龙门山断裂带沉积岩和天然断层泥的摩擦滑动性质与启示

对采自四川龙门山断裂带(LFZ)地震发生区段的样品进行摩擦滑动实验研究,得到一系列实验结果。实验样品包括用富含黏土的完整泥岩和砂岩制备的模拟断层泥、由富含方解石的灰岩制备的模拟断层泥和一种天然断层泥。其中,天然断层泥是通过人工探槽方法采自于穿过泥岩和砂岩层的地表破裂中。富含黏土矿物的样品主要由伊利石和石英组成。在实验中,将1 mm厚的断层泥夹于具有倾斜锯切面的围岩之间,在三轴实验系统中对其进行剪切变形实验,实验条件与龙门山断裂带2 km深处的条件相一致。实验温度范围为25℃～150℃,同时为了研究摩擦强度的速度依赖性,对剪切位移的速度实施1.22～0.122μm/s的阶跃式变化。分析结果表明,天然断层泥比原岩的泥岩和砂岩更富含伊利石,而且强度比原岩弱得多。天然断层泥的稳态摩擦系数约为0.4,而原岩则约为0.6。另外,灰岩断层泥的摩擦系数为0.6～0.7。除了灰岩,所有样品均表现为稳定、速度强化的滑动行为。灰岩在25℃～50℃表现为速度强化,但是在100℃～150℃时表现为准静态的振荡,在150℃时显示速度弱化行为。运用此次实验结果讨论沉积岩在类似于汶川地震这样的地震事件中所起的作用,指出该区域富含黏土的沉积层可能对从深部扩展而来的破裂扩展有阻尼作用,而灰岩则有可能会加速破裂的传播,同时产生明显的应力降。

盐岩渗透特性的试验研究及其在深部储气库中的应用

为给深部盐岩地层（≥1500m）中所建天然气储库的稳定性和密闭性评价提供科学指导,针对取自江苏金坛的不同杂质含量盐岩试样,在荷兰乌德勒支大学HPT实验室开展了在三轴压缩条件下的瞬态法渗透率测试研究,揭示盐岩的变形特征与渗透率演化规律。试验研究表明：在围压20 MPa的常温测试条件下,随着偏应力从0~40MPa递增,损伤后的低含泥盐岩的渗透率从10-16m2逐渐下降至10-21m2以下,而损伤后的高含泥盐岩的渗透率则平均高出前者1~2个量级,推测表明损伤后的盐岩在加载下裂纹闭合、孔隙减小、逐渐压缩密实,进而渗透率快速降低,同时也表明外载压密作用对纯盐岩的裂纹压缩闭合、甚至损伤修复作用更显著。根据试验成果,并利用H.Alkan等[11]建立的盐岩压缩–扩容边界线对位于1500~2000 m深部的盐岩地层中的球形腔体的围岩应力状态分析显示,围岩几乎都位于扩容边界以下的安全区域,由此推知：即使在储气库低压运行条件下,围岩中较难发生扩容而导致密闭性失效事件发生,腔体的密闭性能极好。该研究为深部盐穴储气库的可行性和密闭性评价提供有利支撑。