平面内剪切断层的超S波速破裂

研究了平面内剪切断层的自然破裂速度,特别是超 S 波速自然破裂是否存在的问题.采用经典的线弹性断裂力学模型,用1个平面内剪切裂纹沿自身所在的平面扩展,作为平面内剪切断层的模型.通过理论推导,把 Kostrov(1975)的解从低于瑞利波速度发 V_R 推广到高于 S波速度,得出了应力强度因子 K_2在α>v>β的条件下的解析式.对于泊松介质,K_2在(β,1.70β)为正实数,其中 v 为破裂速度,α为 P 波速度,β为 S 波速度.这表明(β,1.70β)这个范围是满足自发破裂条件的 v 的解的存在范围.对 v 在不同区间内 K_2的存在性、收敛性以及取值的正负进行了总结,得出以下结论:(1)平面内剪切裂纹的自然破裂速度 v 有3个物理区间,第1个在0和 V_R 之间,第2个在β和1.70β之间,第3个为α;(2)v 有两个物理“禁区”,第1个在 V_R 和β之间,第2个在1.70β和α之间,它们分别构成了破裂速度的屏障.导出的解析式不仅适用于经典模型,也适用于平面内剪切裂纹自然失稳扩展的各种其它派生模型(例如滑动弱化模型、重整化模型等),所采用的模型比起前人的稳态模型更接近实际情况.

利用声发射震源机制解研究Ⅲ型剪切断层变形破坏特征

利用声发射技术,研究双向加载条件下含有 2 条交叉 III 型剪切断层的标本变形过程中的微破裂活动特征。总体上,微破裂活动有从标本的切穿区域向未切穿区域迁移及在断层间交替发生的趋势。破裂统计结果显示:标本变形前、后期与主压应力夹角较小和较大的断层分别起着控制作用,而整个标本的变形失稳是由断层相互作用导致的。

内部张剪切断层与强震发生的构造部位

几个发生在较大规模拉分区附近的强震或特大地震震中区的构造分析表明:拉分区内部张剪切断层与新活动幅度大的次级走滑断层的交汇部位是强震或特大地震的发生场所。据库仑破裂准则及实验结果,对内部张剪切断层的力学成因机制进行了分析,认为内部张剪切断层是次级走滑断层所夹持的块体在简单剪切作用下,块体内部发育的里氏破裂。并从统计、地质方面的研究结果提出了内部张剪切断层的形成条件。

东海西湖凹陷浙东中央背斜带中南部油气成藏规律与晚期剪切断层的关系探讨

浙东中央背斜带中南部由于生储盖条件良好 ,加上处于生烃区内 ,使区内的圈闭均能形成油气藏。因此 ,浙东中央背斜带中南部的油气成藏规律就变成了油气藏的保存规律。由于浙东中央背斜带中南部油气藏的保存主要取决于晚期剪切断层 ,因此对晚期剪切断层的研究 ,确定晚期切断层对油气藏的破坏规律 ,就可基本解决浙东中央背斜带中南部的油气成藏规律。

青藏高原北部东昆仑-羌塘地区的岩石圈结构及岩石圈剪切断层

通过横穿青藏高原北部东昆仑-羌塘地区的格尔木-唐古拉山口(西段)和共和-玉树(东段)两条天然地震探测剖面的综合研究,揭示东昆仑-羌塘地区岩石圈结构的如下特征:(1)地壳厚度自南往北由70～75 km减小至55～60 km,西段厚度变化幅度(10km)较东段(20 km)小;(2)地壳具高速与低速转换界面相间组成的层状结构,东段中地壳为透镜状低速层;(3)在150 km深度范围内岩石圈的物理状态具高速体和低速体相间特征;(4)岩石圈结构不连续性表明地体边界及地体内部存在150～250 km深度的3条主要的岩石圈剪切断层带:昆南-阿尼玛卿岩石圈剪切断裂带、金沙江岩石圈剪切断裂带和鲜水河岩石圈剪切断裂带.推测青藏高原北部存在岩石圈规模的向东挤出作用.

视正断层和剪切正断层--区域应力场与局部应力场作用下的“典型”构造

区域应力场与局部应力场是一对伴生出现的矛盾统一体。本文从构造地质研究中的一项重要课题应力场入手,介绍了区域应力场与局部应力场作用下的“典型”构造-视正断层和剪切正断层的特征以及常见断裂识别标志断层泥在应力场分析中的作用,并结合视正断层和剪切正断层的典型案例,论述了视正断层和剪切正断层研究意义,强调我国西部盆地大多属于以挤压为主的多期叠加复合型盆地。

鄂尔多斯盆地镇原—泾川地区断层特征及控油意义

通过综合解释镇原—泾川地区的钻井和三维地震资料,分析了走滑断层的分布规律、形成期、应力性质及其对长8油藏和高产井的控制作用,得出以下认识:(1)研究区在印支期的NE-SW向挤压作用力下形成了NEE和NNE向"X"型共轭剪切断层,在燕山期的SE向右旋压扭作用力下形成NW向断层,NEE向断层持续活动,NNE向断层活动不明显;(2)走滑断层分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3类,其中Ⅰ类自奥陶系及以下地层断至白垩系及以上地层,平面延伸最长,断开地层最厚,在平面上共发育NW和NEE向两组断裂带,Ⅱ类自三叠系内部断至白垩系及以上地层,在平面上主要呈NE向延伸,Ⅲ类自奥陶系及以下地层断至中、上二叠统,在平面上主要呈NNE向延伸;(3)高产水平井均沿Ⅰ类走滑断层分布,沿Ⅱ、Ⅲ类走滑断层分布的长8砂岩多为水层或含油水层。

鄂尔多斯盆地中部气田断层发现及其意义

以往研究中对鄂尔多斯盆地中部气田是否存在断层一直未有定论。随着开发的深入和资料的完善,在地层对比和地震资料解释工作中,发现气田内部存在北东和北西向2组小断距剪切断层,其组合模式有4种,即正逆断层共存断阶式组合、相同倾向正逆断层组合、同倾向正断层系列组合及背向式逆断层组合。研究表明这2组小断距剪切断层是燕山期、喜马拉雅期构造强烈改造的结果,其性质和分布特征与区域构造应力场相吻合。断层周边伴生的微裂缝对储集层渗透性有极大改善作用,并对低渗气藏的开发具有重要意义,与气井产能对应分析表明,80%高产井位于断块圈闭范围内,表明断块区对油气富集控制作用明显。

两任意夹角断层的井壁压力计算方法

用镜像反演方法解决两相交直线断层的井壁压力问题有一定的困难，尤其对断层交角为nπ／m，目标井不在角平分线上，镜像反演方法常常不能成立。本文首先用Laplace变换和有限Fourier变换再通过反演得出解析式，此后给出了计算任意支角断层井壁压力的实时域解析公式及渐近分析结果。在实时域中形成速度快且准确的计算方法。并通过叠加方法加入井筒存储和表皮效应。本结果可对两任意夹角断层进行诊断和解释。

青藏高原东北缘活动断裂剪切模量及应力状态数值模拟

作为控制断层两盘相对运动的重要因素,断裂带介质力学性能与断层面上的滑动速率及应力状态、区域地壳运动速度场等密切相关.受印度板块北东向推挤以及阿拉善地块和鄂尔多斯地块的阻挡作用,青藏高原东北缘构造变形复杂.本文在综合区域动力学环境、活动断裂空间展布以及下地壳黏滞性结构的基础上构建了青藏高原东北缘三维有限元动力学模型;以GPS速度场为约束模拟研究了断层剪切力学性能对区域地壳运动速度场图像的控制作用,进而在最优模型基础上分析了当前青藏高原东北缘不同断裂的应力状态.结果显示:阿尔金断裂东段和广义海原断裂对区域地壳运动速度场控制作用强烈,但二者剪切力学性能相反,阿尔金断裂东段断层剪切模量与周边地壳介质相当,而广义海原断裂断层剪切模量可低至周边地壳介质剪切模量的1/10000;六盘山断裂和西秦岭北缘断裂对区域地壳运动速度场的控制作用较弱,模拟结果显示二者均具有较强的剪切力学性能.基于最佳模型的应力状态分析指出:阿尔金断裂东段,广义海原断裂西段的木里—江仓断裂、中段的金强河—毛毛山—老虎山断裂、东段的六盘山断裂,以及西秦岭北缘断裂中西段当前应力率水平较高,且与前人给出的青藏高原东北缘高闭锁区域吻合.动力学上的高应力率与运动学上的强闭锁良好吻合,预示着这些断裂是地震危险分析值得关注的区域.

采用不同摩擦定律动态模拟断层阶跃

众所周知,断层阶跃在某些情况下可使破裂贯通,而在另外的一些情况下则可能使破裂终止。然而,不同摩擦定律公式对跨越破裂的影响尚未得到广泛的探讨。本研究采用二维动态有限元方法探讨张性和压性两种环境下不同摩擦参数如何影响破裂跨越阶跃的能力。我们比较了线性滑动弱化摩擦和三种速率—状态依从摩擦:衰变定律、滑动定律、强速率弱化滑动定律。我们发现,对于相同有效滑动弱化距离的摩擦参数,该摩擦定律的函数形式可对最大跨越距离有显著影响。将摩擦定律调整为具有等效破裂能量时,我们发现这种摩擦定律的函数形式对跨越破裂的影响次之。最后,我们发现采用特定参数时,一旦破裂在次断层段重新起始,跨越阶跃系统的破裂延迟可导致先前未曾见到的超剪切转换模式,即使初始应力场阻碍这种转换也如此。对复杂几何形态如断层阶跃采用多种摩擦定律进行研究可有助于更好地认识和理解破裂性质对模型及统计分析中采用的摩擦定律类型的依赖性。

塔里木盆地玛扎塔格弧形构造及斜向逆冲

塔里木盆地巴楚隆起南部边缘玛扎塔格山地表构造为一倾向南的新近纪单斜地层,而中深部则为凸向北玛扎塔格背斜弧形构造带。根据该区构造展布特征,依据地震和钻井资料,对玛扎塔格构造进行了详细分析研究。首先从平面上分析了该构造主挤压应力方向,然后建立起弧形构造不同部位构造接触关系,引进斜向逆冲断层褶皱概念,分析了所解释的地震剖面,并对其进行部分平衡恢复。结果表明:弧形构造主挤压应力方向垂直弧顶(中部),与弧形构造东、西两段斜交;弧形构造中部与东段之间发育撕裂断层——玛4井东走滑断层,弧形构造中部与西段之间的分界构造为玛7井西侧向断坡;无逆冲断层的部分恢复剖面显示弧形构造中部位移较为均衡,古生界地层从上到下缩短量基本一致,说明构造基本上为纯挤压作用形成的滑脱褶皱;弧形构造西段滑脱褶皱北翼的寒武系—奥陶系地层缩短量大于石炭系—二叠系地层缩短量,说明滑脱褶皱的北翼存在斜向剪切作用,其形成的构造可与混合剪切断层弯曲褶皱类比;而弧形构造东段的部分恢复剖面表明中上寒武统—中下奥陶统缩短量增加很快,而石炭系—二叠系缩短量逐渐减少,说明该构造存在斜向剪切作用,其形成的褶皱类似于简单剪切断层弯曲褶皱;玛扎塔格弧形构造属于旋转弧形构造类型,即早期平直构造被晚期挤压导致逐渐弯曲形成的弧形构造,这与剖面上观察到的生长地层得到变形时间认识完全一致。

周口店房山岩体西缘构造特征及其形成期次探究

周口店房山岩体为燕山褶皱区在J3-K1期大规模岩浆侵入形成的花岗闪长岩岩体。该文根据该岩体西缘车厂韧性剪切带内发育的大量包体、断裂、节理、S-C组构及岩脉等构造特征分析,将岩体西缘的构造演化划分为6个期次。研究认为,车厂地区房山岩体的构造特征记录了其侵位以来不同时期有序的构造演化过程,其内近SN走向的定向排列包体反映了岩体侵位时受围岩挤压的变形特征,NNW和SSW向两组共轭韧性剪切断层为岩体侵位晚期顶部开始冷凝、深部岩体上拱时的产物,SEE-NWW向脆韧性左行剪切断层和近EW向右行脆性剪切断层及其辉石闪长岩岩脉为岩体侵入末期在半固结-固结状态下受外力作用结果,三组原生节理及其硅质条带充填形成于岩体完全冷凝期,在岩体冷凝后又沿节理充填了石英岩脉,此后又在差异风化作用下形成硅质条带突起。

1411年西藏当雄南8级地震发震构造

本文详细讨论了1411年西藏当雄南8级地震的发震构造。指出:念青唐古拉山南东麓断层是1411年当雄南8级地震的发震断层;本次地震的宏观震中位于拿色果—嘎尔波果拉分盆地内部张剪切断层与盆地南西侧新活动幅度大的次级走滑断层的交汇部位;震区的地球物理场有明显的异常特征。这表明1411年当雄南8级地震的发生不仅受浅层构造控制,而且也有深部构造背景。

准南独山子背斜构造几何学和运动学参数的确定及其意义

独山子背斜位于准噶尔盆地南缘西部,早在上世纪30年代就在背斜东部浅层新近系的沙湾组(N1s)发现了石油,是我国新疆地区发现最早的油田。该区地震成像品质差,影响了人们对独山子背斜构造特征的明确认识,导致深层(古近系及以下地层)油气勘探滞步不前。该文综合分析了地震、钻井及露头多方面资料,采用地震正演、运动学数值模拟多技术配套、分步骤实现的定量化构造建模方法,以横跨独山子背斜主体的横剖面为蓝本,确定了独山子背斜的几何学和运动学参数,最终建立了独山子构造的模型,并揭示其背斜为一三角剪切-断层传播褶皱,位于主断裂——独山子断裂上盘并受其控制;主断裂倾角为43°,断层错断白垩系吐谷鲁群(K1tg)至新近系沙湾组(N1s)地层,滑脱面为白垩系吐谷鲁群塑性地层,前翼发育剪切三角变形区,顶角为25°。该模型有效降低了独山子背斜构造认识的多解性并表明:独山子背斜中-上侏罗统油气储集层与下白垩统盖层组成的储盖组合成藏条件较好,是下一步油气勘探的现实领域。该方法对我国中西部前陆冲断带广泛发育的断层相关褶皱的研究具有一定的借鉴意义。

构造力源和震源应力场

中国大陆不仅受到相邻板块的挤压力，而且还受到深部剪切蠕滑断层的作用。通过相邻板块间地震活动带的线性分布、走向可以对中国大陆地块的推压力方向进行确定。由多种力源讨论了震源应力场。

热水条件下透辉石的摩擦本构特征

为了研究下地壳主要造岩矿物之一的辉石在摩擦滑动中的力学性质,本文选择辉石中的透辉石作为实验样品,在约200 MPa有效正应力(30 MPa孔隙水压)及100~600℃的热水条件下进行了速度阶跃摩擦滑动实验,在滑动开始后将剪切滑动速率在0.122μm·s^-1和1.22μm·s^-1之间进行切换来确定摩擦滑动对速度变化的响应.通过实验发现:透辉石在102~200℃表现为速度强化,随着温度升高,在约215℃附近从速度强化转变为速度弱化.在310℃以上,速度弱化的程度受温度的影响不大,而且摩擦本构参数a值和b值随温度的变化趋势相同.对变形样品的显微观测发现,与其速度强化行为相对应的微观变形主要以数条平行的R1剪切为主,卸样时造成的裂纹集中在R1剪切内部,形态长而曲折;与其速度弱化行为相对应的断层泥内部,剪切带变窄且数量明显增加,在内部互相连接,在边界附近多发育B剪切,卸样时形成的裂纹大量存在于B剪切带与R1剪切附近,形态短且平直.

独山子背斜构造演化序列及其对油气成藏的控制

独山子背斜位于准噶尔南缘四棵树凹陷,背斜北翼陡南翼缓,北翼近于直立,造成背斜北翼地震剖面呈现空白区。通过二维地震反射剖面和钻井资料精细构造解析,结合正演以及运动学数值模拟技术,提出独山子背斜构造模型:独山子背斜发育上、下两套滑脱层,下部滑脱层发育断层转折褶皱,上部滑脱层发育三角剪切型断层传播褶皱,构成一个叠加背斜构造。独山子背斜中上组合构造发育喜马拉雅运动期3期构造演化序列,即早期(N2d沉积时期)转折褶皱、中期(Q1沉积时期)传播褶皱及晚期(Q4沉积时期)冲断改造。喜马拉雅运动期3期构造演化序列控制了独山子背斜中上组合油气运聚与油气藏展布特征。

藏南聂拉木高喜马拉雅结晶岩系上部韧性变形年代学及地质意义

藏南拆离断层系(STDS)为低角度正断层,其上盘为特提斯喜马拉雅沉积岩系,下盘为高喜马拉雅结晶岩系.厘定与STDS有关的变形时限,对深入理解喜马拉雅造山带的变形机制与构造演化具重要意义.聂拉木拆离断层(ND)(86°E)位于STDS中段(81°～89°E),ND下盘不同构造位置(即采样点位与ND的构造距离)的变形花岗质岩脉具有一定程度的同构造特征,锆石-独居石U-Th/Pb年龄可以不同程度地厘定变形时间:(1)样品T11N37(ND下盘约3500m构造位置)的侵位年龄为27.4±0.2Ma;(2)样品T11N32(ND下盘约1400m构造位置)的侵位年龄为22.0±0.3Ma;(3)样品T11N25(ND下盘约150m构造位置)的侵位年龄为17.1±0.2Ma,结合ND下盘冷却历史和T11N25变形温度,认为其变形最晚开始时间约为16Ma.年代学结果表明,变形作用的最晚开始时间由下盘往拆离面逐渐变年轻.因此提出ND下盘变形迁移的新模式,即ND下盘在约27.5Ma之前开始纯剪切为主的变形作用,随后变形以约0.3mm/a的速率向拆离面移动,并于约18Ma在藏南拆离断层剪切带(STDsz)底部转化为简单剪切变形为主.由于ND变形结束于14～13Ma,这意味着北向剪切作用的持续时限小于约5Ma,对下地壳流动模型提出新的挑战.