專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
構(gòu)造變形模擬是研究地質(zhì)構(gòu)造變形過(guò)程的 一種重要的實(shí)驗(yàn)手段，80年代以來(lái)，構(gòu)造物理模擬對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究起到了重要的作用，目前，國(guó)內(nèi)外構(gòu)造變形模擬僅僅局限于構(gòu)造二維形態(tài)的研究，對(duì)于構(gòu)造變形模擬實(shí)驗(yàn)中加載力源也僅限于單向和雙向，且對(duì)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究目前主要是在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，對(duì)模型進(jìn)行切片、測(cè)量等。然而，在模型變形過(guò)程中則無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟Ｐ鸵坏┣衅蜔o(wú)法繼續(xù)進(jìn)行下步實(shí)驗(yàn)， 只能通過(guò)模型透明的有機(jī)玻璃側(cè)面和開(kāi)放的頂面，推測(cè)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣的推測(cè)對(duì)于橫向結(jié)構(gòu)變化不大的模型還算有效，對(duì)于大多數(shù)橫向變化對(duì)比的實(shí)驗(yàn)，則無(wú)法取得變形過(guò)程中的模型內(nèi)部數(shù)據(jù)。法國(guó)Francais石油公司Colletta等(1991)、美國(guó)伊利諾斯大學(xué)地質(zhì)系Wilkerson等(1992)、日本千葉大學(xué)Ueta等(2000)先后將醫(yī)用CT技術(shù)應(yīng)用到構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)中，取得了較好的效果。目前國(guó)內(nèi)擁有物理模擬實(shí)驗(yàn)室的科研院校(如石油大學(xué)(北京)、中石化勝利油田勘探設(shè)計(jì)院等)均沒(méi)有將CT手段應(yīng)用到模擬實(shí)驗(yàn)中，使得物理模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法取得模型內(nèi)部演化的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一套可以實(shí)現(xiàn)多方向三維動(dòng)力加載并可精確控制的物理模擬實(shí)驗(yàn)裝置。一種由計(jì)算機(jī)控制的CT技術(shù)與構(gòu)造模擬融為一體的設(shè)備，實(shí)時(shí)將取得的模型內(nèi)部構(gòu)造軌跡數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)可視化四維效果，幫助地質(zhì)人員完成擠壓、伸展、走滑等多種構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)，為研究人員提供即時(shí)盆地地質(zhì)構(gòu)造模型演化過(guò)程。本發(fā)明所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)儀，它包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座，平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I， 中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)，下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)，CT設(shè)備，底座傾斜裝置，平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II，上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)，提升機(jī)械手，桁架，布砂裝置，實(shí)驗(yàn)砂箱，電動(dòng)缸，頂面數(shù)碼相機(jī)，側(cè)面數(shù)碼相機(jī)。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座上裝有底座傾斜裝置，底座傾斜裝置與液壓設(shè)備連接；中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)、 平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I、平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II、下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)、上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座上；實(shí)驗(yàn)砂箱裝在中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，桁架裝在實(shí)驗(yàn)砂箱上方，布砂裝置和提升機(jī)械手及頂面數(shù)碼相機(jī)裝在桁架上；CT設(shè)備和側(cè)面數(shù)碼相機(jī)位于實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座邊；平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I和平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II 下裝有絲杠，臺(tái)面上裝有模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸；下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部裝有用于升降臺(tái)面的電動(dòng)缸，臺(tái)面上裝有模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸；上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部裝有用于升降臺(tái)面的電動(dòng)缸，臺(tái)面上裝有模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸；布砂裝置與桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，布砂裝置上裝有激光設(shè)備；提升機(jī)械手與桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接。實(shí)驗(yàn)底座上裝有底座傾斜裝置，可使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)傾斜0 10度，底座傾斜裝置由液壓設(shè)備驅(qū)動(dòng)。平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I和平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II可左右運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)由絲杠動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，上置電動(dòng)缸對(duì)實(shí)驗(yàn)箱模型施加動(dòng)力。 下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)下部電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，可作向下傾斜0 10度，上置的電動(dòng)缸可對(duì)實(shí)驗(yàn)箱模型施加動(dòng)力。上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)通過(guò)下部電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，可作向上傾斜0 10度，上置的電動(dòng)缸可對(duì)實(shí)驗(yàn)箱模型施加動(dòng)力。布砂裝置具有攪拌、振動(dòng)、篩選功能，能測(cè)量和控制布砂厚度，測(cè)量由激光設(shè)備完成。提升機(jī)械手可將實(shí)驗(yàn)砂箱運(yùn)送至CT設(shè)備，提升機(jī)械手由上部桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。CT設(shè)備可完成實(shí)驗(yàn)砂箱中內(nèi)部變形構(gòu)造的掃描分析并實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)和四維動(dòng)態(tài)效果的變形結(jié)構(gòu)分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)者的需要，將實(shí)驗(yàn)材料(石英砂、玻璃珠等)通過(guò)布砂裝置分層鋪設(shè)到實(shí)驗(yàn)箱中，利用電動(dòng)缸從多方向向前推動(dòng)(或先后拉動(dòng))實(shí)驗(yàn)箱擋板，使得砂箱中的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行模擬特定的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生構(gòu)造變形。在模型變形過(guò)程中，頂面和側(cè)面數(shù)碼相機(jī)定時(shí)間隔拍攝模型照片。如果需要進(jìn)行模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察和測(cè)量，通過(guò)機(jī)械手將砂箱搬運(yùn)到CT機(jī)運(yùn)輸帶上，傳送到CT機(jī)內(nèi)進(jìn)行掃描，掃描結(jié)束后再通過(guò)機(jī)械手準(zhǔn)確搬回到實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，繼續(xù)進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。本裝置可實(shí)現(xiàn)三維多方向動(dòng)力加載，具有不破壞模型結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描，為研究人員提供定量分析的四維數(shù)字化數(shù)據(jù)。


圖1數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)儀俯視平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)儀側(cè)視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中1實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座，2平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)1，3中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)、4下俯試驗(yàn)臺(tái)，5CT設(shè)備，6底座傾斜裝置，7平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II，8上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)，9提升機(jī)械手，10桁架，11布砂裝置，12實(shí)驗(yàn)砂箱，13電動(dòng)缸，14頂面數(shù)碼相機(jī)，15側(cè)面數(shù)碼相機(jī)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座1，平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái) I 2，中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)3，下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)4，CT設(shè)備5，底座傾斜裝置6，平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II 7，上仰試驗(yàn)臺(tái)8，提升機(jī)械手9，桁架10，布砂裝置11，實(shí)驗(yàn)砂箱12，電動(dòng)缸13，頂面數(shù)碼相機(jī)14，側(cè)面數(shù)碼相機(jī)15 ；在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座1上裝有底座傾斜裝置6 ；在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座1上有一個(gè)中央實(shí)驗(yàn)臺(tái) 3、平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I 2、平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II 7、下俯試驗(yàn)臺(tái)4、上仰試驗(yàn)臺(tái)8;在中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)3上裝有實(shí)驗(yàn)砂箱12，在實(shí)驗(yàn)砂箱12上方裝有桁架10，布砂裝置11和提升機(jī)械手9及頂面數(shù)碼相機(jī)14裝在桁架10上；CT設(shè)備5和側(cè)面數(shù)碼相機(jī)15位于實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座邊。實(shí)驗(yàn)底座上裝有底座傾斜裝置，底座傾斜裝置與液壓設(shè)備連接。平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I和平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II下有絲杠連接，臺(tái)面上裝載了為模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸。下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部有電動(dòng)缸連接，用于升降臺(tái)面，臺(tái)面上裝載了為模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸。
上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部有電 動(dòng)缸連接，用于升降臺(tái)面，臺(tái)面上裝載了為模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸。布砂裝置與桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，并裝載激光設(shè)備。提升機(jī)械手與桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接。CT設(shè)備可完成實(shí)驗(yàn)砂箱中內(nèi)部變形構(gòu)造的掃描分析并實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)和四維動(dòng)態(tài)效果的變形結(jié)構(gòu)分析。如圖所示，利用液壓裝置6將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1升至0 10度任意角度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)3上面安裝實(shí)驗(yàn)砂箱12，根據(jù)每層實(shí)驗(yàn)材料厚度，通過(guò)布砂裝置11將實(shí)驗(yàn)材料鋪設(shè)到實(shí)驗(yàn)砂箱12內(nèi)，將側(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I 2、平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II 7、下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)4、上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)8)移到指定位置，并將側(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的電動(dòng)缸13移動(dòng)到指定角度位置，啟動(dòng)電動(dòng)缸13，進(jìn)行擠壓或拉伸實(shí)驗(yàn)箱12的擋板，完成對(duì)模型的應(yīng)力傳遞，使得模型發(fā)生地質(zhì)構(gòu)造變形。同時(shí)，開(kāi)啟頂面數(shù)碼相機(jī)14和側(cè)面數(shù)碼相機(jī)15，對(duì)模型變形過(guò)程進(jìn)行定時(shí)間隔拍攝。在擠壓(拉伸)實(shí)驗(yàn)中、或擠壓(拉伸)結(jié)束后，需要對(duì)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描時(shí)，由提升機(jī)械手9，將實(shí)驗(yàn)砂箱12運(yùn)移到CT設(shè)備5的運(yùn)輸帶上，由運(yùn)輸帶將模型輸送到CT設(shè)備5內(nèi)進(jìn)行掃描工作，掃描結(jié)束后，再由提升機(jī)械手9將實(shí)驗(yàn)砂箱12及模型準(zhǔn)確返回到中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)3上，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)儀，它包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座，平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I，中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)，下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)，CT設(shè)備，底座傾斜裝置，平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II，上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)，提升機(jī)械手，桁架，布砂裝置，實(shí)驗(yàn)砂箱，電動(dòng)缸，頂面數(shù)碼相機(jī)，側(cè)面數(shù)碼相機(jī)；其特征在于在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座上裝有底座傾斜裝置，底座傾斜裝置與液壓設(shè)備連接；中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)、平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I、平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II、下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)、上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座上；實(shí)驗(yàn)砂箱裝在中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，桁架裝在實(shí)驗(yàn)砂箱上方，布砂裝置和提升機(jī)械手及頂面數(shù)碼相機(jī)裝在桁架上；CT設(shè)備和側(cè)面數(shù)碼相機(jī)位于實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座邊；平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I和平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II下裝有絲杠，臺(tái)面上裝有模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸；下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部裝有用于升降臺(tái)面的電動(dòng)缸，臺(tái)面上裝有模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸；上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部裝有用于升降臺(tái)面的電動(dòng)缸，臺(tái)面上裝有模型加載動(dòng)力的電動(dòng)缸；布砂裝置與桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，其上裝有激光設(shè)備；提升機(jī)械手與桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬儀，其特征在于實(shí)驗(yàn)底座上裝有底座傾斜裝置，可使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在O 10度范圍內(nèi)任意角度傾斜，底座傾斜裝置由液壓設(shè)備驅(qū)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬儀，其特征在于可平移的側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I和平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II可以左右運(yùn)動(dòng)，臺(tái)面上裝載的電動(dòng)缸可在運(yùn)動(dòng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)砂箱進(jìn)行動(dòng)力加載。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬儀，其特征在于下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)由下部電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，可作0 10度范圍內(nèi)任意角度的向下傾斜，臺(tái)面上裝載的電動(dòng)缸可在運(yùn)動(dòng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)砂箱進(jìn)行動(dòng)力加載。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬儀，其特征在于上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)由下部電動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)，可作0 10度范圍內(nèi)任意角度的向上傾斜，臺(tái)面上裝載的電動(dòng)缸可在運(yùn)動(dòng)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)砂箱進(jìn)行動(dòng)力加載。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬儀，其特征在于布砂裝置裝載于上部桁架上，具有攪拌、振動(dòng)、篩選功能，依靠激光設(shè)備和桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和定位實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制布砂厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬儀，其特征在于提升機(jī)械手可將實(shí)驗(yàn)砂箱運(yùn)送至CT設(shè)備，提升機(jī)械手由上部桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬儀，其特征在于CT設(shè)備可完成實(shí)驗(yàn)砂箱中內(nèi)部變形構(gòu)造的掃描分析并實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)和四維動(dòng)態(tài)效果的變形結(jié)構(gòu)分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字化盆地構(gòu)造物理模擬實(shí)驗(yàn)儀；在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座上裝有底座傾斜裝置；在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座上有一個(gè)中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)、平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I、平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II、下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)、上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)；在中央實(shí)驗(yàn)臺(tái)上裝有實(shí)驗(yàn)砂箱，在實(shí)驗(yàn)砂箱上方裝有桁架，布砂裝置和提升機(jī)械手及頂面數(shù)碼相機(jī)裝在桁架上；CT設(shè)備和側(cè)面數(shù)碼相機(jī)位于實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座邊；平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)I和平移側(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)II下裝有絲杠，臺(tái)面上裝有電動(dòng)缸；下俯實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部裝有電動(dòng)缸，臺(tái)面上裝有電動(dòng)缸；上仰實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部裝有電動(dòng)缸，臺(tái)面上裝有電動(dòng)缸；布砂裝置與桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接，并裝有激光設(shè)備；提升機(jī)械手與桁架上的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接；可實(shí)現(xiàn)三維多方向動(dòng)力加載，提供定量分析的四維數(shù)字化數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B15/06GK102374852SQ20101024901
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者吳曉俊, 張朝軍, 李本亮, 楊庚, 石昕, 解國(guó)愛(ài), 賈東, 陳竹新, 雷永良 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司