塔里木盆地顺北西部地区火成岩侵入体发育特征及其与断裂耦合关系

塔里木盆地顺北西部地区火成岩侵入体分布广泛,对地层和含油气系统改造作用明显,但该地区火成岩侵入体发育特征及其与深部走滑断裂带之间的耦合关系并不十分清楚。基于顺北西部地区最新二维和三维地震资料,精细刻画了火成岩侵入体形态特征,划分了火成岩侵入体不同类型及组合关系,判别了火成岩侵入体发育期次,确定了火成岩侵入体与深部走滑断裂耦合关系。结果表明:(1)顺北西部地区火成岩侵入体具有“一”字形、舌形、碟形以及半碟形几种形态类型。(2)单一侵入岩床通过相接、相连及错断组合形成岩床复合体。(3)火成岩侵入体主要分布于中-下奥陶统顶面至中-下泥盆统顶面之间,侵入岩床活动类型包括单期单层、单期多层和多期多层3类。(4)不整合面和断裂作为岩浆侵入的通道,控制了火成岩侵入体发育数量和规模,导致研究区南部和北部侵入作用存在明显差异。(5)研究区北部深部走滑断裂作为岩浆主要侵入通道,纵向侵入作用较强;南部岩浆以不整合面为主要侵入通道,横向侵入作用更强。

高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合机制与数值实现

采用渗流力学、断裂力学理论结合Monte Carlo方法描述岩体裂纹的随机分布,研究高水压作用下岩体原生裂纹的变形和翼形裂纹的萌生、扩展、贯通的渗流-断裂耦合作用机制,建立高水压作用下岩体裂纹的渗流-断裂耦合数学模型,给出该数学模型的求解策略与方法,在Fortran95平台下开发高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合分析程序HWFSC.for。高水压下岩体裂纹扩展的渗流-断裂耦合体现在岩体裂纹网络和渗流初始条件都随渗流时步变化。对高压注水岩体裂纹扩展过程进行渗流-断裂耦合分析。结果表明,高压注水条件下,岩体裂纹扩展存在起动水压力,当水压力大于起动水压力时,裂纹尖端开始萌生翼形裂纹,随着裂纹水压力的增加,翼形裂纹扩展,进而与其他裂纹搭接贯通,停止扩展。渗流-断裂耦合分析考虑了裂纹动、静水压力对裂纹产生的法向扩张效应及翼形裂纹的扩展而形成新的渗流通道两方面的影响,连通裂纹数随渗流的发展而增加。岩体裂纹的渗流-断裂耦合分析,能较真实地再现岩体裂纹的水力劈裂现象,描述岩体裂纹的扩展、贯通过程及与之相耦合的渗流响应。

裂隙岩体渗流-断裂耦合机制及应用

将断裂力学引入裂隙岩体流固耦合分析,建立裂隙岩体渗流-断裂耦合机制,在FLAC3D现有计算模块的基础上,通过FISH研制了裂隙岩体渗流-断裂耦合分析程序。该模型的耦合机制体现在:渗透水力梯度作为渗透体积力作用于应力计算单元,裂隙渗透压作为面力作用于裂纹张开部分引起断续岩体裂纹的劈裂扩展;岩体裂纹的扩展引起岩体渗透系数的增加导致渗流场的改变。将渗流-断裂耦合理论应用于高水头不衬砌压力隧洞工程中,系统地研究高水头不衬砌压力隧洞在运行期间的水力劈裂、渗流场和内水外渗渗漏情况,得到:①处于水力劈裂的高水头压力隧洞周边向外延伸依次为拉剪劈裂区、压剪劈裂区、未劈裂区;②由于渗流体积力作用,高水头压力隧洞内水外渗过程中洞周产生径向向外变形;③高水头压力隧洞内水外渗过程中渗漏率先增加后平稳减少最终稳定。首次提出陡倾地表下不衬砌压力隧洞与裂纹几何特性、力学特性和岩石断裂韧度高度相关的水力劈裂系数的概念。建议在水工隧洞设计规范中建立与水力劈裂系数相匹配的安全控制标准,可为我国不衬砌压力隧洞工程的设计提供理论基础。

一种半耦合韧性断裂准则及其在TRIP780中的应用

为研究高强钢板材在冷成形下的损伤演化与韧性断裂行为,将DF2012韧性断裂准则修正为初始损伤判据,同时参考连续损伤力学理论引入损伤变量D以衡量材料的累积损伤,并将其耦合到塑性模型中,构建了一种半耦合韧性断裂准则。以TRIP780高强钢板为研究对象,针对不同应力状态设计了6种形状的试样,借助电阻损伤测量法与DIC数字图像法进行了力学性能试验并测定初始损伤位移。采用非相关流动准则(NAFR)的Drucker各向异性屈服函数和Swift-Voce硬化模型准确描述了材料的塑性变形过程,然后分别利用试验模拟混合法和逆向工程法对初始损伤模型和损伤演化参数进行了标定。使用Fortran语言将构建的本构模型与损伤演化模型编译为VUMAT子程序并嵌入ABAQUS/Explicit模块中进行断裂模拟预测,并与未耦合损伤模型进行比较。结果表明:构建的半耦合韧性断裂准则能够准确描述TRIP780板材在不同应力状态下变形后期的损伤诱导软化行为,预测的断裂位移最大相对误差仅为1.31%。相较于常用的非耦合断裂模型,所提模型针对具有软化效应的高强钢表现出明显的优越性,适合用于高强钢板冷冲压成形的破裂预测中。

柴达木盆地北缘南八仙背斜深、浅断裂系统耦合分析

柴达木盆地内部发育有丰富的基底和浅层断裂,二者之间的成因机制目前还存在较大争议。文章基于高精度三维地震反射数据和钻井资料,对柴达木盆地北缘南八仙背斜的深、浅断裂系统的几何形态和相互耦合关系进行了分析。南八仙地区主要发育两条近EW走向的高角度基底断裂,分别为南倾的马仙断裂和北倾的仙南断裂,都是中生代晚期就开始发育的老断裂,并在新生代重新活化。在新生界内部还发育NW走向和近EW走向两组浅层正断层体系,断距都很小。NW走向正断层主要位于马仙断裂南侧(上盘),呈雁列式排列。近EW走向正断层范围较小,仅局限在南八仙背斜核部、仙南断裂上部,由一系列近平行的正断层组成,在仙南断裂上部形成一个小型的地堑构造,切割了NW走向的正断层体系。分析认为NW走向正断层与马仙断裂左旋走滑导致的尾端拉张有关,而近EW走向正断层体系与高角度仙南断裂逆冲活动导致的浅层剪切拉张有关。综合前人研究成果认为柴达木盆地广泛存在的浅层断裂成因多变,深、浅断裂耦合关系十分复杂,先存断裂在新生代构造活动中起到了一定的控制作用。

广济—九江同步耦合断裂及其控岩、控矿作用

与广济—九江同步耦合断层对应的 NNE向断裂 (郯庐断裂、赣江断裂 )经历了三次性质转变 :J3 -K1(15 7～ 97Ma)为左行走滑 ,K1晚期至 E2 为张性拱裂 ,E2～ 3 以后呈右行走滑 ;在广济—九江同步耦合断层的耦合区内相应形成了伸展褶断、扭旋褶断、挤压褶断三种构造组合形式 ,其中燕山早期的伸展褶断构造组合呈现出张性伸展性质 ,为成岩成矿提供有利空间 ;同步耦合区内形成于燕山早期第二。

脆性材料斜裂纹断裂与损伤耦合分析

对单向拉伸的斜裂纹,应用西多霍夫损伤模型和断裂力学耦合分析方法,推导出脆性材料斜裂纹损伤区与断裂区的边界方程,确定了脆性材料斜裂纹初始损伤区和断裂区的径向尺寸.提出了裂尖断裂区内径向应变能的概念,并建立了基于此概念上的裂纹扩展准则,即裂尖断裂区内径向最小应变能(RMSE)判据,从而确定了脆性材料斜裂纹在断裂区边界上的开裂角.最后确定了不同裂纹倾角起裂点的坐标.

塔里木盆地顺托果勒低隆起走滑断裂带流体时空分布及油气成藏意义

塔里木盆地顺北油气田走滑断裂对成储和成藏具有重要的控制作用。本文采集研究区8条主要走滑断裂上23口钻井岩心中的构造成因裂缝充填方解石脉,开展断裂流体耦合活动研究。根据方解石脉微观岩相(成岩矿物类型和阴极发光特征)、岩石化学(稀土元素、碳氧锶同位素)和方解石原位U-Pb定年结果,将方解石脉分为3期。第一期方解石脉在东西部数条断裂带内普遍发育,方解石岩石化学特征指示流体来源于中下奥陶统地层水;方解石原位U-Pb年龄为474~444 Ma,时代为加里东中期。第二期方解石脉主要在顺北5号带以东断裂带内发育普遍,方解石岩石化学特征指示来源于下部寒武系地层水和埋藏期深部热流体;方解石原位U-Pb年龄为441~403和374~326 Ma,时代集中分布在加里东晚期—海西早期。第三期方解石脉在5号带、4号带和顺南地区少数样品较为发育,方解石岩石化学特征指示埋藏期深部热流体特征,方解石原位U-Pb年龄为295.9~232 Ma,时代主要为海西晚期。三期方解石脉形成时期与断裂活动期次相吻合。方解石脉含烃包裹体产状和特征指示加里东晚期—海西早期和海西晚期液态烃充注和液态烃热裂解演化过程。本文利用构造成因裂缝充填方解石微区原位U-Pb定年,确定走滑断裂形成时间的方法,以及结合烃类包裹体分析直接确定油气成藏时限的方法,对于研究多旋回盆地多源多期油气成藏过程有推广应用价值。

同步耦合断裂及其动力学依据

通过对地球自转速率变化推动构造运动的可能性以及地球自转角速度变化的原因和依据的讨论,提出地球自转惯性力差是决定板块相对运动趋势的主要动力学因素之一,揭示了加速期和减速期经、纬向构造之间的分布规律性,认为经、纬向构造之间的耦合关系是一种客观存在,同步耦合断裂就是由地球自转速率变化所反映的动力学状态决定的。同时,笔者对同步耦合断裂概念及耦合区构造组合的研究意义进行了探讨。

新生代大陆板内伸展盆-山耦合与大陆碰撞效应 --以渤海湾盆地济阳坳陷、周缘隆起及边界断裂构造演化为例

新生代印欧大陆碰撞引发了中国西部前缘大规模多阶段地壳挤压缩短、构造变形与隆升及岩浆事件;在中国东部,新生代山脉的抬升、盆地的伸展、沉降,以及郯庐断裂带新生代的活动与青藏高原的隆升具有准同时性,伸展盆地—伸展山脉之间存在耦合关系。这种对应关系呈"幕式"变化,主要表现在印欧大陆碰撞岩石圈增厚、构造变形和抬升的高峰时期,对应盆地岩石圈伸展、减薄、快速构造沉降以及郯庐断裂带活动等阶段;当构造转入相对稳定(松弛)时期,表现为高原剥蚀夷平、岩浆活动频繁以及盆地构造沉降速率减缓等阶段。从全球板块构造的角度来看,中国西部、东部新生代挤压、伸展和走滑活动属同一动力学体系条件下的耦合关系,驱动力可能是两大板块碰撞、深部地幔脉动上涌以及新生代太平洋板块与欧亚板块俯冲和速率变化的共同作用。

断裂—盖层耦合封闭机理及断层圈闭油气聚集模式

为了探讨常规储层和致密储层内断层封闭机理及油气聚集差异性,以松辽盆地徐家围子断陷和渤海湾盆地冀中坳陷束鹿凹陷为研究对象,从断裂变形机制出发,剖析了不同类型储层断裂—盖层耦合封闭机理,建立了不同类型储层内断层圈闭油气聚集模式。研究结果表明:(1)常规砂岩储层内断裂带断层核发育碎裂岩和泥岩涂抹,破碎带内发育变形带,断层封闭类型为断层岩;致密火山岩储层内断裂带断层核发育无内聚力角砾岩,破碎带内发育裂缝,断层封闭类型为岩性对接。(2)断层封闭油气具有“漏水桶短板原理”,断层岩封闭烃柱高度取决于最小断层泥含量分布位置及封闭能力;岩性对接封闭烃柱高度取决于圈闭范围内最大断距和最小断距之差,具有统一油水界面。(3)致密储层断层油气藏一般为块状油气藏,油气主要分布在断裂上升盘,且受区域性盖层控制;常规储层断层油气藏一般为层状油气藏,受局部性盖层和断层联合控制即可成藏。结论认为,断—盖耦合封闭机理的认识和油气聚集模式的建立,为不同类型储层断控型油气藏勘探部署提供理论基础。

武清凹陷构造变形特征与油气成藏潜力分析

武清凹陷位于冀中坳陷的北东缘,勘探程度较低,近期泗村店潜山的突破重新引起了重视。论文以最新地震数据为基础,通过地震解释和构造解析对凹陷的构造变形及地质演化进行了研究,得到如下认识:武清凹陷是一个西断东超、北断南超的弧形断陷,进一步分为大孟庄洼槽、大口屯洼槽、孙校庄洼槽和杨村斜坡四个次级单元;武清凹陷早期受控于大兴断层和宝坻断层,属于廊固—武清“箕”状大凹陷的斜坡部位,沙一段沉积时期武清凹陷受河西务断层和宝坻断层耦合变形造就了现在的形态;武清凹陷构造演化分为三个阶段,孔店组—沙二段沉积期属于大凹陷断陷的斜坡区,沙一段—东营组沉积期受两边界断裂控制断陷呈弧形,新近纪以来为拗陷阶段;凹陷的斜坡内带潜山生储盖配置较好,是下一步的勘探目标区。

坝体混凝土损伤-断裂模型

提出的损伤断裂耦合模型，是将混凝土坝体视为一个损伤场，并以此为背景进行坝体损伤断裂耦合分析．所编制的有限元程序可以计算混凝土坝在荷载、温变等因素作用下的损伤情况、开裂部位、裂缝深度及扩展形态、有损伤和有缝情况下的工作性态等．

混凝土翼裂纹损伤区与断裂区边界方程探讨

应用西多霍夫损伤模型和断裂力学耦合分析方法,探讨了单向受压的翼形裂纹,推导出混凝土翼形裂纹损伤区与断裂区的边界方程,确定了混凝土翼裂纹初始损伤区和断裂区的径向尺寸,最后确定了不同翼裂纹倾角的起裂点坐标,为研究混凝土翼裂纹的扩展提供了新的可行性思路。

乌石东区流沙港组地层断裂控砂机制

综合利用地震、钻井、岩心观察等资料,精细落实乌石东区断裂发育及沉积相展布特征,明确乌石东区断裂与沉积关系,阐述断裂组合控制砂体沉积的模式。研究结果表明,乌石东区流沙港组地层发育同向平行型和反向平行型断裂组合,具体形态相应分别为断沟、断槽、走向斜坡以及断裂坡折。顺断裂走向,砂岩粒度变细、分选变好,靠近断裂下降盘,砂体厚度大、粒度粗,断裂对砂体展布具有明显控制作用。断裂对砂体沉积的控制作用表现为断层活动导致上升盘形成相对凸起,下降盘形成相对低地,砂体从凸起向低地汇聚。同时,沿断裂走向,砂体优先选择断层活动性较弱的位置向低地聚集。

渤海湾盆地黄河口凹陷BZ34-9油田新生界“断裂-岩浆”联合控藏作用

综合运用区域地质、三维地震、测井、地球化学、岩石薄片和X-衍射等多种资料,重点针对控制渤海湾盆地黄河口凹陷中洼南部斜坡带新生界岩浆岩发育区碎屑岩油气成藏的关键因素进行了研究。作者认为研究区断裂活动与岩浆喷发的时空有序耦合对油气的成藏起到了明显的控制作用,主要表现在以下3个方面:(1)"断裂-岩浆"联动控制坡中隆起带的形成及规模性圈闭的发育;(2)"断裂-岩浆"时空有序配置利于深部古近系优质碎屑岩储层的发育;(3)"断裂-岩浆"耦合共同控制油气差异富集。在这些认识的指导下,在黄河口凹陷中洼南部斜坡带成功发现一个规模大、产能高的优质油田,发现储量近8 000×104m3,最高单井日产近290 m3。

江西相山矿田铀成矿的特征、演化及启示

寻找富大硬岩型铀矿一直以来面临挑战。据深大断裂-临界水耦合成矿机制等新认识,重新梳理相山矿田火山杂岩铀成矿的主要特征,结合其他富大热液矿床的研究,探索富大热液矿床的共同规律。富大热液矿床多具有以下特征:首先,常有深大断裂与岩浆杂岩隆起组合的“一刀加一饼”的外形,深大断裂这“一刀”具多期次活动特点,因降压、升温、聚水,改变了周边区域的物理化学环境,驱动成岩成矿相关的物质运移、相变等,从而控制着与成矿密切相关的赋矿岩浆杂岩的形成、热液蚀变和铀成矿期次。其次,有3个主要构造层及与其相对应的三阶段式演化。再次,有2个主成矿期,早期高温成矿期(在相山铀矿田是115±0.5 Ma)与岩浆杂岩形成相关,而晚期低温成矿期(在相山铀矿田是98±8 Ma)与控盆断裂活动、盆地脱水相关,2期成矿叠加是富大矿体形成的必要条件。上述富大热液矿床的特征主要体现为具有“一刀加一饼”外形的、由深大断裂与岩浆杂岩隆起组成的构造岩性组合,其形成机制实质上仍是深大断裂多期活动成岩成矿。这些认识可能给中国富大热液铀矿成矿和找矿研究带来一些启示。

自适应有限元-离散元算法、ELFEN软件及页岩体积压裂应用

该文介绍流体-固体-断裂耦合分析的自适应有限元(FE)-离散元(DE)算法,引进一款新近基于该方法研发的数值计算软件ELFEN,并将其应用于页岩分段体积压裂的三维数值计算和机理分析。该方法引入有限元应力恢复的超收敛拼片恢复(SPR)法,获得应力的超收敛SPR解,利用SPR解估计常规有限元解的误差,通过裂纹尖端局部区域的自适应网格重划分获得高精度应力解答并得以有效描述裂纹动态扩展,形成分析策略和求解方案。数值算例表明该算法和软件分析流体-固体-断裂耦合作用下单一、多水平井分段体积压裂的可靠性、有效性和实用性。

断裂-砂体耦合侧向分流油气研究进展

断裂本身不能作为好的油气圈闭,沿断裂带垂向运移的烃类流体必须要向两盘砂体侧向分流,进入合适的储集空间才能够最终聚集成藏.但目前对于断裂-砂体耦合的复式输导体系研究相对较少,无法合理解释油田勘探中断裂两盘或断裂同一盘不同砂层之间油气富集程度差异较大的原因,成为制约目前断陷盆地油气精细勘探的"瓶颈".本文在断裂-砂体平面、剖面配置类型系统分析的基础上,阐述了断裂-砂体耦合运移油气的机理,并系统总结了7方面影响油气侧向分流的因素:盖层、断裂及砂体优势运移通道、断裂带诱导裂缝的发育程度、断裂-砂体接触面积、断裂和砂体间渗透率差异、砂体层间非均质性和砂体是否存在泄水通道.最后指出了目前断裂-砂体耦合侧向分流油气研究中存在的3方面主要问题和发展趋势.

脆性岩石热–水–力耦合断裂的断口分析

利用自行设计的热–水–力(THM)耦合断裂试验和扫描电镜试验,研究脆性岩石THM耦合断裂的宏微观特征;通过有限元法和新型应力强度因子比断裂准则,判断THM耦合断裂模式,揭示出THM耦合断裂机制。结果表明:红砂岩试件具有3种THM耦合宏观断裂轨迹和对应的3种THM耦合微观断裂特征,即低温、低水压、高围压条件下的断裂轨迹为横向断裂,微观上表现为穿晶的剪切断裂;高温、高水压、低围压条件下的断裂轨迹为纵向断裂,微观上表现为沿晶的拉伸断裂;中等温度、中等水压、中等围压条件的断裂轨迹为双向断裂,微观上表现为含沿晶和穿晶的拉剪复合型断裂。基于有限元法和新型最大应力强度因子比断裂准则判断出的红砂岩试件THM耦合断裂模式与基于宏微观断口分析得到的THM耦合断裂机制完全一致。