本發明公開了一種用于超重力環境下的底辟物理模擬實驗裝置及實驗方法，實驗裝置包括實驗箱和底辟動力裝置，實驗箱由長推板、移動板及實驗箱底板組成，其中移動板包括移動固定板和與其連接的移動伸縮板，實驗箱內放置實驗材料；在底辟動力裝置的作用下，長推板前后移動，移動伸縮板作伸縮運動，用以擠壓變形實驗箱內的實驗材料。本發明的實驗裝置在常重力條件下，完成對深層構造物理模擬實驗箱內的實驗材料的布置，在離心力條件下，對構造物理模擬實驗箱的底辟動力裝置進行自動控制，使得構造物理模擬實驗箱完成深層構造物理模擬實驗，實驗箱內的動力構造變形物理模擬實驗過程研究，為研究人員提供即時地質構造演化過程模型。

技術領域

本發明涉及一種實驗裝置及實驗方法，尤其涉及一種用于超重力環境下的底辟物理模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術

地質構造的物理模擬已有二百多年的研究歷史。這一領域的研究直到上個世紀30年代相似性理論的建立(Hubbert,1937才得到實質性的發展，并最終成為地質構造變形規律、形成過程和成因機制研究的最主要手段。長期以來，人們利用常重力構造物理模擬裝置對地質構造過程開展有過全面研究，極大地推進了構造地質學的研究與認識水平。

構造變形物理模擬方法在國內外構造地質學研究領域取得了顯著成效，國內外一些著名大學和研究所紛紛建立了各自的相關實驗室，例如，美國斯坦福大學、賴斯大學、英國倫敦大學、瑞士伯爾尼大學等。在國內，南京大學、中國地質大學(北京)、成都理工大學、中國石油大學(北京)等高校相繼建立了構造物理模擬實驗室，主要用于模擬構造變形物理模擬的實驗研究。然而，大多數構造物理模擬實驗是在正常重力條件下的砂箱實驗中完成的。常重力構造物理模擬實驗在涉及巖石流動變形(如地幔柱上涌、軟流圈對流、下地殼流動和巖漿及膏鹽地層底辟)等問題的深層構造過程物理模擬方面存在很大的局限，常重力構造物理模擬實驗可以模擬逼真的構造變形形態，但實驗缺少了構造變形的應力影響因素。

對于涉及重力的地學問題，離心機具有不可替代的作用。使用離心機，可以實現正常重力幾百倍、甚至1000倍以上的超重力環境，因此能把實際地質體縮小成一個地質模型，在實驗室里對它進行研究。對于地殼中的巖石，重力是控制其破壞和變形的主要因素，使用離心機進行有關的物理模擬實驗是必然選擇。瑞典Uppsala大學Ramberg實驗室率先開展了基于離心機超重力環境的物理模擬研究(Ramberg,1967，隨后加拿大皇后大學和意大利佛羅倫薩大學等構造模擬實驗室也相繼開展了這方面工作，國外學者也發表了相應的研究成果(HarrisKoyi(2003,JSG)、Acocella(2008,EPSL)、NobleDixon(2011,JSG)、CortiDooley(2015,Tectonophysics)、DietlKoyi(2011,JSG)等。

開展離心機超重力環境下的模擬實驗是解決常重力構造物理模擬實驗存在問題的有效途徑，然而由于長臂大型離心機結構復雜造價高昂，離心機超重力場環境的物理模擬絕大多數采用造價較低、尺寸較小的鼓式離心機。盡管這些鼓式離心機地質構造模擬裝置的最高重力加速度可達1000g以上，但實驗模型的尺寸極小(最大十多厘米，難以精細模擬實際地質構造現象，并且由于實驗艙空間狹小，無法像常重力實驗裝置那樣配備施力部件和實時觀測儀器，難以精密控制變形速率和同步記錄變形全過程。目前，針對離心機環境下地質構造的模擬實驗研究的實例還非常少，絕大多數離心機模擬實驗主要應用于巖土工程結構的應力變形特性和滲透特性的研究。如中國水利水電科學研究院土木工程實驗室擁有大型土工離心模型試驗機，離心機環境下應用于構造模擬實驗的相關設備目前則幾乎沒有。

發明內容

發明目的：本發明的第一目的是為研究人員提供超重力環境地質構造演變過程模型的底辟物理模擬實驗裝置；本發明的第二目的是提供利用該實驗裝置的實驗方法。