走滑断层相关源-汇体系演化的砂箱物理模拟实验

以走滑断层为边界的隆升剥蚀区和山前沉积区组合是盆山体系的重要类型之一。由于走滑断层两盘不断发生相对滑动,因此走滑断层两侧的源区和沉积区之间的空间关系随走滑运动不断发生变化。走滑断层两侧的源-汇系统之间的耦合机制是一个有待研究的问题。针对这一问题,本文设计了一个简化的构造地貌砂箱实验,用来揭示源区特定母岩的沉积物分布特征以及两者之间的时空关系。实验结果表明,特定母岩在沉积区的沉积信号分布范围受包括山前洪积扇形态、岩体在流域内的分布等多种因素影响。由于洪积扇向沉积区呈扇状展开的形态特征,沉积信号在离走滑断层更远的位置分布范围更宽。当一个岩体分布在不同流域内时,其沉积物分布在两个洪积扇内,从而使其沉积信号分布范围更宽。相反,规模较小的洪积扇会被相邻较大的洪积扇限制形态从而使得沉积范围变窄。由于上述原因,在利用沉积信号和岩体之间的错开距离计算获得的走滑速率,可能会低估或者高估真实的走滑速率。本文的实验为研究以走滑断层为边界的盆山耦合系统及其源-汇体系提供了重要的模型参考。

煤变质作用的构造物理化学机理实验研究进展

煤作为对温度、压力等地质环境条件极敏感的有机岩,地质历史演化过程中各种构造-热事件必然导致煤发生一系列物理、化学、结构和构造变化,物理模拟实验则是揭示煤变质作用机理的重要手段。本文基于煤变质热模拟实验、高温高压模拟实验方面的研究成果,着重对煤变质作用机理、演化进程及煤变质作用模拟实验的应用和发展趋势进行阐述。煤变质作用包含煤化作用和石墨化作用两个阶段,体现为多尺度、多阶段的物理化学结构演化,基本特征趋向于分子结构有序化和化学成分单一化。温度是煤变质的主导因素,而力的作用方式同样约束着煤变质作用。热模拟实验基于“时间-温度补偿原理”,采用开放、半开放和封闭等不同实验体系,模拟不同温压条件和构造-热环境下的热解过程。高温高压模拟实验基于相似性原理,在热模拟基础上加入压力变量,模拟不同温压条件和应力-应变环境,以全面模拟煤在各种构造物理化学条件下所发生的物理化学变化,探究不同温压耦合条件下煤变质作用机理、影响因素与演化途径。煤变质的热模拟及高温高压模拟实验在油气生成、煤储层评价、煤成石墨化及煤中战略性金属元素迁移等多个领域得到广泛应用,今后将朝多学科交叉融合和多场耦合模拟实验方向发展,以期更精确地模拟地层构造作用下的复杂地质条件,为深入探究煤变质作用的构造物理化学机理提供更有效的技术手段。

营口—佟二堡断裂带成因机制的构造物理模拟实验研究

营口—佟二堡断裂带是控制辽河坳陷东部凹陷形成和演化的主体构造体系,是郯庐断裂带的北延部分。根据地质资料分析和构造物理模拟实验研究,营口—佟二堡断裂带在新生代经历了早期的拉张应力和后期右行剪应力的复合作用。拉张构造运动发生在古新世房身泡组沉积期至始新世沙河街组一段沉积期(距今约37.0～63.0Ma),在大陆裂谷演化阶段因地幔上涌而派生;右行走滑构造运动发生在渐新世东营组沉积期(距今约24.5～36.9Ma),后期右行剪应力作用使早期断裂再活动并形成新的断裂。基于构造物理模拟实验结果和对地质资料的分析,渐新世右行走滑构造运动导致的辽河坳陷水平位移约为4～8km。

构造物理模拟实验方法的发展与应用

构造模拟实验是研究和模拟自然界地质构造现象变形特征、成因机制和动力学过程的一种物理实验方法.在查阅大量相关资料的基础上,总结出构造物理模拟实验的发展史、国内外研究现状,以及在实验理论、实验技术和实验材料等方面的研究进展.目前,构造物理模拟实验已被广泛应用于构造地质学和石油构造地质学研究领域以及石油勘探研究领域,是油气勘探研究由定性描述跨入半定量分析乃至定量分析的有效途径.在研究低级序断层组合方法、纯挤压条件下以及俯冲环境中楔体的形成及演化、铲形主拆离断层控制的伸展构造变形等方面取得了很大进展.作为研究构造变形机制的重要手段,构造物理模拟发展在压扭构造研究、盐构造的物理模拟等方面仍存在不足,研究途径的选择也是构造物理模拟实验面临的一个问题.

辽河坳陷古近纪两期构造演化的构造物理模拟实验

按辽河坳陷古近纪经历过早期大陆裂谷拉张变形和后期右行走滑变形的地质模型,对其东部凹陷34.8测线断裂体系形成和演化进行构造物理模拟实验,结果表明,早期地幔上涌派生的拉张应力作用导致正断层断裂体系的形成和演化,后期的右行张扭剪应力作用诱发了正花状和负花状断裂体系的形成和演化,两期构造运动决定了现今复杂含油气构造体系的展布,能够解释辽河坳陷复杂断裂体系形成和演化的动力学成因机制。

地质构造物理模拟实验模型的相似分析

把地质构造物理模拟实验模型抽象为动力相似问题进行讨论,用相似理论分析导出了地质构造物理模型的相似准则并给出了相似比,认为几何相似、动力相似、材料相似和边界相似是反映地质构造现象的主要相似条件,时间相似、运动相似和其他相似条件是反映地质构造现象的次要相似条件。地质构造物理模拟实验能够直观定性的解释基本的地质构造现象,有针对性地模拟特定的地质构造现象并给以定性分析解释。由于地质构造尺度的宏大,经历的久远和形变的复杂性,地质构造物理模型设计时几乎不可能完全满足相似原理的适用条件,因此,各种地质构造物理模拟实验还不十分令人满意。

东营凹陷辛镇构造复杂低级序断裂体系形成的构造物理模拟实验

东营凹陷中央隆起带的辛镇构造是被 2条平行的二级断层切割而形成的长条状地堑 ,地堑内的低级序断裂体系控制复杂断块油藏的油水分布。为客观认识低序级断层与高级序断层的几何关系以及复杂低级序断裂体系的形成和演化 ,以指导低级序断层组合 ,进而指导复杂断块油藏开发中后期挖潜 ,按辛镇构造的地质条件进行构造物理模拟实验。模拟结果证实 ,在拉张应力作用下 ,2条平行的高级别断层之间可以形成低级别的弧形断裂 ,弧形断裂包括单个弧形、波状弧形和套叠式弧形等不同的构造样式。弧形断裂的几何特征与岩石颗粒非均匀的质点位移密切相关。图 6参

华南多层推滑构造系的物理模拟实验

利用物理模拟的方法,研究华南多层推滑构造系的变形特征、变形过程和力学机制。在实验室条件下,根据实际地质条件,物理模拟实验再现了多层推滑构造系的形成和演化过程;论证了岩石能干性差异和岩系能干性结构对变形产生的影响。在挤压应力背景下,岩石发生逆冲推覆,能干性层在非能干性层上滑脱、变形,形成断坪-断坡逆冲推覆变形构造。由于非能干性层易发生塑性流变,具有很好的调节变形的作用,使得滑脱面上下的能干性层的变形各具特色。

大民屯凹陷安福屯潜山带古构造应力场与裂缝发育特征的光弹物理模拟实验研究

裂缝的形成和演化受古构造应力场控制。根据对辽河坳陷大民屯凹陷安福屯潜山带前新生界基岩顶面构造演化的分析,认为其裂缝的形成和演化受到燕山期挤压应力场、喜马拉雅期房身泡组至沙河街组沉积期的两期拉张应力场和喜马拉雅期东营组沉积期右行剪切应力场的影响和控制。采用光弹物理模拟实验法,得到了安福屯潜山带前新生界基岩顶面这3期古构造应力场的最大主应力方向图、最大主应力和最小主应力轨迹图和应力级值分布图。依据实验结果,认为燕山期挤压应力场诱发了北东东和南西西向裂缝的形成和演化,喜马拉雅期拉张应力场导致了北北东和北北西向裂缝的出现,喜马拉雅期右行剪切应力场控制了近东西向裂缝的展布。

准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带构造特征及物理模拟实验

依据大量地震勘探资料,对准噶尔盆地西北缘乌夏断裂带的构造特征进行了系统研究,并将其构造演化划分为碰撞前陆盆地、前陆盆地逆冲推覆、陆内拗陷逆冲褶皱、陆内拗陷抬升剥蚀和覆盖定型5个阶段。在此基础上,采用构造物理模拟实验方法对研究区典型剖面晚石炭世以来的构造演化进行了正演模拟,取得了与实际地质情况较高的吻合度。模拟结果表明,乌夏断裂带经历了由前陆盆地"前展式"逆冲向陆内拗陷"后展式"逆冲的转变。同时,实验结果进一步证实,NW-SE向挤压应力场的控制是乌夏断裂带形成、演化的根本原因,其主要受控于板块活动及造山带、边界控盆断裂的活动等关键因素。

准噶尔盆地中4区块构造解析及物理模拟实验

准中4区块位于准噶尔盆地腹部地区,发育多个含油构造,油气勘探潜力巨大,但勘探程度较低。综合应用地震、钻井等资料,通过构造精细解释、平衡剖面回剥、断层落差等方法,系统研究准中4区块的几何学、运动学及动力学特征,在此基础上基于相似性原理,通过构造物理模拟实验再现了研究区构造演化过程,从而对研究区动力学成因取得了新的认识。研究表明,准中4区块断层呈带状分布,可划分为董3~董1井断层区、董7~董8井断层区和董6井断层区3个构造分区。其中,董3~董1井区断层为高角度逆冲断层,在J1s^J2t沉积期强烈活动;董7~董8井区断层为高角度正断层和斜滑断层,董6井区断层为高角度"卷心菜式"正断层,均在J1s^J2x沉积期强烈活动。进入白垩纪,研究区内各分区断层活动减弱,代之以区域整体沉降,至新近纪,构造变形以单斜挠曲为主要特征。构造物理模拟实验进一步证实了董3~董1井区断层受控于准南缘冲断和白家海凸起的阻挡,董7~董8井区断层受控于走滑变形机制下三台凸起冲断的后缘拉张。

冲断构造与正反转构造 物理模拟实验的研究进展

冲断构造和正反转构造是我国西部叠合盆地中典型的构造样式,其构造物理模拟实验是研究和模拟自然界冲断构造(正反转构造)变形特征和动力学过程的一种有效的实验方法。在查阅大量相关资料的基础上,本文概述了物理模拟实验的发展历史,以及国内外在实验理论、实验技术和从二维到三维转变等方面的研究现状。目前,构造物理模拟实验已被广泛应用于构造地质学、石油构造地质学等众多研究领域,是油气勘探研究由定性描述跨入半定量一定量分析的有效途径之一。本文分别阐述了冲断构造和正反转构造在近年来取得的进展:1)在冲断构造物理模拟实验方面,介绍了双指向冲断构造和推覆体、地表作用对冲断构造的影响以及冲断构造中地层缩短量和应变等3方面的进展;2)在正反转构造物理模拟实验方面主要讲述了基底对反转构造演化型式的制约以及反转临界条件的三维构造模拟取得的进展。同时,认为物理模拟在未来的发展过程中应紧密结合数值模拟、高精度成像技术和数据采集技术等。作为研究构造变形机制的重要媒介,冲断构造物理模拟在塑性变形对冲断构造的影响、如何反映现代构造地质学成果以及模拟过程中如何加入化学物质迁移等问题方面仍存在不足。此外,高端实验室的建设和模拟技术也是构造物理模拟实验面临的一个问题。

辽河盆地是两期构造应力作用的产物：来自构造物理模拟实验的新认识

辽河盆地营口-佟二堡断裂带形成和演化的新构造物理模拟实验结果和地质资料分析证明，营口-佟二堡断裂带成因机制归因于早期大陆裂谷演化阶段的地幔上涌派生拉张应力和后期右行走滑构造运动引起的右行剪应力的复合作用。大陆裂谷的演化受古近纪古新世房身泡期至始新世沙河街一期（Ef-Es1，大约63．0—37．0Ma．BP）地幔上涌派生拉张应力的驱动，右行走滑构造运动发生在古近纪渐新世东营期（Ed，大约36．9—24．5Ma．BP），两期构造运动导致了辽河盆地营口-佟二堡复杂断裂体系的形成和演化。裂谷演化阶段后的右行走滑构造运动使得早期断裂再活动并形成新的断裂。基于构造物理模拟实验结果和地质资料分析，辽河盆地古近纪渐新世东营期右行走滑构造运动引起的水平位移大约为4—8km，辽河盆地营口-佟二堡断裂带不仅受到早期拉张应力的强烈控制，而且还受到后期右行走滑构造运动的影响，由此认为，两期构造运动决定了现今所勘探到的复杂含油气构造体系的展布，并导致了该区油气的运移和聚集。

准噶尔盆地南缘构造物理模拟实验

根据准噶尔盆地南缘地质构造特征和相似理论 ,成功地设计并进行了两组实验 :①利用砂箱模拟了该区剖面中可见的三排背斜带以及背斜紧闭、向斜开阔的特征 ;②利用湿粘土模拟了南缘几排背斜带与边界断裂斜交成“入”字型的平面特征 ,对西南缘存在东、西分段性的形成机制给予了很好的解释。模拟实验结果表明 ,压扭性走滑作用可以产生准噶尔盆地南缘的复杂构造现象 ,在右行压扭的区域动力学背景下可以产生与主位移带呈高角度斜交的张扭性断裂 ,以此可以解释南缘地区东。

岩石圈构造变形的物理模拟实验研究现状

在介绍物理模拟实验研究方法的基础上，系统概括了常规重力模拟实验的主要进展、研究内容以及模型相似性的研究现状。其研究进展体现在驱动装置自动化和观察、记录、测试系统数字化；模型结构多层化和实验材料多样化；模型相似半定量化。其研究内容涉及到地质学的诸多方面，包括地幔对流，板块俯冲，板内构造变形，盆地、造山带等的形成；褶皱、断裂、节理等基本构造形成机制等方面的模拟，甚至包括岩浆底辟上隆和火山喷发的模拟研究。这表明常规重力模拟实验已被广泛采纳。

对称褶皱形成的三维构造物理模拟实验

依据褶皱形成和演化的三维构造物理模拟实验结果,得到以下认识:在双向挤压应力作用下,在作用应力与受力体边界相互垂直的状态下,且材料的性质为塑性和脆-塑性,各层大致为等厚度,形成的对称褶皱沿x坐标轴由模型中心向两侧近于对称展布,模型最终缩短了初始长度的27％,褶皱核部较两翼有增厚的趋势;但沿x、y、z坐标轴的构造变形是非一致的,浅部变形与深部变形有较大差异,模型下部发育对冲的逆断层,褶皱轴与应力作用边界有大约30°的水平夹角,这一特征与层面的非均匀滑动和材料质点的非均匀位移密切相关。在单向挤压应力作用下,应力由作用边界向无应力作用边界传播,产生反作用力,在作用力和反作用力作用下,形成的褶皱变形明显靠近应力作用边界,层的弯曲随着深度的增加由缓变陡,模型下部发育与应力传播方向一致的逆断层。

构造物理模拟实验教学在资源勘查工程本科教育中的应用及意义

本文简述了构造物理模拟实验的基本原理及国内外发展现状和实际应用情况,认为与地质构造变形特征及其演化的相关课程是资源勘查工程专业重要的基础课程,而构造物理模拟实验是讲授专业理论的有效展示工具,同时也是培养学生掌握构造变形特征及演化的一种有效工具。建议将构造物理模拟实验适当增加到教学环节中,这样能够将课堂上的理论知识进行动态展示,有助于学生消化和吸收,也会有助于增强学生的动手实践能力,对学生的综合能力培养具有较大的推动作用。

火成岩侵入形成的构造物理模拟实验及实例

上覆地层介质为横向均质的情况下,火成岩侵入作用所形成的特殊构造物理模拟实验结果表明,岩浆侵入过程向正上方呈蛇曲状盘旋上升,剖面上呈左右摆动上升的形态;顶部构造平面形态呈圆形或近圆形拱起,拱起边界呈封闭型断层。岩浆侵入脆性地层具有应力积聚和释放的交替过程,呈现脉动跳跃现象,岩浆通道形状不规则;岩浆侵入塑性地层的应力变化过程平稳连续,岩浆通道向四周扩张明显,通道直径加大,顶部各地层构造形态具有继承性特点。实验模拟结果可以合理解释渤海湾盆地济阳坳陷SH24构造的形成发育机制;勘探结果表明岩浆侵入产生的这类派生构造对油气成藏十分有利。该实验成果填补了国内火成岩侵入构造物理模拟实验的空白,并取得了相关的实验参数,为今后类似的实验提供借鉴。

Y字型基底碰撞对盖层构造的影响物理模拟实验

根据相似性原理,选择橡皮泥和松散的细沙为实验材料分别模拟盆地的基底和盖层,在挤压应力条件下,模拟基底的Y字型碰撞对盖层构造的影响。实验表明:①基底“Y”字型碰撞初期,盖层出现基本对称的背冲构造,影响范围取决于基底的产状和盖层的厚度。②碰撞后期,盖层变形因基底变形的不同而不具对称性。③一侧基底的变形制约另一侧基底构造的发育,即使岩石力学性质相似的基底变形样式也可能不同。

构造物理模拟实验研究中的几个关键问题

构造物理模拟实验是研究和模拟自然界地质构造现象变形特征成因机制和动力学过程的一种重要的实验方法。近几年,随着计算机技术和图像处理技术的配套提升,构造物理模拟实验越来越被广泛地应用、继承和发展。该文根据研究者长期以来从事的构造物理模拟实验研究,详细阐述了在实验研究中的几个关键因素,包括实验前期准备、实验模型建立、实验过程记录以及实验结果分析,以期为研究同行提供参考与借鉴。