库车坳陷克深地区先存被动盐底辟挤压变形数值模拟

库车褶皱冲断带是一个典型的复杂含盐褶皱冲断系统。文章基于地震资料构造解析,采用离散元数值模拟方法,设计了2组数值模拟实验来探究先存被动盐底辟对含盐的双滑脱层褶皱冲断带构造形态及演化的影响,从而分析克深5构造区沿走向分段差异的盐构造变形特征和机制,并对盐下断层活动进行精细的定量分析。模拟结果表明先存被动盐底辟作为挤压构造变形优先发育的位置,是应力释放的优先区域,影响了盐上断层顺序和盐下断层的活动性,进而控制了构造沿走向的差异演化。通过将模拟结果与库车坳陷克深5构造区构造特征进行对比分析,吐孜玛扎背斜是盐盆地内部先存被动底辟受后期挤压变形的产物。吐孜玛扎背斜吸收大部分的缩短量,造成紧邻的盐下断片显著抬升,盐上受同构造沉积影响在背斜北侧形成一个宽缓的向斜,抑制了向斜内乱序断层的形成。先存被动盐底辟构造是控制克深5区域构造变形的主要控制因素之一。研究区东段不含先存被动盐底辟,依次发育有库木格列木背斜和喀桑托开背斜,背斜变形幅度向盆地方向减小,盐下断裂活动强度向盆地方向减弱,研究区西段含先存被动盐底辟,发育吐孜玛扎背斜,先存被动盐底辟的盐下断裂活动强度强于毗邻的断层。

数值模拟在沉积盆地褶皱冲断构造变形研究中的应用与发展

数值模拟是一种利用电子计算机,通过数值计算和图像显示的方法,研究工程问题、物理问题乃至自然界各类问题的方法。随着高性能计算的不断发展,数值模拟方法在沉积盆地构造变形研究中的应用不断扩大,学术界和工业界将数值模拟方法广泛应用于盆地构造变形特征与变形机制的定量研究,取得了丰硕的成果。本文在系统分析前人数值模拟成果的基础上,阐述了有限元、有限差分、边界元和离散元四种常用数值模拟实验方法的特征和应用。同时,本文对近年来数值模拟方法在沉积盆地褶皱冲断构造变形中的研究进展进行了分类总结,重点介绍这一方法在构造特征与变形机制研究中取得的成果,为数值模拟方法在盆地构造变形领域应用的不断扩大和深入提供参考。最后,本文对数值模拟技术在目前应用中面临的问题和未来的发展方向提出了一些看法和建议。

川东南泸州地区多滑脱层构造特征及变形机制

近年来川东南地区页岩气勘探开发逐步向深层领域拓展,尤其是泸州地区显示出3500 m以深页岩气勘探开发的巨大潜力。为了进一步明确泸州地区构造特征及变形机制,依据地震资料对该地区进行了构造解析,采用离散元数值模拟探究了其构造变形的主控因素,恢复了泸州地区中新生代构造演化过程。研究表明:多滑脱层和区域构造挤压是泸州地区构造变形的主要控制因素。受膏盐岩影响,泸州地区发育低陡的盖层滑脱构造,垂向分层明显,形成断展褶皱、滑脱褶皱和滑脱层间隐伏褶皱、双重构造等复合的构造。该区域构造变形主要受下寒武统膏盐岩滑脱作用控制,膏盐岩和页岩滑脱层协调变形向低陡背斜核部聚集。燕山晚期以来,泸州地区多滑脱层沉积伴随区域挤压,发育盖层滑脱的隔档式褶皱;喜山期褶皱带再次隆生,原有的断层和剪切带位移量增大,滑脱层间形成一系列次生断层和隐伏褶皱。背斜处油气藏容易受到破坏,向斜处是页岩气勘探的有利地区,其中对冲型向斜结构相对简单,内部应力相对稳定。

库车坳陷东西段盐下构造变形差异演化数值模拟分析

库车坳陷东、西段盐下构造在北部构造带以南出现明显的差异构造变形特征,在西段的克拉苏构造带盐下发育由一系列逆冲断裂组成的叠瓦构造,而在东段的东秋构造带盐下发育一个大型的断背斜构造。本文基于地震资料构造解析,采用离散元数值模拟方法,设计了5组数值模拟实验来探究先存断层、同构造沉积和滑脱层强度对褶皱冲断带构造形态及演化的影响,进而分析库车坳陷东、西段构造特征差异的成因机制。模拟结果表明含盐褶皱冲断带往往发育垂向分层构造变形。先存断裂会影响褶皱冲断带构造传播的方式,导致盐下楔体形态、断裂数量和盐上构造样式的差异。同构造沉积会增强盐上和盐下的分层差异变形,滑脱层强度增强会减弱盐上和盐下的分层变形。通过将模拟结果与库车坳陷东、西段构造特征进行对比分析,我们认为先存断层可能是影响库车坳陷东、西段盐下构造差异演化的重要因素。库车坳陷东段的东秋构造带受先存断裂影响,在先存断裂的位置优先变形,形成东秋断裂和上覆东秋背斜,同时先存断裂既有助于应力释放,又阻拦应力向前传递,形成乱序式变形传播。库车坳陷西段的克拉苏构造带,没有先存断裂的影响,盐下主要发育前展式构造变形,形成由一系列逆冲断层组成的叠瓦构造楔体。

基于离散元的挤压构造定量分析与模拟

随着离散元理论和计算机技术的发展,离散元方法已经广泛应用到不同尺度的构造模拟中。相较于传统的沙箱模拟实验,离散元可以更精确地控制实验的边界条件,定量的分析构造变形过程,有助于从细观尺度深入认识地层力学性质对构造变形过程的影响。本文系统阐述了基于离散元的构造变形定量分析方法,结合一个典型的挤压构造离散元数值模拟实验,模拟了水平挤压环境下构造的形成过程,并对变形过程中的应力、应变分布变化与裂缝生成规律进行分析,取得以下认识:(1)该模拟实验的构造以前展式的逆冲叠瓦断层为主,断层从挤压端到远离挤压端依次活动;(2)裂缝与断层形成有密切关系,局部区域内聚集的大量裂缝是产生断层的诱因;(3)断层形成初期,断层内物质运动距离较小,产生裂缝增量最多;断层活动后期,裂缝增量减少;(4)体积应变可以表征裂缝类型(拉张或压缩),变形应变可以区分正向和反向逆冲断层;(5)平均应力大小与地形起伏呈正相关关系,最大剪切应力持续在将要形成的新断层处累积,直至该新断层形成,最大剪切应力继而消散,继续往前传播,在下一个将要形成的新断层处累积。研究结果表明离散元方法在构造变形、应力应变与裂缝预测定量研究中具有巨大潜力。

低压氢等离子体发光光谱

本实验使用2.45 GHz微波(100～200 W)激励产生低压(1～4 kPa)氢等离子体,通过光纤光谱仪探测氢等离子体的发射光谱,并分析了特征谱线分布及谱线强度随压强、功率的变化情况,计算了氢等离子体的电子激发温度.实验结果表明,压强由1 kPa增加至4 kPa,谱线强度减小;功率由100 W增大至200 W,谱线强度增大.随着压强的增大,电子激发温度减小或先减小后增大.