基于粒子成像测速(PIV)技术的褶皱冲断构造物理模拟.pdf

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1、81地质论评GEOLOGICALREVIEWVMo1a．v582N0o．132基于粒子成像测速(PIV)技术的褶皱冲断构造物理模拟沈礼，贾东，尹宏伟，孙闯，张勇，范小根南京大学能源科学研究院，地球科学与工程学院，南京，210093内容提要：本文设计完成了三种双滑脱层模型的物理模拟实验，并运用粒子成像测速(PIV，ParticleImageVelocimetry)技术计算出实验过程中各阶段模型剖面上的速度场分布，进而对褶皱冲断带的运动学过程和变形机制进行讨论。实验结果表明，双滑脱层模型中，基底滑脱层控制了整体的构造样式，浅部滑脱层决定局部的浅层构造。笔者等将实验结果与龙门山褶皱冲断带南段双滑脱体

2、系构造进行了比较，验证了这一结论。PIV分析显示，逆冲断层的产生经历一个平行层缩短的变形过程。该过程在塑性层上、下具有明显差异，塑性层上的变形传递得更快更远。当缩短进行到一定阶段，断层开始发育，发生初始破裂，断层下盘的变形消失，应变集中在断面上，断层上盘沿断面同步逆冲。关键词：粒子成像测速(PIV)；物理模拟；褶皱冲断；双滑脱体系；速度场；龙门山褶皱冲断带褶皱冲断构造是探讨盆山耦合以及上地壳变粒子成像测速(PIV，ParticleImageVelocimetry)形的重要方面，在油气勘探中也具有指导意义，因此技术是20世纪7O年代末发展起来的一种测速方也是人们一直研究的热点(何登发和贾承造，2

3、005；法。其基本原理是利用高分辨率相机获得一系列图何登发等，2005)。物理模拟实验是研究地质构造像，再通过一系列计算分析得到图像上各点的速度变形演化机制的一种重要方法，在国内外都得到了矢量，从而获取运动对象的速度场(Whiteeta1．，广泛的运用。褶皱冲断带的几何学和运动学模型已2003；Adameta1．，2005)。该技术被广泛地应用于经被广泛地讨论，而物理模拟实验不仅可以验证这流体力学、岩土力学和空气动力学的研究(Raffelet些模型，还可以帮助建立新的模型。尤其是在探讨a1．，2007)，最近十年才被应用到构造物理模拟实验褶皱冲断带发育演化的运动学过程和变形机制方中。将粒子成像

4、测速技术应用到褶皱冲断构造物理面，它可以提供一个真实可见的模型发展过程模拟实验研究中，可以在很大程度上帮助我们更好(Koyi，1997)。地认识和理解实验模型的运动学过程，褶皱冲断带滑脱层在褶皱冲断带形成和发展过程中具有控内部的褶皱和逆冲断层发生及发展机制可以被更清制作用，因此前人在对褶皱冲断带进行物理模拟的楚地认识和讨论。本文运用PIV技术计算出实验过时候也十分注重滑脱层的设置。但是，前人的研究程中模型剖面上的速度场分布和变化情况，进而对中大多数只设置了基底滑脱层，而实际盖层中往往褶皱冲断带发育过程的变形机制进行讨论。具有多套非能干层(如龙门山褶皱冲断带、库车褶1物理模拟实验皱冲断带等)，而

5、且各层次滑脱层的性质和作用也不尽相同(卢华复等，2000；汤良杰等，2008；鲁人齐1．1实验模型等，2010)。因此，本文设计完成了三种滑脱层性质褶皱冲断带中常见的滑脱层有泥岩、页岩、煤不同的双滑脱层模型实验，根据实验结果讨论了深层，以及盐岩和膏盐岩等，因其流变性质的差异，在度和性质不同的滑脱层在褶皱冲断带发育演化过程进行物理模拟的时候需采用不同的材料进行模拟。中所起的不同作用。实验中，通常用微玻璃珠来模拟泥岩、页岩和煤层这注：本文为国家973项目(2012CB214703)、教育部博士点基金项目(20090091110020)和国家重大科技专项项目(201lZX05009-001和2011

6、ZX05003-002)的成果。收稿日期：201l一10-16；改回日期：2012-03-16；责任编辑：章雨旭。作者简介：沈礼，男，1986年生。博士研究生。构造地质学专业；Email：nju．shenli2010@gmail．COB。通讯作者：贾东，教授。Email：djia@nju．edu．cn。第3期沈礼等：基于粒子成像测速(PIV)技术的褶皱冲断构造物理模拟479上模型剖面还没有表现出明显的破裂。也就是说，GeophysicalResearch，112，B03S12，doi：10．1029／20O5JBOO4149．通过PIV所得到的速度场变化情况，我们可以比直BoniniM．200

7、7．Deformationpatternsandstructuralvergeneein接观察实验照片更早地确定破裂发生的位置。brittle-ductilethrustwedges：Anadditionalanaloguemodelingperspective．JournalofStructuralGeology，29：141～158．3主要认识和结论CostaE，VendevilleBC．20