海洋构造运动和沉积作用耦合的物理模拟实验装置及方法

本发明涉及海洋沉积物理实验，尤其涉及一种海洋构造运动和沉积作用耦合的物理模拟实验装置及方法。

背景技术：

1、海洋是巨大的汇水盆地和最终的沉积场所，海洋沉积物主要来源于大陆。河流、冰川和风等营力，每年将数百亿吨的物质搬运到海洋沉积下来，海洋侵蚀作用的产物、火山物质、宇宙物质等也是海洋沉积的重要组成部分，海洋的沉积作用可进一步划分为滨海、浅海、半深海和深海几个环境分区；

2、构造运动是由地球内力引起地壳乃至岩石圈的变位、变形以及洋底的增生、消亡的机械作用和相伴随的地震活动，岩浆活动和变质作用；

3、然而现有的物理模拟实验装置只能单独对海洋沉积进行模拟，或者单独对海洋的构造运动进行模拟实验，无法将构造运动与沉积作用耦合并同时进行物理模拟实验，二者的相互影响结果难以获取数据，实验结果较为单一。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的海洋构造运动和沉积作用耦合的物理模拟实验装置及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、海洋构造运动和沉积作用耦合的物理模拟实验装置，包括耦合模拟仓、模拟地形沉积面和沉积模拟盒，所述沉积模拟盒滑动安装在耦合模拟仓内，所述模拟地形沉积面固定安装在耦合模拟仓的底部内壁上，所述耦合模拟仓的底部内壁上开设有调节槽，所述调节槽内滑动安装有调节座，所述调节座上固定安装有模拟断层板，所述模拟断层板设置在模拟地形沉积面内，所述耦合模拟仓上设有调节组件，所述调节组件与调节座相连接，所述耦合模拟仓的一侧固定安装有震动机，所述沉积模拟盒上设有模拟控制机构；

4、所述模拟控制机构包括若干个搅拌杆、导料板、扇叶、出料管、旋转控制座、安装板和齿条二，所述沉积模拟盒内转动安装有若干个搅拌杆，所述沉积模拟盒的底部固定安装有侧板，所述侧板的一侧固定安装有导料板，所述侧板上转动安装有驱动杆，所述驱动杆的两端分别固定安装有扇叶和链轮一，所述搅拌杆的一端固定连接有链轮二，所述链轮二与链轮一传动连接有同一个链条，所述沉积模拟盒的底部内壁上固定连接有出料管，所述沉积模拟盒的底部固定安装有连接座，所述连接座上固定连接有安装板，所述安装板的一侧转动安装有旋转控制座，所述旋转控制座上开设有料槽，所述旋转控制座设置在出料管内，所述旋转控制座的一侧固定安装有驱动齿轮一，所述安装板的一侧滑动安装有齿条一，所述齿条一与驱动齿轮一啮合。

5、优选的，所述齿条一的一端开设有螺纹槽二，所述安装板的一侧转动安装有螺杆二，所述螺杆二的一端螺纹安装在螺纹槽二内，所述螺杆二的另一端固定安装有驱动齿轮二，所述沉积模拟盒的一侧滑动安装有齿条二，所述齿条二与驱动齿轮二啮合，所述搅拌杆的一端固定安装有偏心轮，所述偏心轮与齿条二的一端相接触。

6、优选的，所述调节组件包括两个伸缩滑板、螺杆一和调节转轮，所述调节槽的两侧内壁上均开设有移动槽，所述调节座的两侧均固定安装有伸缩滑板，所述伸缩滑板滑动安装在对应的移动槽内，伸缩滑板的一侧开设有螺纹槽一，所述移动槽内转动安装有转动安装有螺杆一，所述螺杆一螺纹连接在螺纹槽一内，所述螺杆一上固定连接有蜗轮一，所述移动槽的内壁上转动安装有固定杆，所述固定杆的两端分别固定安装有蜗杆一和调节转轮，所述蜗杆一与蜗轮一啮合，所述调节转轮转动连接在耦合模拟仓的底部内壁上。

7、优选的，若干个搅拌杆的一端均固定安装有蜗轮，所述沉积模拟盒的一侧转动安装有控制圆杆，所述控制圆杆上固定安装有若干个蜗杆二，所述蜗杆二与对应的蜗轮二啮合，所述控制圆杆的一端固定安装有驱动齿轮三，所述耦合模拟仓内固定安装有齿条三，所述齿条三与驱动齿轮三啮合。

8、优选的，所述耦合模拟仓的一侧内壁上开设有滑槽，沉积模拟盒的一侧固定安装有移动座，所述移动座滑动安装在滑槽内，所述移动座的一侧开设有螺纹孔，所述滑槽内转动安装有螺杆三，所述螺杆三螺纹安装在螺纹孔内。

9、优选的，所述螺杆三上固定安装有从动锥齿轮，所述耦合模拟仓的一侧固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴上固定连接有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合。

10、优选的，所述沉积模拟盒的一侧开设有连接槽，所述齿条二的一侧固定安装有移动块，移动块滑动安装在连接槽内，所述移动块的一端固定安装有弹簧，弹簧固定安装在连接槽的内壁上。

11、本发明还提供了海洋构造运动和沉积作用耦合的物理模拟实验方法，包括以下步骤：

12、步骤一：选取若干个海洋区域，挑选合适的海洋构造并读取海洋特征与数据，将采集到的海洋特征以及数据录入，使用物源供应编辑器对沉积物供应量、水流量、海平面、降雨量以及蒸发量进行编辑；

13、步骤二：使用flow3d软件对沉积物重力流定制建模软件，并结合simplify3d软件对模拟地形进行3d打印，打印出模型后在其表面添加对应的材质，并得到模拟地形沉积面，将模拟地形沉积面通过树脂胶粘合在耦合模拟仓的底部内壁上；

14、步骤三：转动调节转轮，调节转轮带动蜗杆一转动，蜗杆一带动蜗轮一和螺杆一转动，螺杆一驱动伸缩滑板移动，伸缩滑板带动调节座移动，调节座带动模拟断层板移动，并调节模拟断层板在模拟地形沉积面内的位置，使用模拟断层板在模拟地形沉积面内形成断层模拟，向沉积模拟盒内添加模拟沉积料，开启伺服电机和震动机，震动机带动耦合模拟仓进行震动，并通过flow3d软件实时调整震动频率和震动幅度；

15、步骤四：伺服电机带动主动锥齿轮转动，主动锥齿轮带动从动锥齿轮转动，从动锥齿轮带动螺杆三转动，螺杆三驱动移动座移动，移动座带动沉积模拟盒移动，沉积模拟盒带动驱动齿轮三在齿条三上转动，驱动齿轮三带动控制圆杆上的蜗杆二转动，蜗杆二带动对应的蜗轮二转动，蜗轮二带动对应的搅拌杆转动，搅拌杆对沉积模拟盒内的模拟沉积料进行搅拌；

16、步骤五：搅拌杆带动偏心轮转动，偏心轮挤压齿条二，齿条二带动移动块移动并挤压弹簧，弹簧发生形变并带动齿条二来回运动，齿条二控制驱动齿轮二转动，驱动齿轮二带动螺杆二转动，螺杆二带动齿条一来回移动，齿条一带动驱动齿轮一来回转动，驱动齿轮一带动旋转控制座转动，料槽内的物料被送出来并落在导料板上，搅拌杆还带动链轮二旋转，链轮二带动链轮一和扇叶转动，扇叶吹动模拟沉积料并投放在模拟地形沉积面上，并对模拟地形沉积面上进行模拟沉积，同时震动机带动模拟断层板对模拟地形沉积面进行构造运动；

17、步骤六：使用flow3d软件对模拟过程中的数据进行采集，并对耦合模拟仓内的模拟地形沉积面上重力流沉积过程的数值进行模拟研究。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、(1)本发明的海洋构造运动和沉积作用耦合的物理模拟实验装置及方法，转动调节转轮，螺杆一驱动伸缩滑板移动，调节座带动模拟断层板移动，并调节模拟断层板在模拟地形沉积面内的位置，使用模拟断层板在模拟地形沉积面内形成断层模拟，开启伺服电机和震动机，震动机带动耦合模拟仓进行震动。

20、(2)本发明的海洋构造运动和沉积作用耦合的物理模拟实验装置及方法，通过flow3d软件实时调整震动频率和震动幅度，伺服电机带动主动锥齿轮转动，沉积模拟盒带动驱动齿轮三在齿条三上转动，蜗杆二带动对应的蜗轮二转动，搅拌杆对沉积模拟盒内的模拟沉积料进行搅拌；搅拌杆带动偏心轮转动，齿条二控制驱动齿轮二转动，螺杆二带动齿条一来回移动，驱动齿轮一带动旋转控制座转动，料槽内的物料被送出来并落在导料板上。

21、(3)本发明的海洋构造运动和沉积作用耦合的物理模拟实验装置及方法，搅拌杆还带动链轮二旋转，扇叶吹动模拟沉积料并投放在模拟地形沉积面上，并对模拟地形沉积面上进行模拟沉积，同时震动机带动模拟断层板对模拟地形沉积面进行构造运动；使用flow3d软件对模拟过程中的数据进行采集，并对耦合模拟仓内的模拟地形沉积面上重力流沉积过程的数值进行模拟研究。