阅读说明：本技术 一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置及分析方法 (Simulation device and analysis method for superposition of magma diapir and stretching action ) 是由 高斌 邢文军 于福生 付兴深 王方鲁 张明 吴鑫 霍丽丽 徐文会 张敬艺 张建坤 于 2018-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置及分析方法,属于断层成因机制研究领域。所述岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法通过将介质容器内填充的介质侵入装填有多层砂子的砂箱中,再启动第一发动机和第二发动机拉伸砂箱,对砂体进行切割,得到第一切片；先启动第一发动机和第二发动机拉伸装填有多层砂子的砂箱,再将介质容器内填充的介质侵入到砂箱中,对砂体进行切割,得到第二切片；根据第一切片和第二切片,得到多个典型构造变形样式,将其与目标区域的构造变形样式对比,如果目标区域的构造变形样式与其中的任意一个或多个的特征相似,则确定目标区域的构造变形的成因类型及典型构造变形样式,有助于指导目标区域的地震解释。(The invention discloses a simulation device and an analysis method for superposition of magma diapir and stretching action, and belongs to the field of fault cause mechanism research. According to the simulation analysis method for superposition of the magma diapir and the stretching action, a medium filled in a medium container is immersed into a sand box filled with multiple layers of sand, then a first engine and a second engine are started to stretch the sand box, and a sand body is cut to obtain a first slice; the method comprises the steps that a first engine and a second engine are started firstly, the sand box filled with multiple layers of sand is stretched, then the medium filled in a medium container is immersed into the sand box, and a sand body is cut to obtain a second slice; and obtaining a plurality of typical structural deformation patterns according to the first slice and the second slice, comparing the typical structural deformation patterns with the structural deformation patterns of the target area, and if the structural deformation patterns of the target area are similar to any one or more characteristics of the target area, determining the cause type and the typical structural deformation patterns of the structural deformation of the target area, thereby being helpful for guiding the seismic interpretation of the target area.)

一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置及分析方法

技术领域

本发明涉及断层成因机制研究领域，特别涉及一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置及分析方法。

背景技术

岩浆底辟作为岩浆活动的一种表现形式，是一种重要的内动力地质作用。而岩浆活动与对烃源岩的生排烃、圈闭的形成以及油气成藏等都起到重要控制作用的盆地的形成演化密切相关。因此，研究岩浆底辟与盆地的伸展作用之间的关系对油气勘探开发具有重要意义。

目前，公开了一种油气勘探中用于底辟构造研究的装置(公开号为CN200965572Y的中国专利申请)，提供了一种能够完成不同的底辟构造实验的构造物理模拟试验底辟装置，其包括液压供油机构和底辟构造部分，底辟构造部分包括底辟板，底辟板上设有孔，底辟板上部和下部分别设有砂箱和液体介质箱，液压供油机构与液体介质箱连通，其中，液压供油机构包括空气压缩机、汽缸，空气压缩机和汽缸通过管路连通液体介质箱，液体介质箱内设有的介质为脂状，砂箱内装有砂。采用上述结构，通过切开砂体或直接观察形成的结果进行试验。

然而，将岩浆底辟与伸展作用叠合作为断裂构造样式成因，以探究构造变形组合样式的方法还没有相关的装置或方法，且目前已有的部分断裂构造样式的成因无法解释、发育样式无法预测。

发明内容

为了探究目前已有的部分断裂构造样式的成因、并预测其发育样式，本发明提供一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置及分析方法。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置，所述装置包括砂箱、支撑台、第一发动机、第二发动机和介质容器，其中，

所述支撑台包括相连的支撑板和支撑腿，所述支撑板设置在所述支撑腿上；

所述砂箱、所述第一发动机和所述第二发动机设置在所述支撑板的上部，且所述第一发动机和所述第二发动机对称设置在所述砂箱的两侧，所述介质容器设置在所述支撑板的下部；

所述支撑板上开设有第一通孔，所述砂箱的底部开设有第二通孔，所述第二通孔通过所述第一通孔与所述介质容器连通。

可选择地，所述砂箱包括伸展钢板和壁板；

所述壁板的一端与所述伸展钢板相连，且所述壁板所在的平面与所述伸展钢板所在的平面垂直；

所述壁板上开设有第二通孔。

可选择地，所述第一发动机和所述第二发动机的连线所在的直线与所述介质容器的轴线所在的直线垂直。

可选择地，所述介质容器包括本体、阻隔板和拉杆；

所述阻隔板设置在所述本体内，所述拉杆与所述阻隔板相连。

可选择地，所述介质容器还包括设置在所述本体内，且位于所述阻隔板的下部的固定板；

所述固定板开设有螺纹孔，所述拉杆的外壁设置有螺纹，所述拉杆穿过所述固定板与所述阻隔板相连。

可选择地，所述本体内填充有硅胶，且所述硅胶的粘度范围为500-1000Pa·s。

可选择地，所述本体的外壁上设置有刻度。

另一方面，本发明实施例还提供了一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法，基于上述第一方面中任一项所述的岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置，其特征在于，所述方法包括：

向砂箱中装填多层砂子，将介质容器内填充的介质通过第一通孔和第二通孔侵入到所述砂箱中，再启动第一发动机和第二发动机拉伸所述砂箱；

对所述砂箱内的砂体进行切割，得到第一切片；

向所述砂箱中装填多层砂子，先启动所述第一发动机和所述第二发动机拉伸所述砂箱，再将所述介质容器内填充的介质通过所述第一通孔和所述第二通孔侵入到所述砂箱中；

对所述砂箱内的砂体进行切割，得到第二切片；

根据所述第一切片和所述第二切片，得到多个典型构造变形样式；

根据目标区域的钻井资料及地震资料，得到目标区域的构造变形样式；

对比所述多个典型构造变形样式和所述目标区域的构造变形样式，如果所述目标区域的构造变形样式与所述多个典型构造变形样式中的任意一个或多个的特征相似，则确定所述目标区域的构造变形的成因类型及典型构造变形样式。

可选择地，所述典型构造变形样式包括剖面构造变形样式和平面构造变形样式。

可选择地，所述特征包括断层倾向滑距的变化量。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

通过向砂箱中装填多层砂子，将介质容器内填充的介质通过第一通孔和第二通孔侵入到砂箱中，再启动第一发动机和第二发动机拉伸砂箱，对砂箱内的砂体进行切割，得到先岩浆底辟后伸展作用的第一切片，继而再向砂箱中装填多层砂子，先启动第一发动机和第二发动机拉伸砂箱，再将介质容器内填充的介质通过第一通孔和第二通孔侵入到砂箱中，对砂箱内的砂体进行切割，得到先伸展作用后岩浆底辟的第二切片，根据第一切片和第二切片，得到多个典型构造变形样式，而根据目标区域的钻井资料及地震资料，得到目标区域的构造变形样式，对比多个典型构造变形样式和目标区域的构造变形样式，如果目标区域的构造变形样式与多个典型构造变形样式中的任意一个或多个的特征相似，则确定目标区域的构造变形的成因类型及典型构造变形样式，为探究目前已有的部分断裂构造样式的成因、并预测其发育样式提供了一种技术手段，并有助于指导目标区域的地震解释。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的利用一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法得到的第一切片的平面演化图；

图4为本发明实施例提供的利用一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法得到的第一切片的剖面切片图；

图5为本发明实施例提供的利用一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法得到的第二切片的平面演化图；

图6为本发明实施例提供的利用一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法得到的第二切片的剖面切片图；

图7为研究区过N1井地震剖面及构造变形样式解释结果图；

图8为研究区过B9-1井地震剖面及构造变形样式解释结果图。

图中的附图标记分别表示为：

1-砂箱，11-伸展钢板，12-壁板，13-第二通孔，

2-支撑台，21-支撑板，22-支撑腿，211-第一通孔，

3-第一发动机，

4-第二发动机，

5-介质容器，51-本体，52-阻隔板，53-拉杆，54-固定板，55-刻度。

具体实施方式

在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，本发明实施例中所涉及的方位名词，如“上部”、“下部”、“底部”，均以图1中所示方位为基准，仅仅用来清楚地描述本发明实施例的岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置的结构，并不具有限定本发明保护范围的意义。

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一方面，本发明实施例提供了一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置，其结构示意图如图1所示，该装置包括：砂箱1、支撑台2、第一发动机3、第二发动机4和介质容器5。

其中，支撑台2包括相连的支撑板21和支撑腿22，支撑板21设置在支撑腿22上；

砂箱1、第一发动机3和第二发动机4设置在支撑板21的上部，且第一发动机3和第二发动机4对称设置在砂箱1的两侧，介质容器5设置在支撑板21的下部；

支撑板21上开设有第一通孔211，砂箱1的底部开设有第二通孔13，第二通孔13通过第一通孔211与介质容器5连通。

需要说明的是，第一发动机3和第二发动机4可以为型号相同、功率相同的发动机。

本领域技术人员可以理解的是，砂箱1内填装多层砂子，以模拟不同年代的地层，砂层的厚度可以根据目标区域的地层厚度大小按照一定的相似比例进行确定；介质容器5内装填有介质，可以通过对介质容器5的操作，实现介质容器5内的介质通过第一通孔211和第二通孔13进入到砂箱1内。

以下对本发明实施例提供的岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置的工作原理进行描述：

在砂箱1内填充有多层砂子的前提下，当模拟岩浆底辟作用时，可以通过操作介质容器5，使得介质容器5中的介质可以向上运动，先后通过支撑板21上开设的第一通孔211和砂箱1的底部开设有的第二通孔13，进入到砂箱1中，模拟砂层产生底辟变形；

在砂箱1内填充有多层砂子的前提下，当模拟伸展作用时，可以通过启动第一发动机3和第二发动机4，使得第一发动机3和第二发动机4同时拉伸砂箱1，模拟砂层内产生伸展变形。

需要说明的是，一般岩浆底辟作用和伸展作用并非同步进行，因此，在模拟岩浆底辟与伸展作用叠合时，可以模拟先岩浆底辟后伸展作用，也可以模拟先伸展作用后岩浆底辟。

下面对本发明实施例的岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置进行进一步地描述说明：

对于砂箱1而言，砂箱1用来填装多层砂子，以模拟不同年代的地层。

具体来说，砂箱1包括伸展钢板11和壁板12，如图1所示，壁板12的一端与伸展钢板11相连，且壁板12所在的平面与伸展钢板11所在的平面垂直，使得砂箱1构成一个上部设置为开口且下部闭口的容纳结构，可以实现对多层砂子的装填。

进一步地，壁板12上开设有第二通孔13，通过第二通孔13与第一通孔211连通，使得介质容器5内的介质可以进入到砂箱1中。

对于第一发动机3和第二发动机4而言，第一发动机3和第二发动机4为模拟伸展作用提供动力支持。

在结构设置中，第一发动机3和第二发动机4的连线所在的直线与介质容器5的轴线所在的直线垂直，以保证伸展作用方向与岩浆底辟作用方向垂直。

需要说明的是，伸展作用中伸展量的确定可以通过第一发动机3和第二发动机4的位移速度和时间来确定。

对于介质容器5而言，介质容器5为模拟岩浆底辟提供介质的装载，介质的装载量可以根据目标区域岩浆的上侵量进行确定。

具体而言，介质容器5包括本体51、阻隔板52和拉杆53，阻隔板52设置在本体51内，拉杆53与阻隔板52相连，如图1所示。

通过推压拉杆53，可以使得阻隔板52随之运动，进而将本体51内承载的介质向上挤压出本体51，进入到砂箱1中。

进一步地，介质容器5还包括设置在本体51内，且位于阻隔板52的下部的固定板54，如图1所示。

固定板54开设有螺纹孔，拉杆53的外壁设置有螺纹，拉杆53穿过固定板54与阻隔板52相连。

如此设置，使得操作人员通过转动拉杆53，使得拉杆53推动阻隔板52运动时，可以有效控制拉杆53的移动速度和移动幅度，以确保合理的底辟速度。

为了准确确定模拟的岩浆的上侵量，本体51的外壁上设置有刻度55，可以通过刻度55的变化量测算得到岩浆的上侵量。

对于岩浆底辟的模拟，在本发明实施例中，本体51内可以填充有硅胶，利用硅胶模拟岩浆，且硅胶的粘度范围可以为500-1000Pa·s。

因此，本发明实施例提供的一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置利用砂箱1、支撑台2、第一发动机3、第二发动机4和介质容器5可以实现岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟试验，构建方式简单易行，模拟结果能够很好的重现实际断层的结构，确定岩浆底辟与伸展作用之间先后变化所形成的断层结构间的对应关系。

另一方面，本发明实施例还提供了一种岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法，利用上述第一方面的岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟装置，该方法的方法流程图如图2所示，该方法包括：

步骤201：向砂箱1中装填多层砂子，将介质容器5内填充的介质通过第一通孔211和第二通孔13侵入到砂箱1中，再启动第一发动机3和第二发动机4拉伸砂箱1。

在本步骤中，可以实现先岩浆底辟后伸展作用的叠合模拟过程。

在一种可能的实施方式中，首先铺设3层白色石英砂，厚度分别为2cm，0.5cm，0.5cm，分别代表元古界、古生界、中生界，相似比例为1:50000，通过推动拉杆53，将本体51内的硅胶上推，通过第一通孔211和第二通孔13侵入到砂箱1中，实现第一次硅胶上侵，硅胶上侵的高度为1.5cm；再铺设3层白色石英砂，厚度分别为2cm，0.5cm，0.5cm，分别代表沙河街组三段、沙河街组二段、沙河街组一段，相似比例为1:50000，再通过推动拉杆53，将本体51内的硅胶上推，通过第一通孔211和第二通孔13侵入到砂箱1中，实现第二次硅胶上侵，硅胶上侵的累计高度为3.0cm；继而，上侵结束后，继续铺设3层白色石英砂，厚度分别为3cm，0.5cm，0.5cm，分别代表东营组、馆陶组、明化镇组，然后启动第一发动机3和第二发动机4，以伸展率为20％进行拉伸，实现砂层的伸展。

需要说明的是，伸展率为需要拉伸的长度与原有长度的比值。

步骤202：对砂箱1内的砂体进行切割，得到第一切片。

在本步骤中，通过将砂体润湿后进行切片，得到第一切片。

具体地，在一种可能的实施方式中，对最终得到的砂体按照一厘米为长度间隔距离进行剖面切片，按照半厘米为厚度间隔距离进行平面切片。

可以理解的是，第一切片包括剖面切片和平面切片。

步骤203：向砂箱1中装填多层砂子，先启动第一发动机3和第二发动机4拉伸砂箱1，再将介质容器5内填充的介质通过第一通孔211和第二通孔13侵入到砂箱1中。

在本步骤中，可以实现先伸展作用后岩浆底辟的叠合模拟过程。

在一种可能的实施方式中，首先铺设2层白色石英砂，厚度分别为2cm和0.5cm，相当于元古界、古生界、相似比例为1:50000，启动第一发动机3和第二发动机4，以伸展率为10％进行第一次拉伸，实现砂层的伸展；再铺设1层0.5cm厚的白色石英砂，相当于中生界，启动第一发动机3和第二发动机4，再进行一次拉伸，实现第二次拉伸，使得累计伸展率为15％；继而，拉伸结束后，继续铺设4层白色石英砂，厚度分别为1.5cm，0.5cm，0.5cm，0.5cm，相当于沙河街组、东营组一段、二段、三段，通过推动拉杆53，将本体51内的硅胶上推，通过第一通孔211和第二通孔13侵入到砂箱1中，实现硅胶上侵，硅胶上侵的累计高度为3.0cm。

步骤204：对砂箱1内的砂体进行切割，得到第二切片。

在本步骤中，通过将砂体润湿后进行切片，得到第二切片。

与步骤202类似，在本发明实施例中，可以对最终得到的砂体按照一厘米为长度间隔距离进行剖面切片，按照半厘米为厚度间隔距离进行平面切片。

同样地，第二切片也包括剖面切片和平面切片。

步骤205：根据第一切片和第二切片，得到多个典型构造变形样式。

根据上述得到的第一切片和第二切片，对第一切片和第二切片分别进行三维扫描，得到如图3所示的第一切片的平面演化图，如图4所示的第一切片的剖面切片图，如图5所示的第二切片的平面演化图，杜如图6所示的第二切片的剖面切片图。

继而对扫描结果利用Move-3D建模软件建立三维构造模型，得到多个典型构造变形样式。

本领域技术人员可以理解的是，典型构造变形样式包括剖面构造变形样式和平面构造变形样式。

步骤206：根据目标区域的钻井资料及地震资料，得到目标区域的构造变形样式。

在本步骤中，可以根据目标区域的钻井资料和地震资料，建立目标区域的与岩浆作用相关的剖面构造变形样式。

进一步地，还可以通过测井曲线和取芯资料识别火山岩岩性，通过火山岩岩性圈定火山岩的空间分布范围和平面断裂间的匹配关系，通过火山岩分布与断裂构造间的交互关系确定裂隙式岩浆活动类型。

步骤207：对比多个典型构造变形样式和目标区域的构造变形样式，如果目标区域的构造变形样式与多个典型构造变形样式中的任意一个或多个的特征相似，则确定目标区域的构造变形的成因类型及典型构造变形样式。

具体地，将多个典型构造变形样式逐一与目标区域的构造变形样式进行对比，如果目标区域的构造变形样式与多个典型构造变形样式中的任意一个或多个的特征相似，其中，特征可以包括断层倾向滑距的变化量，以确定目标区域的构造变形的成因类型及典型构造变形样式。

进一步地，可以利用切割率并结合火山岩同位素年代学验证岩浆底辟与伸展作用的先后顺序。

当确定目标区域的构造变形的成因为岩浆底辟与伸展作用的叠合时，可通过分析烃原岩的成熟、烃类的运移、聚集成藏的关键事件与断裂之间的关联因素进行分析、统计，建立油气成藏与断裂活动关系模型，以指导有利油气区带的预测。

在本发明实施例中，为了验证上述方法的可行性，如图7和图8所示，研究区过N1井与过B9-1井地震剖面显示构造变形样式与两期岩浆上侵作用叠加晚期伸展作用有关。分析可知，第一期岩浆上侵产生F1、F2等断裂，第二期岩浆上侵产生F3、F4等断裂，晚期伸展产生F5、F6等断裂。

本发明实施例提供的岩浆底辟与伸展作用叠合的模拟分析方法通过向砂箱1中装填多层砂子，将介质容器5内填充的介质通过第一通孔211和第二通孔13侵入砂箱1中，再启动第一发动机3和第二发动机4拉伸砂箱1，对砂箱1内的砂体进行切割，得到先岩浆底辟后伸展作用的第一切片，继而再向砂箱1中装填多层砂子，先启动第一发动机3和第二发动机4拉伸砂箱，再将介质容器5内填充的介质通过第一通孔211和第二通孔13侵入到砂箱1中，对砂箱1内的砂体进行切割，得到先伸展作用后岩浆底辟的第二切片，根据第一切片和第二切片，得到多个典型构造变形样式，而根据目标区域的钻井资料及地震资料，得到目标区域的构造变形样式，对比多个典型构造变形样式和目标区域的构造变形样式，如果目标区域的构造变形样式与多个典型构造变形样式中的任意一个或多个的特征相似，则确定目标区域的构造变形的成因类型及典型构造变形样式，为探究目前已有的部分断裂构造样式的成因、并预测其发育样式提供了一种技术手段，并有助于指导目标区域的地震解释。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。