四川盆地涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩古构造应力场及裂缝特征

通过岩石力学实验、声发射实验和地震资料综合解释,利用有限元数值模拟方法,对涪陵南地区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组海相页岩古构造应力场进行了数值模拟,并结合岩心实测结果,预测了构造裂缝的发育特征。研究结果表明:①涪陵南地区裂缝主要形成期(燕山晚期)构造应力和裂缝的分布受断层、岩石力学性质和构造应力的影响,断层广泛发育的区域容易出现应力集中,并引起较大的应力梯度。②利用库伦-莫尔破裂准则预测了研究区构造裂缝的发育,同时引入剪切破裂指数R定量表征裂缝发育的强度,其值越大反映裂缝发育程度越高。窄陡断背斜和断层附近裂缝发育,以高角度剪切裂缝为主,而在宽缓向斜部位裂缝发育程度最弱,研究区五峰组—龙马溪组底部硅质页岩应力集中,裂缝最发育。③涪陵南地区海相页岩气保存有利区主要为3个区带:远离大断层的凤来向斜内部,主要构造变形期未遭受大的破坏作用,其位于应力低值区,具有良好的保存条件,为Ⅰ类有利区;白马向斜内部小断层发育,应力值位于中等水平,保存条件中等,为Ⅱ类较有利区;石门—金坪断背斜遭受到强烈改造作用,容易产生大规模剪切裂缝,破坏了保存条件,为Ⅲ类不利区。

多期构造应力控制走滑断控储层发育机理与差异性研究——以塔里木盆地顺北地区为例

塔里木盆地顺北油气田发育典型走滑断控缝洞型储层。区别于受原始沉积相带控制的基质孔洞、受岩溶改造的洞穴等储集类型,走滑断控缝洞型储层的形成主要受断裂活动期构造应力导致的破裂作用控制。为研究走滑断裂多期活动背景下构造应力控制的断控储层发育机理与分布规律,综合应用野外、岩心、测录井、地震及钻井动态等资料,开展不同走滑断裂、同一走滑断裂沿走向不同部位、垂向不同层系断控储层发育特征表征,并结合应力场数值模拟手段开展多期构造应力恢复,预测断控储层发育的主要时期与分布规律。结果表明,走滑断裂活动期不同分段内部应力状态差异显著,其中拉分段内部以张应力为主,主要派生张性裂缝;压隆段内部以挤压应力为主,派生裂缝类型多样。顺北地区勘探目的层奥陶系一间房组顶面断控裂缝主要在加里东中期Ⅲ幕及加里东晚期—海西早期发育,海西中—晚期及之后裂缝基本不发育,且滑移距大的顺北18号断裂带较顺北1号断裂带派生裂缝开度、密度更高。走滑断控储层具有“簇状”结构特征,断裂活动期不同分段内部应力状态控制储层结构差异,拉分段“空腔”多,以“双簇”结构为主,核带规模大,压隆段核带结构多,以“多簇”结构为主,分割性强;走滑断裂活动期应力强度控制储集空间类型与规模,小型断裂储集空间以裂缝为主,大型断裂带发育核带结构,断控储层规模与断裂活动强度呈正相关关系;断控裂缝发育主要受断裂早期活动控制,晚期由于地层埋深增大,岩石不易破裂,新派生裂缝发育较少。

碳酸盐岩储层高精度构造应力场模拟与裂缝多参数分布预测方法及其应用

构造裂缝是碳酸盐岩的主要储集空间之一,局部应力导致的构造破裂是影响裂缝发育的重要因素。基于有限元方法的构造应力场模拟已成为构造裂缝预测的重要方法,但尚未能解决模型设置与实际地质情况相差较大、最优边界条件获取效率低以及构造裂缝发育的主控因素不清晰等问题。①引入非均质岩石力学模型构建方法和自适应边界条件约束算法以提升应力场模拟的精度,根据储层破裂率和断裂活动性等参数定量表征储层裂缝发育特征;②定量探讨走滑断裂变形特征的差异和应力扰动对构造裂缝发育的影响,优选控制构造裂缝发育的最强因素构建碳酸盐岩裂缝型储集体发育指数并定量研究其主控因素;③以储集体发育规模预测为基础,结合单井裂缝测井和岩心解释成果,建立不同级别碳酸盐岩裂缝型储集体的地质模式。将该方法在中国塔里木盆地顺北地区18号断裂带及邻区奥陶系碳酸盐岩储层中应用。结果表明,张扭段、平移段与压扭段的裂缝发育程度依次降低。地层变形幅度越大,裂缝发育程度越高。储层岩石力学参数、距断裂的距离、水平两向应力差、应力非均质性系数和综合破裂率被用于构建裂缝型储集体发育指数,其分级结果与实际地质情况匹配度较高。

基于潮汐附加构造应力的2013年灯塔M_(S)5.1地震射出长波辐射变化分析

针对2013年1月23日辽宁灯塔M_(S)5.1地震,利用引潮力附加构造应力(Additional Tectonic Stress Caused By Tidal Force,ATSCTF)计算模型,计算得到震中位置(41.5°N,123.2°E)在地震前5周以及震后3周(2012年12月16日—2013年2月15日)的ATSCTF变化。地震发生时,ATSCTF垂直方向分量处于高相位点附近,显示引潮力对本次正断层走滑型地震具有诱发作用。以ATSCTF变化周期的各低相位点时间(2012年12月19日、2013年1月4日、2013年1月18日、2013年2月2日)数据分别为背景,各周期期后数据分别与背景逐日相减,计算研究区(36°N~46°N,118°E~128°E)范围内,National Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA)卫星射出长波辐射数据(Outgoing Long Wave Radiation,OLR)在各ATSCTF周期时段分布及其变化。结果显示,无震的ATSCTF变化的A、B、D周期,震中附近OLR无变化;发震的ATSCTF变化的C周期,在空间上,该地区震前OLR仅震中及其南侧区域发生了显著连续升高变化过程,在时间上经历了初始微异常→异常加强→高峰→衰减→发震→平静的演化过程,与岩石应力加载—破裂经历:初始微动破裂→扩张破裂→应力闭锁→地震爆发→平静的力学演化过程中各阶段红外辐射特征一致;显示引潮力对处于临界状态的活动断层具有诱发作用,而OLR是地震构造应力应变过程辐射表征。

鄂西荆门地区志留系龙马溪组古构造应力场研究及裂缝预测

鄂西地区志留系龙马溪组页岩储层发育,由于页岩低孔低渗的特性,构造裂缝成为了页岩气运移和聚集的主控因素。本文以鄂西荆门地区志留系龙马溪组页岩为例,基于地震资料、岩石力学实验、野外实测资料,利用有限元数值模拟技术、岩石破裂准则,解析古构造应力场分布规律,预测构造裂缝分布特征。结果表明,荆门地区发育的构造裂缝主要以中燕山晚期形成的NNW向和NE向共轭剪切缝为主,其次为中燕山早期形成的NNE向和NEE向共轭剪切缝。构造裂缝的分布受断层、岩石物理参数和构造应力的影响较大,Ⅲ级裂缝发育区和断层区域综合破裂系数均大于1.1,构造裂缝最为发育,页岩气保存效果最差;Ⅱ级裂缝发育区综合破裂系数在1.0~1.1之间,为页岩气保存效果较好区域;Ⅰ级裂缝发育区综合裂缝破裂系数在0.85~1.0之间,处于“破而不裂”的状态,为页岩气最优保存区。

2023年3月临城M_(L)3.9地震震源机制解及构造应力场特征

采用CAP方法反演了2023年3月25日河北临城M_(L)3.9地震的震源机制解和震源深度,同时收集了河北地区2001—2023年间的M_(L)≥2.0地震震源机制解,通过主应力轴分区特征及采用线性阻尼逆推方法(DRSSI)来反演区域构造应力场特征。结果显示:临城地震是左旋-走滑型地震,地震矩震级为MW=3.6,发震断层为节面I,走向271.0°、倾角62.0°、滑动角−30.0°,是一条EW向隐伏断层;研究区域内的震源机制解以走滑型为主,P轴主体呈NEE-SWW向、T轴呈NWW-SEE向;P、T轴倾伏角大都在30°以内,陡倾伏角较少,主要呈近水平向,受水平构造应力的影响;研究区最大主压应力方向以NNE和NE为主;冀南地区及中部的衡水、沧州地区出现应力轴的方向偏转,可能与太行山山前断裂复杂的构造环境有关。

滇中祥云盆地构造应力场孕灾机制及其应对措施研究

亚欧板块和印度板块相互挤压碰撞导致青藏高原强烈隆升,地壳物质向云南滇西北及滇中西部地区挤入,地质构造活动剧烈,地质灾害频发。为探讨构造应力场特征对地质灾害发生的影响,利用区域构造解析法、节理分析法、共轭剪节理法和水系折线图法对研究区构造应力场进行反演,探究各类地质构造对地质灾害的控制作用,并针对构造诱发的地质灾害,提出相应的应对措施。研究结果表明,祥云盆地周缘发育北东、北西、近东西向断裂和节理构造,通过断层及节理的交切关系以及水系折线图法判断,研究区至少经历3次构造应力场作用,最大主应力σ1先后从北东向、北西向、近东西向转换。断裂构造通过控制水系演化间接诱发地质灾害,区内三岔河、苴力河等河流多沿断裂带发育,滑坡、崩塌等地质灾害多沿河流两岸边坡分布;地质构造多期次活动增强岩土体断裂网络系统的密集程度,致使岩土体透水能力增强,稳定性变差,导致滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害发育。对于构造诱发的地质灾害防治,工程治理效果较差,文中提出优化建设区选址,搬迁避让和群测群防的应对措施。

王庄煤矿构造应力扰动下大断面巷道围岩控制技术研究

针对王庄煤矿9105工作面受构造应力影响导致的大断面巷道变形严重问题,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,研究了大断面巷道变形特征及其围岩控制技术。分析表明,巷道断面尺寸效应在4.5 m×4.5 m以上时表现更加突出,不利于巷道稳定;随着侧压系数的增加,巷道顶底板及两帮移近量均呈现增加趋势,侧压系数越大,巷道变形增加越剧烈;9105工作面巷道由于宽度较大,导致巷道顶板及两帮变形严重。据此设计了大断面巷道采用“高强度螺纹钢锚杆+预应力锚索+金属网+工字钢棚”联合支护技术。通过工程实践,顶底板移近量降低48.1%,两帮移近量降低55.4%,实现了构造巷道的有效控制。

构造应力分布对弱胶结巷道变形的影响机制

为了研究我国西部弱胶结煤系地层中复杂构造应力场对巷道围岩变形破坏的作用机制,以苇子沟煤矿为工程背景,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了构造应力对巷道顶、底板的破坏性,得到了构造应力大小与角度对巷道围岩变形的影响机制。研究表明:巷道轴向与最大水平主应力夹角α对巷道围岩变形的影响较为严重,α值越大,巷道围岩变形破坏越剧烈;巷道围岩受构造应力的影响程度不同,总体表现为巷道围岩非对称变形;构造应力作用下软岩巷道围岩变形破坏具有明显的方向性,且破坏程度主要取决于构造应力大小。

构造应力影响下巷道支护技术研究

针对下峪口煤矿2-2采区辅助运输巷受高水平构造应力影响难维护的状况,对巷道原支护和不同角度下施加的水平构造应力进行了数值模拟,分析了巷道失稳原因以及变形特征,提出了巷道支护的对策,确定了高强稳定性锚杆索联合支护方式,并对现场锚杆、锚索受力和巷道围岩位移进行了监测分析,实践表明巷道围岩变形得到了有效控制。

强构造应力巷道高预紧力锚杆锚索联合支护效果研究

本文以新疆潞新二矿强构造应力巷道为背景,针对E4205下顺槽巷道围岩稳定性问题,对高预紧力锚杆锚索联合支护技术的应用效果进行了深入研究。首先,通过水压致裂地应力测试,测得最大水平主应力σ^(H)为13.33 MPa,最小水平主应力σ^(h)为7.05 MPa,垂直主应力σv为7.62 MPa,最大水平主应力方向北偏西47.0°;其次,采用FLAC^(3D)数值模拟,研究了两种预紧力等级下锚杆对巷道围岩应力分布的影响规律,揭示了高预紧力锚杆支护产生的应力值更大,形成的有效压应力区范围更广;最后,针对强构造应力地层巷道,提出了“高预紧力锚杆锚索联合支护”方式,通过监测,对比分析了采用高预紧力锚杆锚索联合支护技术应用前后巷道围岩的变形,发现高预紧力锚杆锚索联合支护方式能有效控制该类巷道的变形,保证工作面的安全生产。

基于ANSYS的热应力与构造应力数值模拟分析——以川南海坝区块页岩气储层为例

随着油气勘探不断向深部延伸,储层温度逐渐升高,温度变化引起的热应力对油气储层地应力状态的影响越来越大,已经成为一个不可忽视的重要因素。以川南海坝区块五峰组—龙马溪组页岩气储层为研究对象,利用三维有限元数值模拟方法将构造应力与热应力两者耦合,探究研究区页岩气储层的地应力分布特征。结果 表明:川南海坝区块页岩气储层处于较为复杂的应力状态,断裂发育较多,在断层附近会出现应力值突变现象。整个海坝区块南北两端应力值最高,越往背斜核部、剥蚀面及东西两端埋深越浅,应力值越低。研究区热应力值约为8.3~32.5MPa,构造最大水平主应力约为-13.5~-85.5MPa,热力耦合最大水平主应力约为-5~-83MPa,构造最小水平主应力约为-3~-40MPa,热力耦合最小水平主应力约为-1~-55MPa。热力耦合后的应力值普遍低于构造应力,是由于岩体温度变化产生的拉张热应力会在一定程度上削弱构造挤压应力,使得起主导作用的构造挤压应力值有所下降。

贵州白马洞铀矿构造应力场演化与铀成矿

白马洞铀矿床是贵州境内发现的唯一具有工业价值并系统开采过的铀矿床,曾为我国核工业事业的发展做出过重要贡献。自上世纪80年代闭坑以来,为扩大铀矿资源量,对其深部和边部开展过多次勘查及研究工作,但找矿效果并不理想。根据已有研究,矿区和矿床构造对白马洞的铀成矿具有重要的控制作用,本次研究以白马洞矿床为研究对象,通过节理裂隙统计测量工作,重建和恢复矿区成矿构造应力场,分析构造演化与铀成矿关系,探讨铀矿化在构造应力作用下的迁移、聚散特征。研究结果表明,与铀成矿控矿有关的区域性构造应力场可分为3期,第Ⅰ期构造应力场产生于加里东期都匀运动南北水平向挤压作用,形成近东西向及北东东向构造形迹,控制区内铀异常矿化分布;第Ⅱ期构造应力场为区内最强烈的构造应力场,形成洋水背斜的主压面及犀牛洞断裂,特别是其力偶作用下派生的2期局部低级序构造应力场,使北西向褶皱和北东向褶皱横跨复合,构成良好的储矿空间;第Ⅲ期构造应力场使研究区产生EW向右旋挤压,对先期构造有一定程度的改造和加强。此外,喜马拉雅运动在继承第Ⅲ期构造格局的基础上,促使黔中东西向构造带再次活动,深部含矿流体沿白马洞断裂破碎带上升,在有利的物理化学条件下形成现今似层状、透镜状铀矿体。白马洞铀矿是多期次构造活动的产物,今后在黔中地区开展铀矿找矿工作,需要重点寻找北东向断裂与近东西区域性大断裂反接复合部位,特别注意在各期次构造应力场作用下形成的隐伏北东向褶皱与北西向褶皱叠加复合部位,复合部位的剥离构造和层间挤压破碎带是有利的铀矿找矿地段。

构造应力下软岩巷道围岩变形控制技术研究

针对黑龙煤业12采区总回风巷在构造应力影响下易发生变形破坏,原有支护方式失效的问题,通过理论分析和数值模拟等多种方法进行巷道围岩变形控制技术分析研究,确定巷道围岩变形机理,针对不同围岩破坏程度,在原支护方案的基础上设计分类支护方案,即针对顶板严重破坏区域使用注浆锚索加固,顶板轻微破坏区域施加补强锚索支护,通过垂直应力和位移场多阶段模拟,验证了优化方案能够有效改善巷道应力状态,控制巷道围岩变形程度,提高支护区域的稳定性,降低矿井支护成本,减少巷道返修周期,保证了工作面的安全高效生产。

太行山中南段测鱼地区中新生代构造变形及构造应力场

太行山中南段测鱼地区中新生代构造变形强烈,构造形迹以断裂构造为主。以测鱼地区广泛发育的共轭剪节理和断层为研究对象,在详细的野外构造观测和解析基础上,应用共轭剪节理统计和断层滑动矢量数据分析,对研究区中新生代构造应力场进行了反演。构造解析表明,测鱼地区中新生代经历了3期构造应力场的演化,分别是中晚侏罗世NW-SE向挤压、早白垩世NW-SE向伸展和古新世-始新世NE-SW向挤压。根据区域构造演化特征,推测中晚侏罗世NW-SE向挤压应力场可能与古太平洋板块由NW向亚洲大陆东部俯冲消减有关;早白垩世NW-SE向伸展应力场与东亚活动陆缘的弧后伸展有关,形成于华北克拉通破坏阶段;古新世-始新世NE-SW向挤压应力场可能与太平洋板块的俯冲方向由NNW向往NWW向逆时针偏转有关。测鱼地区的上述3期构造应力场记录了太行山中南段中新生代构造演化和动力学背景信息。

受构造应力扰动影响的大断面巷道围岩控制技术

为解决9105工作面巷道存在变形严重的问题,基于其受构造应力影响的工程概况,通过应用数值模拟分析法并结合现场监测,分析了该大断面巷道存在的主要变形特征,并重点研究了围岩控制措施,提出了可采用“高强度螺纹钢锚杆与预应力锚索相配合+金属网与工字钢棚相配合”的联合支护策略。经应用监测发现,通过综合应用该联合支护技术后,该大断面巷道的顶底板以及两帮移近量分别降低了48.1%与55.4%,巷道围岩变形量明显减小,取得了较好的应用效果,更好地保障了矿井安全生产,该研究可为类似工况下大断面巷道围岩的控制提供参考。

残余构造应力作用下的顺层路堑滑坡机理研究

文章以广西山区高速公路某构造区顺层路堑滑坡项目为依托,通过残余构造应力分析,结合数值模拟,对边坡在逐级开挖过程中受残余构造应力的影响程度和滑坡演化机理进行研究。研究表明:边坡开挖中,复杂地质构造带孕育的较高残余构造应力瞬时释放,致使坡体浅层岩石迅速产生裂纹及既有节理裂隙快速扩大,短时间内降低结构面抗剪强度,形成开裂→变形→位移→滑移,并在其他因素综合影响下,形成完整滑坡。对是否考虑构造应力下的边坡稳定性进行数值模拟的结果说明,残余构造应力对边坡的稳定性影响甚大,同时也得出了残余构造应力快速计算方式,可供类似项目参考。

沁水盆地和顺区块古构造应力场模拟

山西省沁水盆地高煤阶煤层气田具有低压、低渗、低饱和、非均质性强的特征。研究区古构造应力场控制了古地质时期煤储层构造裂隙发育。构造裂隙的发育特征直接影响着煤储层渗透性。本文通过对山西省沁水盆地和顺区块二叠系上石盒子组、三叠系刘家沟组砂岩中29个共轭剪节理观测点的调查,实测了89条节理,据极射赤平投影原理进行分期配套,对中生代以来经历的三期古构造应力场进行了模拟分析,并分析了和顺区块内煤储层裂隙发育特征。

构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用

为探讨构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用,运用瓦斯地质学、构造物理学和岩石力学方法分析了构造应力场对煤体结构、地应力和煤层瓦斯的作用,结合煤与瓦斯突出实例研究了构造应力场对突出分布、类型和强度的作用,揭示了构造应力场控制煤与瓦斯突出机理和作用形式。研究表明:构造应力场控制煤体结构分布、类型及煤体强度特征,挤压构造应力场是形成构造煤的主要应力作用形式,并于褶皱层间滑动带和压扭性断裂带形成构造煤发育区;构造应力场强度越大,煤体破坏程度越高、煤体强度越低。构造应力场控制地应力类型、大小和方向,强构造应力场作用区域属于大地动力场型并处于高地应力环境,构造应力场方向即地应力的最大水平主应力方向。构造应力场影响煤层瓦斯富集程度,强构造应力场作用区域煤层渗透率低、瓦斯含量高、瓦斯压力大,并于压扭性构造带形成瓦斯富集区。多期构造应力场演化作用造成构造煤、地应力和煤层瓦斯呈区域性分布,进而控制突出的分区分带特征;构造应力场产生的水平挤压作用控制突出类型以压出为主;构造应力场的最大水平主应力方向与巷道轴向夹角越大,应力集中系数越大,突出强度越大;最大水平主应力越大,煤岩体弹性变形能和瓦斯膨胀内能越大,突出强度越大。

2021年5月21日漾濞M_(S)6.4地震及周边的构造应力场特征和动力学意义

文中利用CAP方法计算了2021年5月21日漾濞地震序列M_(S)≥4.0地震的震源机制解,再结合收集到的周边历史地震的震源机制解,反演计算了漾濞地震及周边区域的构造应力场,并根据反演得到的应力张量模拟了漾濞地区的相对应力值大小和震源机制解分布情况。研究结果表明:1)研究区以走滑型地震为主,其次是正断型地震,地震集中分布于15km以浅的深度范围,主要发生在脆性上地壳。2)漾濞震源区的构造应力场属于典型的走滑应力结构,最大主应力方位为NNW-SSE向,与区域构造应力场基本一致。研究区的分区反演结果显示,最大主应力轴和最小主应力轴的方位从东北至西南呈现出顺时针旋转的趋势。区内川滇菱形块体、腾冲和保山等地块内部的应力方位分布一致性较好,块体边界带是应力发生偏转的部位,表现出一定的差异性,区域构造应力场受到不同块体间相互作用的影响。3)应力形因子R值的分布上大致表现为自西北向东南逐渐增大,说明物质运移所需的压应力相对变小,结合研究区的地质构造背景认为,地块(物质)的运动速度自西北向东南逐渐变缓。4)根据模拟计算的漾濞地震相对剪应力和相对正应力大小推测认为,漾濞地震是在区域构造应力场作用下沿着最优释放节面滑动破裂而发生的,更容易发生错动的NW向节面为此次地震的发震断层面。