铺设两层石英砂，第一层3cm厚、第二层1.5cm厚，第一层的顶面铺设红色的标志层，第二层的顶面铺设绿色的标志层。

[0054] 步骤S3：升降机构7驱使承托件71匀速上升并穿过实验平台1的通孔11与可延展板4接触，带动可延展板4及上覆的石英砂隆起，隆起一定程度后停止。

[0055] 步骤S4：刮去隆起的高部位的砂体以模拟剥蚀运动，并按剥蚀程度深浅对模型进行区域划分。

[0056] 在一些实施例中，可利用刮板刮去隆起的高部位砂体，刮板可作为上述的模拟德阳安岳裂陷槽成因机制的实验装置的组成部分，由控制器10控制运行；也可通过人工操作
刮板。其中，容纳腔的未封闭区域作为砂体排出口，例如，第二挡板3与第一挡板2的未封闭
处作为砂体排出口，按剥蚀程度深浅，分为未剥蚀区域、灯三段+灯四段未完全剥蚀的出露
区域、灯三段+灯四段完全剥蚀即灯一段+灯二段的出露区域，实验过程中拍照记录现象。

[0057] 需要额外指出的是，隆起过程中应利用第一挡块12和第二挡块13分别将对应的硬塑板一侧更好地压实，防止受到砂体隆起而翘起。

[0058] 步骤S5：升降机构7驱使承托件71下降到实验平台1的下方，同时，通过一对第一驱动装置8沿第一方向同步拉动可延展板4，使其做水平伸展运动，具备明显的砂体裂陷现象
后，停止伸展，并获取平面伸展特征的图像。

[0059] 需要说明的是，通过粘贴在可延展板4两侧的硬塑板带动中部的石英砂伸展，伸展过程中挡块不再压实硬塑板，并且两个硬塑板不与第二挡板3固定。

[0060] 步骤S6：继续铺设多层石英砂，其中，继续铺设的第一层将之前的砂体填平，后续需铺设的多层石英砂逐层铺设。

[0061] 例如，继续铺设四层石英砂，其中，继续铺设的第一层石英砂为裂陷槽形成后的填平补齐层筇竹寺组+麦地坪组，用于将之前砂体的中部裂陷槽填平，该层石英砂在未剥蚀区
域砂体沉积厚度为1cm，后续铺设的其他三层石英砂，逐层铺设厚度分别为2cm、2cm及3cm。

[0062] 步骤S7：将两个硬塑板分别固定于一对第二挡板3，并解除两个硬塑板与第一挡板2的连接，第二驱动装置9带动第一硬塑板5和第二硬塑板6相对且平行错动，并带动上覆的
所有石英砂层内部区域间相对运动，形成走滑构造，获取砂体顶面的图像。

[0063] 实验完毕完毕后，需要用湿毛巾覆盖于模型上表面（以防实验结果被后续操作所影响），最后浇水静置，约24h，确保实验砂体塑形，以供后续切片观察剖面实验现象。

[0064] 如图4a至图4j所示，分别为距模型下边界6.5cm、11.4cm、15.5cm、19.0cm、23.0cm、26.5cm、30.0cm、34.3cm、38.8cm、41.2cm处的剖面切片图。

[0065] 本发明通过控制器10控制第一驱动装置8同步驱动第一挡板2并带动连接在可延展板4两侧的两个硬塑板反向运动，以拉动可延展板4做水平伸展运动，模拟地层的拉张过
程；通过控制升降机构7驱使承托件71带动可延展板4及上覆的石英砂隆起，模拟地幔柱的
抬升造成的地层隆起，利用硬塑板模拟先存基底断裂的“活化”作用，再基于德阳安岳裂陷
槽发育形态、上覆地层分布情况与断裂系统特征，采用先横向伸展、后纵向走滑模式，更加
科学与直观地模拟德阳安岳裂陷槽的成因。

[0066] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领
域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

[0067] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“方式”、“具体方式”、或“一些方式”等的描述意指结合该实施例或方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性
表述不必须针对的是相同的实施例或方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可
以在任一个或多个实施例或方式中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领
域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或方式以及不同实施例或方式的特征
进行结合和组合。

[0068] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。