走滑斷層構造物理模擬實驗裝置的制作方法

本實用新型涉及一種應用于地球物理勘探開發領域中的可對走滑斷層形成過程進行模擬的實驗裝置。

背景技術：

走向滑動斷層即規模巨大的平移斷層，又稱橫移斷層、走滑斷層，亦稱為扭轉斷層，平移斷層作用的應力是來自兩旁的剪切力作用，其兩盤順斷層面走向相對移動，而無上下垂直移動。由于斷層面是水平方向移動的，所以在野外的觀察上經常沒有明顯的斷崖，只會在地面上看到一條斷層直線。在進行走滑斷層的研究中，很多情況下，需要對走滑斷層物理模擬實驗，但遺憾的是，至目前還沒有一種切實可行的模擬實驗裝置被提供出來。

技術實現要素：

為了解決背景技術中所提到的技術問題，本實用新型提供一種走滑斷層構造物理模擬實驗裝置，該種模擬實驗裝置在重力和剪切張力的作用下，模擬走滑斷層的形成過程，易于操作，便于觀察，實驗結果可信度高。

本實用新型的技術方案是：該種走滑斷層構造物理模擬實驗裝置，包括具有左、右兩側支撐架的基座，其獨特之處在于：

所述實驗裝置還包括支撐平板、樣品模塊嵌入框、網狀變形校驗尺以及支撐平板仰角手動調整機構；

其中，支撐平板的表面開有一個方形凹槽，所述方形凹槽的邊框由永磁體材料制成；

所述樣品模塊嵌入框的一個邊采用與所述方形凹槽的邊框磁性相反的永磁體材料制成，所述樣品模塊嵌入框的另外三個邊采用塑料材質制成，所述樣品模塊嵌入框的四個邊彼此之間采用鉸接的活動連接方式進行連接；

網狀變形校驗尺由若干片狀的高彈性材料插接后制成，形成網格；每個網格對應的部分均刻有表征變形量的標尺刻度；

支撐平板仰角手動調整機構包括齒輪軸、直齒齒輪、錐形齒輪、齒輪軸基座、錐形齒輪軸以及下端連接傘齒輪的轉動手柄；其中，轉動手柄下端的傘齒輪與錐形齒輪咬合以實現轉動，錐形齒輪軸固定在齒輪軸基座上，錐形齒輪固定在錐形齒輪軸的前端；錐形齒輪軸的中段固定直尺小齒輪，所述直尺小齒輪與直齒齒輪相嚙合；直齒齒輪固定連接在齒輪軸上，可帶動齒輪軸轉動；

支撐平板的左端與支撐架之間通過轉動軸承形成轉動連接；支撐平板的右端固定連接齒輪軸；

支撐平板仰角手動調整機構固定在位于右側的支撐架的封閉框架體內，僅轉動手柄伸出所述封閉框架體。

本實用新型具有如下有益效果：利用本種實驗裝置，可在重力和剪切張力的作用下，模擬走滑斷層的形成過程，并觀察分析走滑斷層的形成過程以及走滑斷層之間的相互作用和伴生裂縫的發育及分布規律。本實驗裝置中的實驗原理符合真實地質條件，易于操作，便于觀察，實驗結果可信度高。本實驗裝置構造的模型系統具有三大特點：一是由可變換的框架構成；二是可視化；三是在模擬實驗過程中，網狀變形校驗尺能夠直接顯示變形量。利用本種實驗裝置能夠直接拍攝走滑斷層斷層活動及其伴生裂縫發育演化過程。

附圖說明：

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型所述網狀變形校驗尺的結構示意圖。

圖中1-基座， 2-轉動手柄，3-支撐架，4-手動調節裝置，5-支撐平板，6-樣品模塊嵌入框，7-網狀變形校驗尺，8-實驗模塊，9-齒輪軸，10-直齒齒輪 ，11-錐形齒輪，12-齒輪軸基座，13-錐形齒輪軸。

具體實施方式：

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

由圖1所示，該種走滑斷層構造物理模擬實驗裝置，包括具有左、右兩側支撐架3的基座1，其獨特之處在于：

所述實驗裝置還包括鋁制的支撐平板5、樣品模塊嵌入框6、網狀變形校驗尺7以及支撐平板仰角手動調整機構4。

其中，支撐平板5的表面開有一個方形凹槽，所述方形凹槽的邊框由永磁體材料制成。所述樣品模塊嵌入框的一個邊采用與所述方形凹槽的邊框磁性相反的永磁體材料制成，所述樣品模塊嵌入框的另外三個邊采用塑料材質制成，所述樣品模塊嵌入框的四個邊彼此之間采用鉸接的活動連接方式進行連接。應用時，將樣品模塊嵌入框的磁性邊與方形凹槽的邊框相吸合以實現固定一個邊的目的。

如圖2所示，網狀變形校驗尺7由若干片狀的高彈性材料插接后制成，形成網格；每個網格對應的部分均刻有表征變形量的標尺刻度14。網狀變形校驗尺宜采用彩色，網狀變形校驗尺的橫縱兩個方向均有標尺刻度。

支撐平板仰角手動調整機構4包括齒輪軸9、直齒齒輪10、錐形齒輪11、齒輪軸基座12、錐形齒輪軸13以及下端連接傘齒輪的轉動手柄2。其中，轉動手柄2下端的傘齒輪與錐形齒輪11咬合以實現轉動，錐形齒輪軸13固定在齒輪軸基座12上，錐形齒輪11固定在錐形齒輪軸13的前端；錐形齒輪軸13的中段固定直尺小齒輪，所述直尺小齒輪與直齒齒輪10相嚙合；直齒齒輪10固定連接在齒輪軸9上，可帶動齒輪軸9轉動。

支撐平板5的左端與支撐架3之間通過轉動軸承形成轉動連接；支撐平板5的右端固定連接齒輪軸9；支撐平板仰角手動調整機構4固定在位于右側的支撐架3的封閉框架體內，僅轉動手柄2伸出所述封閉框架體。

使用時，首先，在樣品模塊嵌入框內裝載實驗模塊8，實驗模塊由濕潤粘土和精細斷層泥組成，顆粒大小為小于125um，大多數實驗中，水的含量不超過總重量的39%。將潮濕的顆粒材料放在模塊中形成一個2.3cm厚度的平面層，加載模塊之前，將鋁制的支撐平板5放置水平并保持表面濕潤，將一層塑料包膜放置在鋁板和實驗模塊之間用以減少摩擦，鋁板四周不被塑料覆蓋，這樣可以使模塊通過塑料膜更容易向下滑動。

然后將網狀變形校驗尺7插在樣品模塊嵌入框中，用以觀察張力變化，或者直接將標記刻在模塊中。

再后來，框架于2個小時后移動，通過轉動轉動手柄而慢慢改變支撐平板5的傾斜角度，應變率控制在10^-4/S,這樣，這樣可以使斷層的生長與地殼中的類似。由于樣品模塊嵌入框的固定邊框吸合在支撐平板5的方形凹槽內，而另外三邊側處于活動狀態，走滑斷層所產生的剪切變形可以通過重力作用，張力作用，以及摩擦力共同產生。最大的剪切應變可以達到0.8。同時在實驗過程中拍照。其中一些照片需要模塊干燥后拍攝，因為早期的照片不能捕捉到一些細節的變化。雖然在干燥的過程中沒有新的斷層產生，但是一些斷層孔會在干燥的過程中被放大。

本種物理模擬實驗裝置針對走滑斷層活動及其伴生裂縫發育的構造進行物理模擬，操控簡單、可視性強并可實現模型的多樣化，彌補了現有技術中存在的不足之處。