1.本发明属于海洋泥火山形成模拟实验技术领域，具体而言，涉及一种泥火山形成的物理模拟实验装置及其方法。
背景技术：2.海底冷泉系统是一种来自深部地层中富含烃类或沉积物的流体，在超压驱动下，沿着断层或薄弱带等构造活动部位向上运移，并在海底形成泥火山等特殊地质体的流体活动。依据冷泉系统在形成过程中的不同发育阶段，其可分为泥底辟、气烟囱、泥火山、麻坑等。冷泉系统的发育和分布与天然气水合物的分解、形成或与海底下天然气及石油资源密切相关，对深部油气勘查有指示作用，同时也是在环境研究和海洋工程方面有重要作用。目前对泥火山形成机制的研究主要涉及地质学与地球物理描述、地球化学分析、地球物理勘探及数值模拟等多个方面，但至今为此，对泥火山等流体渗漏构造的形成演化过程及形成机制依旧没有形成定论。
3.物理模拟实验是一种利用物理实验来模拟和重建自然环境下地质现象的试验方法，其主要目的在于在实验室中通过物理模拟实验再现各种地质现象，观察各种地质现象在预定条件下的形成演化过程，并探讨其特点、主控因素及形成机制。对于泥火山这类形成演化过程时间尺度大、源岩层深、喷发过程复杂、且勘探不便的地质构造而言，利用已知的控制要素，通过物理模拟的实验方法可以有效再现其演化过程，明确其形成过程中的关键控制因素。
4.砂箱物理模拟实验是一种针对地层成因研究、地质构造变形研究非常有效的研究手段。砂箱模拟实验装置具有较长的运用历史，特别是近几十年来，随着物理模拟实验的发展和成熟，砂箱模拟实验装置也得到了快速地发展，由原来对单一地质作用的模拟逐渐向多个地质现象复合作用模拟发展(时秀朋等，2007)。英国伦敦大学mcclay教授设计出的砂箱模拟实验装置可以通过设备底部的运动，实现拉伸、挤压等较为简单的一维模拟实验；中国石油大学(北京)的砂箱模拟实验装备在英国伦敦大学的设备基础上进行了改良，加装了位移驱动系统和实验过程记录系统，可以实现对挤压、拉伸、走滑、抬升等多种地质现象的模拟。中国石化胜利油田地质科学研究院的砂箱模拟设备是目前较为先进和完备的物理模拟实验设备，该套设备拥有完整的驱动系统、底辟系统、记录系统和计算机定量控制系统。其能够模拟的地质现象也更加的全面和复杂，同时由于其能够对各种参量进行定量的控制，有利于实验后的定量分析以及数据处理，是目前国内外较为理想的一套砂箱物理模拟实验设备。东北石油大学的模拟地层变形构造特征的沙箱，则更为系统模拟了高温气液注入过程下的底辟形成过程。实际上，由于地质运动的复杂性，一套实验装置不可能完全满足模拟其各种运动的条件，故而根据不同的实际地质背景条件，需要开发不同的砂箱实验系统(周建勋，1999)。
5.目前，现有技术主要集中于沙箱中挤压、拉伸、走滑、抬升以及高温气液注入形成底辟等地质现象的模拟，而对于下部液体或气体注入的过程和液体侵入地层并刺穿地层在
地表形成泥火山的模拟关注较少，尤其是不同压力条件下，液体/气体注入形成泥火山过程的模拟较少。
技术实现要素：6.本发明实施例提供了一种泥火山形成的物理模拟实验装置及其方法，其目的在于解决现有的泥火山物理模拟实验装置下部流体或气体注入的过程和液体侵入地层并刺穿地层在地表形成泥火山的模拟关注较少的问题。
7.鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
8.第一方面，一种泥火山形成的物理模拟实验装置，该物理模拟实验装置包括由铝合金底板和布置在所述铝合金底板上的钢化玻璃组成的砂箱，还包括：
9.用以记录泥火山形成过程中沉积层变形和液/气体运移路径的影像记录组件，所述影像记录组件包括高清摄像机和摄像机支架，所述高清摄像机装于所述摄像机支架上；
10.其中，所述摄像机支架包括基座、升降臂和伸缩臂，所述基座上设有竖直布置的所述升降臂，所述升降臂上设有垂直布置的所述伸缩臂；
11.所述升降臂包括形成圆柱形的第一支撑柱、升降杆和升降机构，所述圆柱形的第一支撑柱内布置有所述升降机构，以使所述升降杆的一端可自由地滑动在所述圆柱形的第一支撑柱内；
12.所述伸缩臂包括形成圆柱形的第二支撑柱、移动杆和伸缩机构，所述圆柱形的第二支撑柱内布置有所述伸缩机构，以使所述移动杆的一端可自由地滑动在所述圆柱形的第二支撑柱内，所述圆柱形的第二支撑柱穿设在所述升降杆上；
13.用以向所述砂箱注入流体的高压注液/气组件，所述高压注液/气组件包括耐压波纹管、容积式泵、植物油容器、第二单向阀、三通阀、高压气罐和四通止回阀，所述植物油容器和所述高压气罐均通过所述耐压波纹管分别与所述三通阀的两个输入端连通，与所述植物油容器与所述三通单向阀之间的所述耐压波纹管连接有所述容积式泵，所述容积式泵和所述高压气罐与所述三通阀之间的所述耐压波纹管上均设有所述第二单向阀；所述三通阀的输出端通过所述耐压波纹管与所述四通止回阀的输入端连通；
14.用以记录压力数据的压力记录组件，所述压力记录组件包括压力传感器、数据线、压力数据记录器和计算机，所述耐压波纹管的沿线和所述砂箱内布置至少一个所述压力传感器，所述压力传感器通过所述数据线与所述压力数据记录器相连，所述压力数据记录器通过所述数据线与所述计算机相连。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述砂箱至少有三个面均布置有所述高清摄像机。
16.作为本发明的一种优选技术方案，所述铝合金底板上至少开设有三个圆孔，每个所述圆孔内均装有第一单向阀。
17.作为本发明的一种优选技术方案，所述四通止回阀的三个输出端分别与每个所述第一单向阀连通。
18.作为本发明的一种优选技术方案，所述基座上至少装有四个控制按钮。
19.作为本发明的一种优选技术方案，所述铝合金底板上铺设有硅胶层，并在所述硅胶层的上部交替铺设不同颜色、粒径的石英砂层，再在最后一层所述石英砂层的上部注入
自来水，每层所述硅胶层和所述石英砂层内均安装有所述压力传感器；其中，所述石英砂层至少为4层。
20.作为本发明的一种优选技术方案，所述升降机构包括支撑板、形成c字形的安装板、形成z字形的固定板、形成环形的升降板、第一丝杆、第一电机、底座、滑套和第一导杆，所述支撑板固定在所述圆柱形的第一支撑柱内，所述支撑板通过所述z字形的固定板固定连接有所述c字形的安装板，所述支撑板和所述c字形的安装板之间设有所述环形的升降板，所述环形的升降板上螺纹连接有所述第一丝杆，所述c字形的安装板的底部装有所述第一电机，所述第一电机的输出端与所述第一丝杆键连接，所述底座通过环绕分布在所述环形的升降板内壁的安装座与所述环形的升降板固定连接，所述环形的升降板上设有两个滑套，并在两个所述滑套内均设有滑动的所述第一导杆，且两个所述第一导杆的两端分别与所述支撑板和所述c字形的安装板固定连接，以使第一丝杆和两个所述第一导杆构成三角支撑结构。
21.作为本发明的一种优选技术方案，所述伸缩机构包括形成矩形的支撑架、第一锥齿轮、第二锥齿轮、传动轴、第二电机、第二导杆、推拉板、螺套和第二丝杆，所述矩形的支撑架的三个边分别开设有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第三通孔的两侧开设有滑孔，所述第一通孔和所述第二通孔内通过轴承分别连接有相啮合的所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮，所述第二锥齿轮的内轴键连接有所述传动轴，所述传动轴的另一端与所述第二电机的输出端键连接，所述第二电机通过防护壳被装在所述圆柱形的第二支撑柱的外表面，每个所述滑孔内均设有滑动的第二导杆，两个所述第二导杆的一端之间固定连接有所述推拉板，所述移动杆靠近所述圆柱形的第二支撑柱内的端部与所述推拉板固定连接，所述第三通孔内通过轴承连接有所述螺套，所述螺套的一端与所述第一锥齿轮的内轴键连接、另一端螺纹连接有所述第二丝杆，所述第二丝杆的一端与所述推拉板固定连接。
22.作为本发明的一种优选技术方案，所述移动杆靠近所述升降杆的端部套设有第一齿轮，所述第一齿轮啮合有第二齿轮，与所述第二齿轮相对的一侧设有第三电机，所述第三电机的输出端与所述第二齿轮内轴键连接，所述第三电机内被外壳固定在所述升降杆上。
23.第二方面，本发明提供一种泥火山形成的物理模拟实验方法，包括以下步骤：
24.s1，模拟底层的铺设：在铝合金底板上铺设硅胶层，并在硅胶层的上部交替铺设不同颜色、粒径的石英砂层，再向第二层石英砂层上加入深度为10cm的自来水；其中，硅胶层和石英砂层每层为1cm厚，石英砂层至少为4层；
25.s2，高清摄像机多方位调节：首先，通过脚踩控制按钮使第一电机通电驱动第一丝杆旋转，升降板通过滑套沿第一导杆上纵向滑动，并带动升降板内的底座纵向运动，以使升降杆跟随底座纵向运动实现高度的调节，其次，通过脚踩控制按钮使第二电机通电驱动传动轴和第二锥齿轮旋转，在第二锥齿轮的传递动能下，第一锥齿轮带动螺套旋转并使第二丝杆横向运动，进而使推拉板带动移动杆跟随横向运动，最后，通过脚踩控制按钮使第三电机通电驱动第二齿轮旋转，并可带动第一齿轮旋转以使移动杆圆周运动；
26.s3，第一轮实验：将压力记录组件和影像记录组件同步开启，同时打开高压气罐，使高压气体经过耐压波纹管的输送并从第一单向阀喷出，并通过自小而大的气体压力调整，观察各第一单向阀处分别由硅胶层和石英砂层交叉堆叠的沉积层的变化特征，当气体压力大到的穿过的沉积层时，在自来水中形成气泡时，此时，恒定气体压力，并观测1分钟，
记录各硅胶层和石英砂层的变化特征，随后停止供气，并对沉积层进行详细观察，记录泥火山内部的特征和最表层的形貌特征，并同步分析压力变化特征，然后，利用塑料软管抽出沉积层上部的自来水，并将沉积层利用切刀进行纵向切割分开，观察第一单向阀喷口处沉积物的变化特征，并记录拍照；
27.s4，第二轮实验：将容积式泵通电开启输送高压植物油，替换第一轮实验的高压气体，其余实验过程不变；
28.s5，第三轮实验：将高压气罐和容积式泵均开启输送高压气体和高压植物油的混合物，其余实验过程不变。
29.相对于现有技术，本发明的有益效果是：
30.(1)通过硅胶层和石英砂层，并在硅胶层下部注入高压气体、高压植物油或高压气体和高压植物油的混合物，以达到模拟泥火山形成实验的目的，从而实现在不同压力驱动条件下，高压气体、高压植物油或高压气体和高压植物油的混合物的注入之后，模拟液体/气体刺穿不同地层并形成泥火山及上部羽状流的过程以及流体在地层中运移的路径。
31.(2)通过设置的摄像机支架，在升降臂和伸缩臂的作用下，可实现高清摄像机对形成的泥火山多个角度摄像，为泥火山形貌分析提供视频依据。
32.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
33.图1是本发明所公开的一种泥火山形成的物理模拟实验装置的结构示意图；
34.图2是本发明所公开的一种泥火山形成的物理模拟实验装置的砂箱结构示意图；
35.图3是本发明所公开的一种泥火山形成的物理模拟实验装置的摄像头支架侧视图；
36.图4是本发明所公开的一种泥火山形成的物理模拟实验装置的升降臂结构示意图；
37.图5是本发明所公开的一种泥火山形成的物理模拟实验装置的升降机构结构示意图；
38.图6是本发明所公开的一种泥火山形成的物理模拟实验装置的伸缩臂结构示意图；
39.图7是本发明所公开的一种泥火山形成的物理模拟实验装置的第二支撑柱结构示意图；
40.图8是本发明所公开的一种泥火山形成的物理模拟实验方法的流程图。
41.附图标记说明：1、铝合金底板；2、钢化玻璃；201、硅胶层；202、石英砂层；203、自来水；3、高清摄像机；4、摄像机支架；410、基座；411、控制按钮；420、升降臂；421、第一支撑柱；422、升降杆；423、升降机构；4231、支撑板；4232、安装板；4233、固定板；4234、升降板；4235、第一丝杆；4236、第一电机；4237、底座；4237a、安装座；4238、滑套；4239、第一导杆；430、伸缩臂；431、第二支撑柱；432、移动杆；432a、外壳；432b、第一齿轮；432c、第二齿轮；432d、第三电机；433、伸缩机构；4331、支撑架；4331a、第一通孔；4331b、第二通孔；4331c、第三通孔；
4331d、导向孔；4332、第一锥齿轮；4333、第二锥齿轮；4334、传动轴；4335、第二电机；4335a、防护壳；4336、第二导杆；4337、推拉板；4338、螺套；4339、第二丝杆；5、耐压波纹管；6、第一单向阀；7、容积式泵；8、植物油容器；9、第二单向阀；10、压力传感器；11、三通阀；12、高压气罐；13、数据线；14、压力数据记录器；15、计算机；16、四通止回阀。
具体实施方式
42.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
43.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
47.实施例一
48.参照附图1～7所示，本发明提供一种技术方案：一种泥火山形成的物理模拟实验装置，包括砂箱、影像记录组件、高压注液/气组件、压力记录组件；
49.参照附图1～2所示，砂箱由铝合金底板1和布置在铝合金底板1上的钢化玻璃2组成的砂箱，铝合金底板1上铺设有硅胶层201，并在所述硅胶层的上部交替铺设不同颜色、粒径的石英砂层202，再在最后一层石英砂层202的上部注入自来水203，每层硅胶层201和石英砂层202内均安装有压力传感器10；其中，石英砂层至少为4层。
50.在本实施例中，通过硅胶层201和石英砂层202，并在硅胶层201下部注入高压气体、高压植物油或高压气体和高压植物油的混合物，以达到模拟泥火山形成实验的目的，从而实现在不同压力驱动条件下，高压气体、高压植物油或高压气体和高压植物油的混合物的注入之后，模拟液体/气体刺穿不同地层并形成泥火山及上部羽状流的过程以及流体在地层中运移的路径。
51.例如，铺设石英砂层时，第一层为白色石英砂、第二层为褐色石英砂、第三层白色
石英砂和第四层为褐色石英砂，如此交替进行；并且，第一层和第三层与第二层和第四层的石英砂粒径不同。
52.参照附图3～7所示，影像记录组件包括高清摄像机3和摄像机支架4，高清摄像机3装于摄像机支架4上；其中，摄像机支架4包括基座410、升降臂420和伸缩臂430，基座410上设有竖直布置的升降臂420，升降臂420上设有垂直布置的伸缩臂430；升降臂420包括形成圆柱形的第一支撑柱421、升降杆422和升降机构423，圆柱形的第一支撑柱421内布置有升降机构423，以使升降杆422的一端可自由地滑动在圆柱形的第一支撑柱421内；伸缩臂430包括形成圆柱形的第二支撑柱431、移动杆432和伸缩机构433，圆柱形的第二支撑柱431内布置有伸缩机构433，以使移动杆432的一端可自由地滑动在圆柱形的第二支撑柱431内，圆柱形的第二支撑柱431穿设在升降杆422上。
53.参照附图1所示，高压注液/气组件包括耐压波纹管5、容积式泵7、植物油容器8、第二单向阀9、三通阀11、高压气罐12和四通止回阀16，植物油容器8和高压气罐12均通过耐压波纹管5分别与三通阀11的两个输入端连通，与植物油容器8与三通单向阀之间的耐压波纹管5连接有容积式泵7，容积式泵7和高压气罐12与三通阀11之间的耐压波纹管5上均设有第二单向阀9；三通阀11的输出端通过耐压波纹管5与四通止回阀16的输入端连通。
54.在本实施例中，容积式泵7的应用，可将植物油容器8抽取、加压输送至砂箱；高压气罐12的应用，可将高压气体输送至砂箱；第二单向阀9和四通止回阀16的应用，能够阻止高压气体、高压植物油或高压气体和高压植物油的混合物回流。
55.参照附图1所示，压力记录组件包括压力传感器10、数据线13、压力数据记录器14和计算机15，耐压波纹管5的沿线和砂箱内布置至少一个压力传感器10，压力传感器10通过数据线13与压力数据记录器14相连，压力数据记录器14通过数据线13与计算机15相连。
56.在本实施例中，压力传感器10用于在实验过程中监测硅胶层201、石英砂层202和耐压波纹管5的压力，不仅便于压力数据的收集进行实验分析，而且还便于压力的调参。
57.在本发明较佳的实施例中，砂箱至少有三个面均布置有高清摄像机3。可对多角度拍摄，为泥火山形貌分析提供视频依据。
58.在本发明较佳的实施例中，铝合金底板1上至少开设有三个圆孔，每个圆孔内均装有第一单向阀6。第一单向阀6不仅能够将高压气体、高压植物油或高压气体和高压植物油的混合物喷出，而且还能够阻止高压气体、高压植物油或高压气体和高压植物油的混合物回流。
59.在本发明较佳的实施例中，四通止回阀16的三个输出端分别与每个第一单向阀6连通。
60.在本发明较佳的实施例中，基座410上至少装有四个控制按钮411。每个控制按钮411对应摄像机支架4的一个功能，比如，升降机构423的升降、伸缩机构433的伸缩、移动臂的旋转和高清摄像机3镜头角度的调节；其中，高清摄像机3可以是云台高清摄像机3。
61.参照附图4～5所示，升降机构423包括支撑板4231、形成c字形的安装板4232、形成z字形的固定板4233、形成环形的升降板4234、第一丝杆4235、第一电机4236、底座4237、滑套4238和第一导杆4239，支撑板4231固定在圆柱形的第一支撑柱421内，支撑板4231通过z字形的固定板4233固定连接有c字形的安装板4232，支撑板4231和c字形的安装板4232之间设有环形的升降板4234，环形的升降板4234上螺纹连接有第一丝杆4235，c字形的安装板
4232的底部装有第一电机4236，第一电机4236的输出端与第一丝杆4235键连接，底座4237通过环绕分布在环形的升降板4234内壁的安装座4237a与环形的升降板4234固定连接，环形的升降板4234上设有两个滑套4238，并在两个滑套4238内均设有滑动的第一导杆4239，且两个第一导杆4239的两端分别与支撑板4231和c字形的安装板4232固定连接，以使第一丝杆4235和两个第一导杆4239构成三角支撑结构。
62.在本实施例中，通过脚踩控制按钮411使第一电机4236通电驱动第一丝杆4235旋转，升降板4234通过滑套4238沿第一导杆4239上纵向滑动，并带动升降板4234内的底座4237纵向运动，以使升降杆422跟随底座4237纵向运动实现高度的调节。
63.参照附图6所示，伸缩机构433包括形成矩形的支撑架4331、第一锥齿轮4332、第二锥齿轮4333、传动轴4334、第二电机4335、第二导杆4336、推拉板4337、螺套4338和第二丝杆4339，矩形的支撑架4331的三个边分别开设有第一通孔4331a、第二通孔4331b和第三通孔4331c，第三通孔4331c的两侧开设有滑孔，第一通孔4331a和第二通孔4331b内通过轴承分别连接有相啮合的第一锥齿轮4332和第二锥齿轮4333，第二锥齿轮4333的内轴键连接有传动轴4334，传动轴4334的另一端与第二电机4335的输出端键连接，第二电机4335通过防护壳4335a被装在圆柱形的第二支撑柱431的外表面，每个滑孔内均设有滑动的第二导杆4336，两个第二导杆4336的一端之间固定连接有推拉板4337，移动杆432靠近圆柱形的第二支撑柱431内的端部与推拉板4337固定连接，第三通孔4331c内通过轴承连接有螺套4338，螺套4338的一端与第一锥齿轮4332的内轴键连接、另一端螺纹连接有第二丝杆4339，第二丝杆4339的一端与推拉板4337固定连接。
64.在本实施例中，通过脚踩控制按钮411使第二电机4335通电驱动传动轴4334和第二锥齿轮4333旋转，在第二锥齿轮4333的传递动能下，第一锥齿轮4332带动螺套4338旋转并使第二丝杆4339横向运动，进而使推拉板4337带动移动杆432跟随横向运动。
65.参照附图7所示，移动杆432靠近升降杆422的端部套设有第一齿轮432b，第一齿轮432b啮合有第二齿轮432c，与第二齿轮432c相对的一侧设有第三电机432d，第三电机432d的输出端与第二齿轮432c内轴键连接，第三电机432d内被外壳432a固定在升降杆422上。
66.在本实施例中，通过脚踩控制按钮411使第三电机432d通电驱动第二齿轮432c旋转，并可带动第一齿轮432b旋转以使移动杆432圆周运动。
67.实施例二
68.参照附图8所示，本发明实施例另提供的一种泥火山形成的物理模拟实验方法，包括以下步骤：
69.s1，模拟底层的铺设：在铝合金底板1上铺设硅胶层201，并在硅胶层的上部交替铺设不同颜色、粒径的石英砂层202，再向第二层石英砂层202上加入深度为10cm的自来水203；其中，硅胶层201和石英砂层202每层为1cm厚，石英砂层至少为4层；
70.s2，高清摄像机多方位调节：首先，通过脚踩控制按钮411使第一电机4236通电驱动第一丝杆4235旋转，升降板4234通过滑套4238沿第一导杆4239上纵向滑动，并带动升降板4234内的底座4237纵向运动，以使升降杆422跟随底座4237纵向运动实现高度的调节，其次，通过脚踩控制按钮411使第二电机4335通电驱动传动轴4334和第二锥齿轮4333旋转，在第二锥齿轮4333的传递动能下，第一锥齿轮4332带动螺套4338旋转并使第二丝杆4339横向运动，进而使推拉板4337带动移动杆432跟随横向运动，最后，通过脚踩控制按钮411使第三
电机432d通电驱动第二齿轮432c旋转，并可带动第一齿轮432b旋转以使移动杆432圆周运动；
71.s3，第一轮实验：将压力记录组件和影像记录组件同步开启，同时打开高压气罐12，使高压气体经过耐压波纹管5的输送并从第一单向阀6喷出，并通过自小而大的气体压力调整，观察各第一单向阀6处分别由硅胶层201和石英砂层202交叉堆叠的沉积层的变化特征，当气体压力大到的穿过的沉积层时，在自来水203中形成气泡时，此时，恒定气体压力，并观测1分钟，记录各硅胶层201和石英砂层202的变化特征，随后停止供气，并对沉积层进行详细观察，记录泥火山内部的特征和最表层的形貌特征，并同步分析压力变化特征，然后，利用塑料软管抽出沉积层上部的自来水203，并将沉积层利用切刀进行纵向切割分开，观察第一单向阀6喷口处沉积物的变化特征，并记录拍照；
72.s4，第二轮实验：将容积式泵7通电开启输送高压植物油，替换第一轮实验的高压气体，其余实验过程不变；
73.s5，第三轮实验：将高压气罐12和容积式泵7均开启输送高压气体和高压植物油的混合物，其余实验过程不变。
74.需要说明的是，控制按钮411、高清摄像机3、第一电机4236、第二电机4335、第三电机432d、第一单向阀6、第二单向阀9、压力传感器10和压力数据记录器14的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。
75.控制按钮411、高清摄像机3、第一电机4236、第二电机4335、第三电机432d、第一单向阀6、第二单向阀9、压力传感器10和压力数据记录器14的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
76.以上仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
技术特征：1.一种泥火山形成的物理模拟实验装置，该物理模拟实验装置包括由铝合金底板和布置在所述铝合金底板上的钢化玻璃组成的砂箱，其特征在于，还包括：用以记录泥火山形成过程中沉积层变形和液/气体运移路径的影像记录组件，所述影像记录组件包括高清摄像机和摄像机支架，所述高清摄像机装于所述摄像机支架上；其中，所述摄像机支架包括基座、升降臂和伸缩臂，所述基座上设有竖直布置的所述升降臂，所述升降臂上设有垂直布置的所述伸缩臂；所述升降臂包括形成圆柱形的第一支撑柱、升降杆和升降机构，所述圆柱形的第一支撑柱内布置有所述升降机构，以使所述升降杆的一端可自由地滑动在所述圆柱形的第一支撑柱内；所述伸缩臂包括形成圆柱形的第二支撑柱、移动杆和伸缩机构，所述圆柱形的第二支撑柱内布置有所述伸缩机构，以使所述移动杆的一端可自由地滑动在所述圆柱形的第二支撑柱内，所述圆柱形的第二支撑柱穿设在所述升降杆上；用以向所述砂箱注入流体的高压注液/气组件，所述高压注液/气组件包括耐压波纹管、容积式泵、植物油容器、第二单向阀、三通阀、高压气罐和四通止回阀，所述植物油容器和所述高压气罐均通过所述耐压波纹管分别与所述三通阀的两个输入端连通，与所述植物油容器与所述三通单向阀之间的所述耐压波纹管连接有所述容积式泵，所述容积式泵和所述高压气罐与所述三通阀之间的所述耐压波纹管上均设有所述第二单向阀；所述三通阀的输出端通过所述耐压波纹管与所述四通止回阀的输入端连通；用以记录压力数据的压力记录组件，所述压力记录组件包括压力传感器、数据线、压力数据记录器和计算机，所述耐压波纹管的沿线和所述砂箱内布置至少一个所述压力传感器，所述压力传感器通过所述数据线与所述压力数据记录器相连，所述压力数据记录器通过所述数据线与所述计算机相连。2.根据权利要求1所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，所述砂箱至少有三个面均布置有所述高清摄像机。3.根据权利要求1所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，所述铝合金底板上至少开设有三个圆孔，每个所述圆孔内均装有第一单向阀。4.根据权利要求3所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，所述四通止回阀的三个输出端分别与每个所述第一单向阀连通。5.根据权利要求1所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，所述基座上至少装有四个控制按钮。6.根据权利要求1所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，所述铝合金底板上铺设有硅胶层，并在所述硅胶层的上部交替铺设不同颜色、粒径的石英砂层，再在最后一层所述石英砂层的上部注入自来水，每层所述硅胶层和所述石英砂层内均安装有所述压力传感器；其中，所述石英砂层至少为4层。7.根据权利要求1所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，所述升降机构包括支撑板、形成c字形的安装板、形成z字形的固定板、形成环形的升降板、第一丝杆、第一电机、底座、滑套和第一导杆，所述支撑板固定在所述圆柱形的第一支撑柱内，所述支撑板通过所述z字形的固定板固定连接有所述c字形的安装板，所述支撑板和所述c字形的安装板之间设有所述环形的升降板，所述环形的升降板上螺纹连接有所述第一丝杆，所述c
字形的安装板的底部装有所述第一电机，所述第一电机的输出端与所述第一丝杆键连接，所述底座通过环绕分布在所述环形的升降板内壁的安装座与所述环形的升降板固定连接，所述环形的升降板上设有两个滑套，并在两个所述滑套内均设有滑动的所述第一导杆，且两个所述第一导杆的两端分别与所述支撑板和所述c字形的安装板固定连接，以使第一丝杆和两个所述第一导杆构成三角支撑结构。8.根据权利要求1所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，所述伸缩机构包括形成矩形的支撑架、第一锥齿轮、第二锥齿轮、传动轴、第二电机、第二导杆、推拉板、螺套和第二丝杆，所述矩形的支撑架的三个边分别开设有第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第三通孔的两侧开设有滑孔，所述第一通孔和所述第二通孔内通过轴承分别连接有相啮合的所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮，所述第二锥齿轮的内轴键连接有所述传动轴，所述传动轴的另一端与所述第二电机的输出端键连接，所述第二电机通过防护壳被装在所述圆柱形的第二支撑柱的外表面，每个所述滑孔内均设有滑动的第二导杆，两个所述第二导杆的一端之间固定连接有所述推拉板，所述移动杆靠近所述圆柱形的第二支撑柱内的端部与所述推拉板固定连接，所述第三通孔内通过轴承连接有所述螺套，所述螺套的一端与所述第一锥齿轮的内轴键连接、另一端螺纹连接有所述第二丝杆，所述第二丝杆的一端与所述推拉板固定连接。9.根据权利要求1所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，所述移动杆靠近所述升降杆的端部套设有第一齿轮，所述第一齿轮啮合有第二齿轮，与所述第二齿轮相对的一侧设有第三电机，所述第三电机的输出端与所述第二齿轮内轴键连接，所述第三电机内被外壳固定在所述升降杆上。10.一种泥火山形成的物理模拟实验方法，应用于权利要求1～9任一项所述的一种泥火山形成的物理模拟实验装置，其特征在于，包括以下步骤：s1，模拟底层的铺设：在铝合金底板上铺设硅胶层，并在硅胶层的上部交替铺设不同颜色、粒径的石英砂层，再向最后一层石英砂层上加入深度为10cm的自来水；其中，硅胶层和石英砂层每层为1cm厚，石英砂层至少为4层；s2，高清摄像机多方位调节：首先，通过脚踩控制按钮使第一电机通电驱动第一丝杆旋转，升降板通过滑套沿第一导杆上纵向滑动，并带动升降板内的底座纵向运动，以使升降杆跟随底座纵向运动实现高度的调节，其次，通过脚踩控制按钮使第二电机通电驱动传动轴和第二锥齿轮旋转，在第二锥齿轮的传递动能下，第一锥齿轮带动螺套旋转并使第二丝杆横向运动，进而使推拉板带动移动杆跟随横向运动，最后，通过脚踩控制按钮使第三电机通电驱动第二齿轮旋转，并可带动第一齿轮旋转以使移动杆圆周运动；s3，第一轮实验：将压力记录组件和影像记录组件同步开启，同时打开高压气罐，使高压气体经过耐压波纹管的输送并从第一单向阀喷出，并通过自小而大的气体压力调整，观察各第一单向阀处分别由硅胶层和石英砂层交叉堆叠的沉积层的变化特征，当气体压力大到的穿过的沉积层时，在自来水中形成气泡时，此时，恒定气体压力，并观测1分钟，记录各硅胶层和石英砂层的变化特征，随后停止供气，并对沉积层进行详细观察，记录泥火山内部的特征和最表层的形貌特征，并同步分析压力变化特征，然后，利用塑料软管抽出沉积层上部的自来水，并将沉积层利用切刀进行纵向切割分开，观察第一单向阀喷口处沉积物的变化特征，并记录拍照；
s4，第二轮实验：将容积式泵通电开启输送高压植物油，替换第一轮实验的高压气体，其余实验过程不变；s5，第三轮实验：将高压气罐和容积式泵均开启输送高压气体和高压植物油的混合物，其余实验过程不变。
技术总结本发明提供了一种泥火山形成的物理模拟实验装置及其方法，属于海洋泥火山形成模拟实验技术领域，该一种泥火山形成的物理模拟实验装置包括砂箱、影像记录组件、高压注液/气组件、压力记录组件，所述影像记录组件包括高清摄像机和摄像机支架，所述高清摄像机装于所述摄像机支架上；其中，所述摄像机支架包括基座、升降臂和伸缩臂，所述基座上设有竖直布置的所述升降臂，所述升降臂上设有垂直布置的所述伸缩臂；所述升降臂包括形成圆柱形的第一支撑柱、升降杆和升降机构，所述圆柱形的第一支撑柱内布置有所述升降机构，通过设置的摄像机支架，在升降臂和伸缩臂的作用下，可实现高清摄像机对形成的泥火山多个角度摄像，为泥火山形貌分析提供视频依据。貌分析提供视频依据。貌分析提供视频依据。
技术研发人员：李清 万志峰 王宏斌 李昂 杨传胜 孙治雷 翟滨
受保护的技术使用者：青岛海洋地质研究所
技术研发日：2022.05.12
技术公布日：2022/7/5
