构造物理模拟实验以及实例分析
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二、模拟的基本原则：
1．相似原则； 2．选择原则； 3．分解原则 4．逐步近似原则； 5．统计的原则
通常模拟实验的一分钟相当于自然界中10-100Ma，
构造物理模拟实验
• 作用：
– 1） 综合变形几何学和动力学的特点，构造变 形物理模拟可以重现构造变形演化史，从而可 清楚解释其形成机制和形成过程，对于理论研 究和指导生产都有很大的帮助和启发。
似材料。 – ⑸ 根据地质和地球物理资料分析所推断的原型受力方式与约
束条件，确定模型的加载方式与边界几何条件。 – ⑹ 记录模拟实验过程，及时分析实验结果。 – ⑺ 分析实验结果与天然实体的相似程度。若达不到要求，可
重复第⑵、⑷、⑸、⑹、⑺步，甚至对第⑴步作进一步的工 作。 – ⑻ 合理地将实验结果用于解释实际问题。 – 以上8个步骤构成了“从实际中来到实际中去”的循环。
根据各级盆地的系列砂箱实验结果，了解几何条件对 构造形成特征的一般控制规律，探讨构造的形成规律
通过实验结果和地质实际对照，选择最佳相似方案，进一步改进 实验设计并证伪相反的变形方式，提出构造演化机制、运动学解释
一、构造物理模拟实验简介 二、车古201潜山的构造物理实验模拟 三、辽河盆地西部凹陷北带正反转构造
它始于19世纪初，是帮助地质学家认识构造 变形过程、研究构造形成机制的重要方法。它能 够再现人们在自然界中已无法观察到的构造变形 过程。
现在从模型设计到材料的运用均已经趋于成 熟。在含油气盆地构造研究中也取得较好成效。
构造物理模拟实验
基本原理：
一、构造变形过程（除地震）的特点是时间长，变形量 大。大量研究结果表明其主要受几何因数的控制(模型 边界条件、应变方式和应变量)，因此实验中基本上不 考虑模型的应力大小(Braun,1994;Mc Clay,1995)
• 要准确再现盆地的古构造面貌，平衡地质剖面法则非常有效。利 用现今的剖面构造反演恢复剖面上的古地质构造，进而勾绘古地 质构造平面图，对于寻找油气藏具有重要的意义
• 遵循三原则：a体积不变；b岩层厚度不变；c各标志层长度一致
剖
面
选 取 剖 面
地时 震深 解转 释换
选
取 钉 线
上
选去 择压 标实 志校 层正
– 2）在油区构造解析中可重现含油气盆地构造 变形过程，了解其形成和演化的运动学和动力 学机理，为地质、地球物理资料的综合解释提 供地质构造模型。
• ⑴ 相似原则：即实验模型与研究对象必须符合相似原理，只有 符合这一原则，实验结果才能对研究对象作出正确的解释。
• ⑵ 选择原则：影响构造变形的可能因素很多，往往无法同时满 足相似原则，因此只能选择考虑其中主要因素的相似原则。
• ⑶ 分解(分离)原则：如果同时考虑所有的因素，模型的设计就 会变得十分复杂，需要采取分解的原则，即设计多组实验，每一 组实验只考虑一个因素而固定其它因素，在分解研究各个因素的 基础上进行综合分析，以达到简化模型设计的目的。
• ⑷ 逐步近似(逼近)原则：自然界的条件很复杂，实验室条件有 时只能做到大致相似，并随着认识的发展和实验条件的改善逐步 逼近相似。
剖面特征
潜 山 的 古 生 界 平 面 特 征
存在构造问题
1、断阶带潜山的形成机制 a、主断层产状对潜山的影响 b、断块如何残留
2、断陷中逆断层的形成机制 c、逆断层是在伸展中形成？ d、存在一个挤压期？
实验资料分析
• 车古201潜山位于主控断层的断阶带上，本区缺少基底隆起 的证据，所以排除了断层下盘隆起形成潜山的可能。
按模拟实验的功能和驱动方式分为两类：
一、平台式变形装置：可以进行包括挤压、伸展、 剪切和拱升等多种形式构造变形的模拟，既可以采用 软材料（如粘土、硅泥等）进行实验，也可以进行松 散材料的实验。特点是实验过程中模型所处的重力加 速度为1g。
二、离心机模拟实验装置：其特点是能对模型施 加大于1g以上的重力加速度（最高可达2000g），这 类装置对于模拟底辟构造尤其有用，但这类装置制造 成本偏高。
构造物理模拟实验 石油大学构造变形物理模拟综合实验仪
构造物理模拟实验
组合及驱动方式
构造物理模拟实验
实验参数
• 实验材料：粒径0.2-0.3mm的松散石英砂，其 抗张强度接近于零，变形特性符合 库仑准则，与地壳浅层次岩石的变 形特性相似
• 边 界：刚性边界－聚苯模块 自由边界－无
• 基 底：刚性基底—玻璃、薄板、聚苯板 塑性基底—橡皮(可伸展、收缩)
构造物理模拟实验的步骤
根据含油气区地震勘探所获的构造资料分析盆地 （包括全盆地的主边界条件和次级盆地的边界几何条件）
根据各级盆地边界几何条件设计系列砂箱实验模型，研究在不同边界性质（如自 由边界与刚性边界）、不同运动方向及运动方式（包括均匀与非均匀运动、单侧
与双侧运动等）条件下形成的剖面构造样式和平面展布特征及三维变化规律
断
块 内
的 平 衡
恢
整
条 剖 面 的 恢
平 衡是Βιβλιοθήκη 平 衡判恢断
复
复
最
终 恢 复 剖 面
复
否
构造物理模拟实验 及实例分析
一、构造物理模拟实验简介 二、车古201潜山的构造物理实验模拟 三、辽河盆地西部凹陷北带正反转构造
的物理模拟
构造物理模拟实验
• 定义：构造物理模拟是在研究构造变形力 学机理的基础上发展起来的，用实验模型 来再现构造变形过程的一种研究方法。
的物理模拟
车古201潜山的构造物理实验模拟 构造特征 存在问题 实验设计及结果 讨论及结论
霸县-束鹿邯郸断裂带
黄骅—东 明断裂带
沈阳--维 坊断裂带
车古201潜山位置
地质概况： • 位于车镇凹陷
北部的陡坡带 车西洼陷与大 王北洼陷的交 界处
• 处于车3鼻状 构造(NNW-SSE 走向)的主体 部位，以它为 主构成了富台 油田。
• ⑸ 统计的原则：模型实验所获得的结论是纯经验的，特别是每 个实验不可能保证条件精确相同，因此需要从统计的角度来评价 它的可信度与准确度。
• 构造物理模拟实验一般采取以下八个步骤
– ⑴ 地质分析，确定构造原型。 – ⑵ 分析控制构造原型的主要因素。 – ⑶ 根据原型几何尺寸及所采用的实验方法，确定模型比例尺。 – ⑷ 根据构造变形条件与原型的岩石力学性状，选择合适的相
1．相似原则； 2．选择原则； 3．分解原则 4．逐步近似原则； 5．统计的原则
通常模拟实验的一分钟相当于自然界中10-100Ma，
构造物理模拟实验
• 作用：
– 1） 综合变形几何学和动力学的特点，构造变 形物理模拟可以重现构造变形演化史，从而可 清楚解释其形成机制和形成过程，对于理论研 究和指导生产都有很大的帮助和启发。
似材料。 – ⑸ 根据地质和地球物理资料分析所推断的原型受力方式与约
束条件，确定模型的加载方式与边界几何条件。 – ⑹ 记录模拟实验过程，及时分析实验结果。 – ⑺ 分析实验结果与天然实体的相似程度。若达不到要求，可
重复第⑵、⑷、⑸、⑹、⑺步，甚至对第⑴步作进一步的工 作。 – ⑻ 合理地将实验结果用于解释实际问题。 – 以上8个步骤构成了“从实际中来到实际中去”的循环。
根据各级盆地的系列砂箱实验结果，了解几何条件对 构造形成特征的一般控制规律，探讨构造的形成规律
通过实验结果和地质实际对照，选择最佳相似方案，进一步改进 实验设计并证伪相反的变形方式，提出构造演化机制、运动学解释
一、构造物理模拟实验简介 二、车古201潜山的构造物理实验模拟 三、辽河盆地西部凹陷北带正反转构造
它始于19世纪初，是帮助地质学家认识构造 变形过程、研究构造形成机制的重要方法。它能 够再现人们在自然界中已无法观察到的构造变形 过程。
现在从模型设计到材料的运用均已经趋于成 熟。在含油气盆地构造研究中也取得较好成效。
构造物理模拟实验
基本原理：
一、构造变形过程（除地震）的特点是时间长，变形量 大。大量研究结果表明其主要受几何因数的控制(模型 边界条件、应变方式和应变量)，因此实验中基本上不 考虑模型的应力大小(Braun,1994;Mc Clay,1995)
• 要准确再现盆地的古构造面貌，平衡地质剖面法则非常有效。利 用现今的剖面构造反演恢复剖面上的古地质构造，进而勾绘古地 质构造平面图，对于寻找油气藏具有重要的意义
• 遵循三原则：a体积不变；b岩层厚度不变；c各标志层长度一致
剖
面
选 取 剖 面
地时 震深 解转 释换
选
取 钉 线
上
选去 择压 标实 志校 层正
– 2）在油区构造解析中可重现含油气盆地构造 变形过程，了解其形成和演化的运动学和动力 学机理，为地质、地球物理资料的综合解释提 供地质构造模型。
• ⑴ 相似原则：即实验模型与研究对象必须符合相似原理，只有 符合这一原则，实验结果才能对研究对象作出正确的解释。
• ⑵ 选择原则：影响构造变形的可能因素很多，往往无法同时满 足相似原则，因此只能选择考虑其中主要因素的相似原则。
• ⑶ 分解(分离)原则：如果同时考虑所有的因素，模型的设计就 会变得十分复杂，需要采取分解的原则，即设计多组实验，每一 组实验只考虑一个因素而固定其它因素，在分解研究各个因素的 基础上进行综合分析，以达到简化模型设计的目的。
• ⑷ 逐步近似(逼近)原则：自然界的条件很复杂，实验室条件有 时只能做到大致相似，并随着认识的发展和实验条件的改善逐步 逼近相似。
剖面特征
潜 山 的 古 生 界 平 面 特 征
存在构造问题
1、断阶带潜山的形成机制 a、主断层产状对潜山的影响 b、断块如何残留
2、断陷中逆断层的形成机制 c、逆断层是在伸展中形成？ d、存在一个挤压期？
实验资料分析
• 车古201潜山位于主控断层的断阶带上，本区缺少基底隆起 的证据，所以排除了断层下盘隆起形成潜山的可能。
按模拟实验的功能和驱动方式分为两类：
一、平台式变形装置：可以进行包括挤压、伸展、 剪切和拱升等多种形式构造变形的模拟，既可以采用 软材料（如粘土、硅泥等）进行实验，也可以进行松 散材料的实验。特点是实验过程中模型所处的重力加 速度为1g。
二、离心机模拟实验装置：其特点是能对模型施 加大于1g以上的重力加速度（最高可达2000g），这 类装置对于模拟底辟构造尤其有用，但这类装置制造 成本偏高。
构造物理模拟实验 石油大学构造变形物理模拟综合实验仪
构造物理模拟实验
组合及驱动方式
构造物理模拟实验
实验参数
• 实验材料：粒径0.2-0.3mm的松散石英砂，其 抗张强度接近于零，变形特性符合 库仑准则，与地壳浅层次岩石的变 形特性相似
• 边 界：刚性边界－聚苯模块 自由边界－无
• 基 底：刚性基底—玻璃、薄板、聚苯板 塑性基底—橡皮(可伸展、收缩)
构造物理模拟实验的步骤
根据含油气区地震勘探所获的构造资料分析盆地 （包括全盆地的主边界条件和次级盆地的边界几何条件）
根据各级盆地边界几何条件设计系列砂箱实验模型，研究在不同边界性质（如自 由边界与刚性边界）、不同运动方向及运动方式（包括均匀与非均匀运动、单侧
与双侧运动等）条件下形成的剖面构造样式和平面展布特征及三维变化规律
断
块 内
的 平 衡
恢
整
条 剖 面 的 恢
平 衡是Βιβλιοθήκη 平 衡判恢断
复
复
最
终 恢 复 剖 面
复
否
构造物理模拟实验 及实例分析
一、构造物理模拟实验简介 二、车古201潜山的构造物理实验模拟 三、辽河盆地西部凹陷北带正反转构造
的物理模拟
构造物理模拟实验
• 定义：构造物理模拟是在研究构造变形力 学机理的基础上发展起来的，用实验模型 来再现构造变形过程的一种研究方法。
的物理模拟
车古201潜山的构造物理实验模拟 构造特征 存在问题 实验设计及结果 讨论及结论
霸县-束鹿邯郸断裂带
黄骅—东 明断裂带
沈阳--维 坊断裂带
车古201潜山位置
地质概况： • 位于车镇凹陷
北部的陡坡带 车西洼陷与大 王北洼陷的交 界处
• 处于车3鼻状 构造(NNW-SSE 走向)的主体 部位，以它为 主构成了富台 油田。
• ⑸ 统计的原则：模型实验所获得的结论是纯经验的，特别是每 个实验不可能保证条件精确相同，因此需要从统计的角度来评价 它的可信度与准确度。
• 构造物理模拟实验一般采取以下八个步骤
– ⑴ 地质分析，确定构造原型。 – ⑵ 分析控制构造原型的主要因素。 – ⑶ 根据原型几何尺寸及所采用的实验方法，确定模型比例尺。 – ⑷ 根据构造变形条件与原型的岩石力学性状，选择合适的相