探的砂箱物理模擬實驗裝置，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有能夠進(jìn)行超壓地層塑性變形構(gòu)造模擬實驗中，地層前積或退積引起的超壓層迀移的問題。其基于模擬超壓泥巖迀移條件下前陸盆地和三角洲重力滑動構(gòu)造的構(gòu)造演化的砂箱物理模擬實驗裝置，是利用粗石英砂模擬脆性地層，細(xì)石英砂模擬泥巖層；在超壓情況下泥巖是塑性的，而常壓情況下泥巖是與其他巖石一樣的脆性。本發(fā)明利用模型幾何相似比通常為1:1O5計算模型尺寸，按照尺寸將石英砂鋪設(shè)在實驗容器中，通過氣栗和氣體緩沖器，提供穩(wěn)定的高壓氣流到總輸氣管，用閥門和氣體流速表獨(dú)立控制氣流速度，通過橡膠管提供給氣體分隔器的每一個獨(dú)立格子，高壓氣體透過底部金屬網(wǎng)向上進(jìn)入實驗容器內(nèi)的砂體進(jìn)行實驗。實驗過程中可以調(diào)節(jié)閥門控制砂體不同部分的空氣流速，隨著空氣流速的增加，細(xì)砂層的超壓也隨之增加，此時表現(xiàn)為塑性特征，在重力或其他推力的作用下發(fā)生變形，因此本實驗裝置實現(xiàn)了盆地構(gòu)造模擬過程中塑性特征超壓地層的迀移。
[0020]概括地講，本發(fā)明的用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置基于如下原理來實現(xiàn):實驗容器內(nèi)放置實驗砂體，利用底部金屬網(wǎng)承托砂體，并與氣體分隔器連通，通過橡膠管連接氣體流速表和閥門，閥門與總輸氣管連接，通過氣栗和氣體緩沖器提供穩(wěn)定高壓氣流，通過氣體流速表監(jiān)測氣體分隔器每個格子的空氣流速，利用閥門控制氣體分隔器每個格子的空氣流速。通過對實驗砂體的不同部位注入流速不同的空氣，實現(xiàn)對超壓塑性地層的控制。
[0021]如附圖1中所示，I一實驗容器、131—正面玻璃板、132—背面玻璃板、133—左側(cè)玻璃板和134—右側(cè)玻璃板、2—底部金屬網(wǎng)、3—?dú)怏w分隔器、前金屬板301、4一橡膠管、5—閥門、6—?dú)怏w流速表、7—總輸氣管、8—?dú)怏w緩沖器、9一氣壓表、10—?dú)饫酢?1 一粒徑20目干燥石英砂、12—粒徑40目干燥石英砂。
[0022]本發(fā)明的用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置，其為模擬超壓地層迀移條件下塑性變形構(gòu)造特征的砂箱物理模擬實驗裝置，其包括模型模塊和地層超壓加載模塊。模型模塊用于放置模擬盆地構(gòu)造的粒徑20目干燥石英砂11和粒徑40目干燥石英砂12。其中，粒徑20目干燥石英砂11用于模擬正常地層壓力的巖層，粒徑40目干燥石英砂12用于模擬形成異常超壓地層的巖層。粒徑40目干燥石英砂12的鋪設(shè)范圍決定了異常超壓地層的分布范圍，應(yīng)根據(jù)實際模擬實驗?zāi)康牡男枰M(jìn)行鋪設(shè)。地層超壓加載模塊用于對模型砂體注入空氣，由于粒徑20目干燥石英砂11與粒徑40目干燥石英砂12的滲透性差異，而使粒徑40目干燥石英砂12的內(nèi)部形成異常超壓，從而模擬超壓地層的塑性變形。
[0023]進(jìn)一步地，模型模塊包括實驗容器1、底部金屬網(wǎng)2、粒徑20目干燥石英砂11和粒徑40目干燥石英砂12 ;實驗容器I為長方體，尺寸為Im長*0.2m寬*0.3m高，頂部敞開，周圍四面為玻璃板，分別為正面玻璃板131、背面玻璃板132、左側(cè)玻璃板133和右側(cè)玻璃板134 ;正面玻璃板131和背面玻璃板132尺寸相同，為Im長*0.3m寬，左側(cè)玻璃板133和右側(cè)玻璃板134尺寸相同，為0.2m長*0.3m寬；底部金屬網(wǎng)2為鋼鐵材質(zhì)，尺寸為Im長*0.2m寬，網(wǎng)格為正方形，孔徑小于50目；四塊擋板玻璃與底部金屬網(wǎng)2通過粘結(jié)組成長方體容器；根據(jù)實驗設(shè)計，發(fā)育地層超壓的部位鋪滿粒徑40目干燥石英砂12，再均勻鋪蓋粒徑20目干燥石英砂11 ;底部金屬網(wǎng)2能夠使空氣透過并向上流動，而容器內(nèi)的砂體不會向下漏失。
[0024]超壓流體加載模塊包括氣體分隔器3、橡膠管4、閥門5、氣體流速表6、總輸氣管7、氣體緩沖器8、氣壓表9和氣栗10 ;氣體分隔器3為長方體容器，整體尺寸為Im長*0.2m寬*5cm高，六面均為鋼鐵材質(zhì)；氣體分隔器3放在底部金屬網(wǎng)2之下，長寬對齊；氣體分隔器3內(nèi)部由15塊0.2m(米)長*5cm(厘米)寬的金屬擋板豎立橫向放置，將氣體分隔器
3均勻分為16個0.2m長*6.25cm寬的獨(dú)立格子，格子之間互相不連通；每個格子上部的正中間開0.2m長*2mm(毫米)寬的縫隙，使格子內(nèi)的氣體可以先通過縫隙，再通過底部金屬網(wǎng)2進(jìn)入實驗容器I ;氣體分隔器3的前金屬板301在高2.5cm、左起3.125cm處鉆直徑5mm小孔，之后保持2.5cm高，沿水平方向在前金屬板301上每隔6.25cm鉆直徑5mm小孔，共計16個小孔沿實驗臺長邊方向依次排成一排，并在水平方向上對齊，每個小孔分別對應(yīng)一個獨(dú)立的格子，使格子內(nèi)的氣體可以通過小孔與外界交換；每個小孔內(nèi)插入橡膠管4，并使橡膠管4外表面與氣體分隔器3的前金屬板301密封；16個橡膠管4分別連接相應(yīng)的閥門5和氣體流速表6，使空氣分別通過每個橡膠管4的流速可以通過閥門5控制，并通過氣體流速表6顯不流速；將16個橡膠管4末端全部相通并與總輸氣管7相連；總輸氣管7為銅管，口徑1cm，裝有閥門13，總輸氣管7末端連接氣體緩沖器8 ;氣體緩沖器8頂部與氣栗10相連，通過氣栗10向氣體緩沖器8栗入空氣，驅(qū)使空氣通過總輸氣管7分別進(jìn)入氣體分隔器3內(nèi)的獨(dú)立格子；氣體緩沖器8是一個空的圓柱體塑料容器，容量為60L，作用是使氣體的壓力和流速保持穩(wěn)定，防止氣體壓力過大或者提高過快破壞實驗砂體，在氣體緩沖器8上部連接氣壓表9以用來檢測氣體緩沖，8的壓力，當(dāng)壓力過大時自動泄壓。
[0025]利用本裝置的具體使用步驟如下:
[0026]第一步，根據(jù)實際盆地尺寸，按照1:105比例縮小得出實驗體的尺寸，根據(jù)實際盆地沉積地層厚度和形態(tài)鋪設(shè)實驗砂體，其中發(fā)生超壓作用的地層用細(xì)粒的干燥石英砂粒徑40目12模擬，其他常壓地層用粗粒的干燥石英砂粒徑20目11模擬。
[0027]第二步，先設(shè)定氣壓表9的最大實驗氣壓，關(guān)閉氣體分隔器3上橡膠管4的閥門5，關(guān)閉總輸氣管7的閥門13，打開氣栗，此后打開總輸氣管的閥門13，逐漸打開橡膠管4的閥門5，調(diào)節(jié)速度不可過快，在調(diào)節(jié)過程中通過氣體流速表6監(jiān)測氣體分隔器3內(nèi)各個格子的流速，直至達(dá)到實驗所需為止，此時超壓地層由脆性特征轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄蕴卣鳎瑢嶒為_始。
[0028]第三步，實驗過程中可從模型的各個側(cè)面觀察和記錄。實驗結(jié)束后，保持橡膠管4的閥門5不動，先關(guān)閉總輸氣管的閥門13，待氣體停止流動后，再關(guān)閉橡膠管4的閥門5，此時超壓層不再具有塑性，可對實驗砂體噴水定型后切片觀察盆地模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0029]依據(jù)本發(fā)明的另一實施例，在本發(fā)明的用于地震勘探的砂箱物理模擬實驗裝置中，實驗裝置包括以下部件，分別為實驗容器1、正面玻璃板131、背面玻璃板132、左側(cè)玻璃板133和右側(cè)玻璃板134、底部金屬網(wǎng)2、氣體分隔器3、前金屬板301、橡膠管4、閥門5、氣體流速表6、總輸氣管7、氣體緩沖器8、氣壓表9、氣栗10、粒徑20目干燥石英砂11、粒徑40目干燥石英砂12、總輸氣管的閥門13。其中實驗砂體為粒徑20目干燥石英砂11、粒徑40目干燥石英砂12均放置于實驗容器I內(nèi)，氣體分隔器3位于實驗容器I下部，分隔成16個格子，每個格子內(nèi)部的氣壓獨(dú)立，底部金屬網(wǎng)2承托實驗砂體，將實驗砂體和下部的氣體分隔器3連通，實驗砂體不能通過底部金屬網(wǎng)2，同時空氣可透過底部金屬網(wǎng)2向上運(yùn)動，氣體分隔器3的每個格子通過單獨(dú)的橡膠管4連接氣體流速表6和閥門5，閥門5控制氣體流速，用氣體流速表6監(jiān)測氣體流速，閥門5的另一端用總輸氣管7連接氣體緩沖器8，氣體緩沖器8是體積較大的容器，起緩沖作用使氣體壓力和流速穩(wěn)定，氣體緩沖器8上安裝氣壓表9，監(jiān)測氣體緩沖器8內(nèi)氣壓，使用氣栗10向氣體緩沖器8充氣，提供高氣壓。通過閥門5控制每個氣體分隔器3的氣體流速及壓力，使氣體透過底部金屬網(wǎng)2向?qū)嶒炄萜鱅內(nèi)的砂體注入空氣，砂體分為粗砂(粒徑20目干燥石英砂11)和細(xì)砂(粒徑40目干燥石英砂12)，其中細(xì)砂(粒徑20目干燥石英砂11)由于滲透率低于粗砂(粒徑40目干燥石英砂12)在空氣作用下發(fā)生超壓，產(chǎn)生塑性特征，能夠模擬前陸盆地和三角洲重力滑動構(gòu)造的超壓地層，實現(xiàn)盆地模擬實驗。
[0030]在本發(fā)明的又一實施例中，實驗容器I頂部敞開，四個側(cè)面(正面玻璃板131、背面玻璃板132、左側(cè)玻璃板133、右側(cè)玻璃板134)為玻璃材質(zhì)，能夠觀察和記錄實驗進(jìn)程，實驗開始時在實驗容器I內(nèi)按照模型相似性(實際與實驗比