首山一矿深部地应力分布规律及影响因素

为探讨平顶山首山一矿深部地应力分布规律及其影响因素,基于矿井实测地应力数据,运用构造物理学、岩石力学和数值模拟方法,研究了测点地应力类型、大小和方向分布规律,反演了地应力场分布特征,分析了埋深、岩性和地质构造对地应力的影响,确定了影响地应力分布的主控因素。研究表明:多元回归反演分析法获得的地应力计算值与实测值吻合,相对误差小于20%,结果可靠。矿井煤岩体处于三维压应力状态,煤层主应力关系为S_(H)>S_(V)>S_(h),地应力由矿井北部向南部呈现先增大后减小再增大的变化趋势,地应力为28~44 MPa,属于高应力水平,地应力方向为NEE向。埋深影响地应力大小和类型,随埋深增加主应力增大,应力场类型向准静水压力场过渡;岩性与地应力密切相关,从泥岩到砂岩或灰岩,地应力增大,弹性模量越大地应力越大,地层岩性的差异造成地应力大小离散分布、应力方向偏转角不超过10°;矿井地应力与埋深、弹性模量的关系可表示为σH=0.0350H+0.4681E−8.5513。地质构造是影响首山一矿地应力分布的主控因素,褶皱形态控制地应力的水平应力分布,向斜内弧应力值大于背斜内弧,且褶皱弯曲程度越大,其内弧地应力越大,应力梯度越大;断层带内应力降低、断层尖灭端应力集中,地应力方向沿着断层走向偏转,与断层走向夹角越大,应力方向偏转角越大;断层切割复式褶皱时,断层与向斜构造组合区应力值大于断层与背斜构造组合区,且断褶构造组合造成地应力方向分布紊乱。

构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用

为探讨构造应力场对煤与瓦斯突出的控制作用,运用瓦斯地质学、构造物理学和岩石力学方法分析了构造应力场对煤体结构、地应力和煤层瓦斯的作用,结合煤与瓦斯突出实例研究了构造应力场对突出分布、类型和强度的作用,揭示了构造应力场控制煤与瓦斯突出机理和作用形式。研究表明:构造应力场控制煤体结构分布、类型及煤体强度特征,挤压构造应力场是形成构造煤的主要应力作用形式,并于褶皱层间滑动带和压扭性断裂带形成构造煤发育区;构造应力场强度越大,煤体破坏程度越高、煤体强度越低。构造应力场控制地应力类型、大小和方向,强构造应力场作用区域属于大地动力场型并处于高地应力环境,构造应力场方向即地应力的最大水平主应力方向。构造应力场影响煤层瓦斯富集程度,强构造应力场作用区域煤层渗透率低、瓦斯含量高、瓦斯压力大,并于压扭性构造带形成瓦斯富集区。多期构造应力场演化作用造成构造煤、地应力和煤层瓦斯呈区域性分布,进而控制突出的分区分带特征;构造应力场产生的水平挤压作用控制突出类型以压出为主;构造应力场的最大水平主应力方向与巷道轴向夹角越大,应力集中系数越大,突出强度越大;最大水平主应力越大,煤岩体弹性变形能和瓦斯膨胀内能越大,突出强度越大。

松辽盆地王府断陷边界正断层差异变形特征及成因机制

为揭示松辽盆地王府断陷断层的差异变形特征,深化对边界正断层变形机理的规律性认识,在构造解析及断层差异性分析的基础上,结合构造物理模拟在“连续正演”和“控制变量”方面的优势,探讨边界正断层差异变形的控制因素和成因机制。研究表明:(1)根据断层活动强度划分为4个区域构造演化阶段,王府西边界正断层活动性最强,但由北至南断层倾角逐渐增大,并且在局部呈现“上凸”形态。(2)综合构造物理模拟和实际地质背景表明,边界正断层形态受控于岩性横向变化、同构造沉积作用和基底先存凸起等3个主要因素。边界正断层若同时发育在不同岩性的地层中,或者伴随强烈的同构造沉积作用,都会导致倾角发生改变;此外,断层延伸到坚硬的基底凸起附近会改变延伸趋势,绕过其顶端继续传播,导致在局部出现“上凸”形态。

秋立塔克构造带盐构造形成的传力方式的构造物理模拟

库车坳陷第三系下部库姆格列木群是一套巨厚的膏 (盐 )层 ,该层系不管是在应力传递方面 ,还是在控制构造样式方面都有重要的作用 .秋立塔克构造带是库车前陆褶皱冲断带的变形前缘 ,盐上、盐下构造极不协调 ,盐上层变形强烈 ,发育滑脱断层、大型推覆构造、突发构造和三角带构造 ;盐下变形弱 ,发育小规模的冲断层 .根据构造分析推断 ,在盐上层中 ,应力从变形后缘 (克拉苏构造带 )向变形前缘秋立塔克构造带的传递有 2种方式 ,即重力滑动传递和顺层挤压传递 .

冲绳海槽中部热液活动区构造地球物理特征分析

对冲绳海槽中部南奄西、伊平屋、伊士名三个现代海底热液活动区的地形、热流分布、地震、地磁场特征进行了初步研究。结果表明 ,海槽中部的热液活动区都集中于海槽的中央地堑中 ,或位于火山口的侧坡上 ,或位于地堑中山脊的侧坡上 ,热流值高而变化大 ,地震事件十分上频繁 ,地磁场曲线变化较大。这一系列特征说明现代海底热液活动区和目前的构造活动带吻合 ,热液活动和岩浆作用或浅成岩浆房密切相关。板块俯冲在海槽下诱生地幔物质上涌 ,上涌的地幔物质所携带的热量为热液活动提供了动力源 。

大巴山前陆弧形构造带形成机理分析

基于野外观察和构造测量,论述了大巴山前陆弧形构造带的基本构造特征,包括弧形带展布特征、分带特征、分段特征、分层特征、构造变形样式、叠加变形特征和古构造应力场特征等,在此基础上探讨了大巴弧形成的主要控制因素。指出大巴弧形成的机理不同于经典的碰撞造山模式,该弧形构造带经历了古生代大陆边缘伸展裂陷初始期、中晚三叠世碰撞造山雏形期和中晚侏罗世陆内造山定型期。造山作用前的古大陆边缘伸展作用及其产生的不规则边界形态对弧形带的形成起到了决定作用。其中先成的城口-房县弧形断裂带不仅控制了早古生代沉积-岩浆作用,同时成为大巴弧形成的主导边界条件,而弧形带两端的基底隆起也起到了重要的限制作用。根据实际地质资料设计的简单沙箱模型模拟了这个弧形带的形成条件和过程。

松辽盆地反转期的界定

松辽盆地的构造反转对油气生成、运移和聚集保存有明显的控制作用。以往的研究认为,松辽盆地晚期经历了嫩江组沉积末期、明水组沉积末期和古近纪的多期反转。通过对松辽盆地北部进行剖面与平面的构造演化分析,认为嫩江组沉积末期为南北向差异升降活动,未引起地层褶皱变形和构造格局的改变,该期形成了区域伸展不整合面;明水组沉积末期松辽盆地从区域拉张转为挤压,盆地表现为东西向缩短,构造格局发生了性质上的变化,形成了一系列反转构造,该期构造反转奠定了盆地现今的构造格局。构造物理模拟实验进一步证明,松辽盆地不同方向的反转构造带为明水组沉积末期形成的。

煤与瓦斯突出的构造物理环境及其应用

将构造物理学的理论和方法应用于煤与瓦斯突出预测中,对地质构造控制煤与瓦斯突出机理及分布规律进行了研究,指出煤与瓦斯突出构造物理环境由构造组合特征、构造应力场、构造煤和煤层瓦斯四因素组成,探讨了煤与瓦斯突出构造物理环境各种因素控制突出的机理,提出了煤与瓦斯突出构造物理环境多种因素的综合作用控制地质构造带煤与瓦斯突出,为地质构造突出危险性判定提供了理论依据.工程实践证明,利用煤与瓦斯突出构造物理环境可以对煤与瓦斯突出进行准确地预测.

地质条件影响下的煤与瓦斯突出特征及防治对策

针对平煤八矿的煤与瓦斯突出特征,分析了煤与瓦斯突出原因,结果表明工程因素对煤与瓦斯突出主要起诱导作用,地质构造、煤层瓦斯赋存和构造煤等地质条件是煤与瓦斯突出的必要条件,其中地质构造对矿井煤与瓦斯突出有明显控制作用;结合矿井瓦斯压力大、瓦斯含量高和地质构造复杂的特点,提出了加强瓦斯地质规律研究、建立预警系统等煤与瓦斯突出综合防治措施。

韧性构造地质事件时限的确定——一种构造物理定年方法探索

韧性剪切带活动时限 (持续的时间 )的研究 ,可以为相关地质事件提供重要的制约条件。由于直接测定韧性构造事件的时限尚没有一种成熟的方法 ,本文试图依据韧性剪切带中构造岩及其应力矿物所反映的物理化学信息 ,以求得时限。现主要讨论构造应变速率法 ,具体的方法和步骤 :首先 ,通过计算差异应力求得流变速率 ;其次 ,通过计算体积因子来求算有限应变 ;第三 ,应用有限应变量与流变速率来求得地质事件的过程时间。并以宿松韧性剪切带型磷矿为例 ,获得韧性剪切带形成的时限为 10 0± 10万年。

正断层形成机理及其对断层泥的控制作用

断层泥是影响断层封闭性的主要因素之一。对正断层的形成机理进行了动力学和运动学分析,从时间和空间上探讨了正断层上、下盘的应力分布特征及其断层泥的分布规律。分析认为,断层泥受控于断层的特征规律,属于断层形成发育过程的伴生现象。而正断层的上盘为主动盘,下盘为被动盘,正断层中的断层泥则随正断层的生长表现为剪薄、拉长、涂抹和拖曳的动态发育演化过程,断层泥主要形成在正断层上盘一定宽度的范围内。

松辽盆地北部白垩纪末反转变形的三维构造物理模拟

构造物理模拟对构造反转机制分析和地震资料的构造解释和模型建立至关重要。作者在深入研究松辽盆地的基底、形成发育和改造史的基础上，对松辽盆地进行6次能再现可重复性的三维构造物理模拟，探讨了断陷盆地晚期反转变形的动态过程，表明在同一构造应力场作用下因受基底中构造边界的制约而可能产生多组方向的背斜构造带。先存的边界条件还决定了晚期变形的产状：断面缓的一侧率先变形，对应的背斜带翼部陡且褶皱幅度大；它还制约了呈雁列式展布的正断层的发育。松辽盆地不同方向的正向二级背斜构造带均为明水组沉积后（白垩纪末）同一挤压应力场作用的结果，该期反转变形控制了新生代松辽地区的沉积发育。

辽西医巫闾山变质核杂岩拆离断裂带金矿成矿构造物理特征

本文通过对辽西医巫闾山变质核杂岩拆离滑脱带-韧性剪切带的动力变质温度、差应力、应变速率和成矿温度、压力和深度等方面的研究,进而探讨了该区金矿成矿的构造物理特征.利用声发射法得到区内7期历史最大主应力值;利用石英动态重结晶和亚颗粒法测量出区内变形岩石差应力值在13～48MPa之间;利用包裹体测温实测计算了排山楼金矿成矿温度在100～180℃和210～346℃两个区间,岩石应变速率在10-14s-1至10-19s-1之间.阐明了金矿形成时的温压条件是该区岩石的形变-相变及成矿的决定性要素.

山东玲珑和焦家金矿成矿深度研究与测算

应用构造作用力影响静水压力的理论,用构造校正方法,测算了玲珑-焦家式金矿的成矿深度。焦家金矿Ⅰ、Ⅱ号矿体形成深度为2243.6m±,Ⅰ号矿体脉群形成深度为1632.4m±(105Ma±),玲珑金矿四个成矿阶段的深度分别是3455m±(213Ma±),1914.4m±(100.28Ma士),1091m士(80.67Ma士)和721m±(71.86Ma±)。这些结果已被近年深部第二富集带新增储量数百吨所初步证实,表明胶东金的成矿作用,主要与燕山期基底逐渐上隆及反时针区域压剪的大地构造环境有关。

雁列构造是走滑断层存在的充分判据?——来自平面砂箱模拟实验的启示

多年来 ,雁列构造被作为走滑作用的结果、并得到物理模拟实验模型的支持 ,通常作为走滑断层的判据加以运用。本文根据针对黄骅盆地所设计的曲折边界基底均匀伸展模型和针对焉耆盆地所设计的基底均匀收缩斜向挤压模型的砂箱实验结果 ,给出了雁列构造另外的成因解释。认为雁列构造的成因并非局限于基底走滑作用 ,基底均匀变形条件下的斜向伸展或斜向挤压作用均可形成雁列构造 ,因此雁列构造不能作为走滑断层存在的充分判据。

震源分布和强度指标控制因素的模型研究──红河断裂地震环境因素的实例分析

参照并综合应用国内外相关资料、实验和研究成果 ,建立了一种涉及多种环境因素的模型 ,分析了不同因素对构造运动能量指标的影响 .其中包括地壳纵向结构、断层产状、岩性条件、地壳应力状态、孔隙压力和地温条件等 .模型计算结果表明 ,断裂的剪切破裂能随深度增加通常呈现先上升 ,在某一深度上达到峰值后逐渐衰减的形态 .在诸多因素中 ,孔隙压力和地温条件对能量指标的影响相对显著 .高孔隙压力和地温环境可导致剪切破裂能曲线的峰值降低、峰值和铃腰值所在的深度下移 .这种效应限制了强震事件 ,而适于中小地震活动或低能量释放的断层活动 ,其震源深度分布的下限较低 .反之 ,低孔隙压力和低地温环境使剪切破裂能曲线的峰值加大、形态变陡 ,其结果利于高强度、高能量积累的闭锁段的形成 .如果这两种段落在断裂带上相邻 ,则可能促进断裂带不同段落之间的能量转换 ,从而形成能量积累程度高而邻区锁定强度低的孕震环境 .红河断裂北西段温泉密度和热储温度分布与该地区的地震频度、强度和震源深度分布之间的关系与模型结果基本相符 。

祁连山中东段三维构造物理模型及其在地震预报中的应用

利用近年来在祁连山中东段地区取得的丰富、完整、系统、可靠的地表活动构造定量化数据和测震学资料建立了本区全新世活动构造的三维构造物理模型 ,定性或半定量地描述了该区活动地块的运动状态 ,解释了不同活动块体的运动性质及块体之间的运动转换关系 ,归纳总结了不同块体内前兆异常及地震活动性特点 .

俯冲带楔体中逆冲构造的形成及演化──构造物理模拟实验研究

通过交换不同的边界条件来进行构造物理模拟，重塑及研究岩石圈中各种构造现象发生及发展的过程与机制，并与自然界中存在的构造现象进行对比，是构造物理模拟所具有的独特优越性。实验以俯冲带楔体中及其底部逆冲断层形成过程中的几何学、运动学的研究为主题，以底部摩擦强度（俯冲片与传送带间的摩擦）及插入厚度的变化为边界条件进行的。实验证实了俯冲带中楔体底部及其下部俯冲片中存在的构造底侵作用；底部不同的摩擦强度与不同的插入厚度对楔体前缘、内部及底部逆冲构造的形成演化及其组合形式有如下影响：（１）楔体前缘逆冲断层系之间的间距随底部摩擦强度增强而加大；（２）当底部摩擦强度大时，楔体前缘逆冲叠瓦扇构造表现出一种前导主叠瓦扇（Ｌｅａｄｉｎｇｎｉｍｂｒｉｃａｔｅｆａｎ），反之则显示尾（Ｔｒａｉｌｉｎｇ）叠瓦扇组合特点；（３）插入厚度对楔体内部的反向逆冲构造的形成及演化具明显的影响。

探测大陆岩石圈的属性、相态与物质运动：固体地球物理学的新使命

20世纪大地构造物理学取得引人瞩目的进展。本文详细评述了探测地球大陆圈层的属性、相态与物质运动取得的进展和技术路线。并且指出,大陆地壳和海洋地壳结构上的最基本区别是后者是相对均匀和整体刚性的,内部不存在明显的物质运动。前者的下地壳部分区域是不均匀和流变的,其中的物质运动使大陆板内的地壳产生比较强烈的变形和岩浆活动。因此,当前发展板块构造学说的最焦点就是对地壳不均匀性和流变岩石进行三维成像,从下到上找出大陆地壳物质运动规律。同时,一定要坚持深层油气和地震预测方面的应用基础研究,为人类社会可持续发展作出更大的贡献。

陈四楼煤矿煤与瓦斯突出原因及防治措施研究

针对陈四楼煤矿煤与瓦斯突出问题,综合运用瓦斯地质学和构造物理学等相关理论和方法,通过现场调研和数值模拟,从地质因素和工程因素2个方面对"4·10"煤与瓦斯突出原因进行了探讨。研究表明:压扭性雁列式断层引起剪应力集中,造成岩桥区结构性变形,破坏煤体结构,促使瓦斯富集,提供了突出所需的弹性内能和瓦斯膨胀能,是控制煤与瓦斯突出的主要地质因素;采动应力造成断层活化诱导了煤与瓦斯突出的发生。在此基础上提出了加强断层预测、建立煤与瓦斯突出预警体系和强化瓦斯抽采等瓦斯综合防治措施。