方解石e-双晶的古应力分析:原理和展望

方解石e-双晶是在低温、低围压环境下发育的一种晶内塑性变形,广泛发育于亮晶灰岩和大理岩中。由于e-双晶的形成与地应力密切相关,与其相关的古应力分析原理得到了深入的研究,相继提出了两类分析方法,即图解法和反演法。通过方解石e-双晶的古应力分析,我们可以获得形成时的主应力方位、应力比,甚至绝对的差应力,因而该分析方法被广泛运用于未遭受明显构造变形的地区,如克拉通盆地、褶皱‒冲断带等。本文首先简单地回顾了方解石e-双晶古应力分析的研究历史,总结了图解法和反演法的基本原理,然后评价了影响这些方法的一些可能因素,如方法的局限性和数据的质量,最后指出今后在数据获取和多期数据反演两个方面值得进一步研究。     

最大有效力矩准则的理论拓展

在分析"导致变形带内先存面理或层理发生转动的最大有效力矩与先存面理或层理方向有关"的基础上, 对最大有效力矩准则(M_eff=0.5(σ₁-σ₃) Lsin2αsinα)进行理论上的拓展, 提出了可以判定任意方向先存面理最大有效力矩的准则——泛最大有效力矩准则(M_G-eff=0.5(σ₁-σ₃)Lsin2αsin(α-θ)), 其中当先存面理与最大主压应力(σ₁)平行时, 则成为最大有效力矩准则。该准则的理论分析表明:①当先存面理与σ₁平行时, 在σ₁左右两侧±54.7°方向出现2个有效力矩的最大值, 形成共轭的变形带, 钝角(109.4°)对着σ₁方向; ②当先存面理与σ₁斜交时, 在σ₁的另一侧出现1个有效力矩的最大值, 从而只出现一个方向的变形带, 并随着先存面理偏离σ₁方向, 变形带与σ₁的夹角逐渐减小(从θ=0°时的54.7°, 减小到θ=90°时的35.3°), 而与先存面理之间的夹角逐渐增大(从θ=0°时的54.7°, 增加到θ=90°时的125.3°); ③当先存面理与σ₁垂直时, 在σ₁左右两侧± 35.3°方向出现2个有效力矩的最大值, 也形成共轭的变形带, 但锐角(70.6°)对着σ₁方向。在主应变平面上变形带与先存面理方向及变形带剪切方向(左旋或右旋)已知的情况下, 可以确定最大主压应力方向。泛最大有效力矩准则克服了最大有效力矩准则与滑移线理论不相容的问题, 可以解释大多膝褶带非共轭发育等多种现象, 预期在韧性变形域中具有广阔的应用前景。      

安徽池州马头铜钼矿容矿构造特征及构造应力场浅析

研究区位于安徽池州市梅村镇西峰庙—马头平移断层东北端,该处岩体和围岩的内外接触带区域发育了一中型铜钼矿.分析了研究区铜钼矿赋存条件和容矿构造的发育特征,统计了容矿节理的产状,整理绘制出成矿期研究区的构造应力场分布图.认为研究区内的容矿节理以张性节理为主,经极射赤平投影后得到的优势产状为285°∠87°,容矿节理和主断裂产状基本一致.研究区内构造应力场最大主应力轴(σ1)的方位为15°,最小主应力轴(σ3)的方位为105°,倾角近水平.此构造应力场与燕山晚期中国东部构造应力场一致,最大主应力均为NNE-SSW方向.在此区域构造应力场的控制下,形成了区内广泛发育的NNE-SSW向、具走滑性质的断层以及张性节理.     

三轴不等应力场下剪切破裂趋势面方向探析

文章在弹性力学和库仑-摩尔破裂理论基础上,用数学解析方法剖析三轴不等应力状态,以及三轴全拉、三轴全压和最大最小主应力一拉一压三种情况下,斜截面上剪应力与抗剪阻力之差——"剪切差函数"的极值。进而探讨了剪切破裂趋势面方向与三主应力轴,及岩石(体)内摩擦角φ和内聚力C的关系。给出了不同应力状态下发生剪切破裂面的可能方向。在全压状态下,剪切破裂趋势面与最大主压应力轴夹角γ=±(45°-φ/2),即共轭角χ=±(90°-φ)。在一拉一压状态下,±(45°-φ/2)≤γ≤±45°,具体数值视拉主应力与压主应力比值确定。以上三种不等主应力下的剪切破裂面都是平面,且平行于中间主应力轴。构造拉张力的存在是无可争议事实,通过一拉一压状态下剪切破裂面趋势面分析,给出了构造地质实践中为什么有时剪切面共轭角χ>±(90°-φ),甚至接近90°的理论分析。     

大兴安岭阿尔山大山多金属矿区控矿断裂有限应变测量与分析

文章通过对大山多金属矿区的主控矿断裂的三维应变测量分析,确定了大山多金属矿区主干控矿断裂其北东段为右行剪切兼逆冲性质的韧性剪切带,带内显微构造变形机制以粒内滑动、位错为主;确定了大山多金属矿区晚侏罗世(主构造期)的应变缩短主轴方位,也间接取得这次运动对应的σ1(最大主应力)、σ2(中间主应力)、σ3(最小主应力)的方位分别为345°∠18°、247°∠9°、150°∠72°。对部分韧性剪切带来说,若在野外能够直接利用面状和线状组构要素确定主应变轴的方向,简易应变测量方法可行。大山地区今后的找矿远景区段是上奥陶统裸河组二段内的的次级剪切断裂是下一步寻找多金属矿的远景区段,次级剪切断裂与近EW向张节理交汇处是重点找矿靶区。矿床类型除了夕卡岩型、隐爆角砾岩型外,应重视剪切带型。     

利用方解石的E双晶定主压应力轴方向的图解法

利用方解石构造岩的组构型式来分析其所受的主应力轴的方法,很早就已被人们所注意。对于方解石的变形行为,人们做了大量的实验岩石变形.近年来,x光岩组分析技术的应用,更使得对细粒的方解石构造岩的组构型式的分析有了可能。然而,如何应用实验资料来解释自然变形的方解石构造岩,仍有各种不同的见解和存在着许多疑问。作者在研究瑞士西部赫尔文特推复体根带的方解石构造岩的过程中,认识到利用测量方解石的e双晶来确定引起其变形的主应力轴的方向的方法,仍是一个可用的方法,特别是对于用来测定剪切带或断层附近的局部的后期的构造应力场的方位,以确定其剪切运动的方向。     

塔里木盆地大北气田构造应力场解析与数值模拟

构造应力场研究对于塔里木盆地大北气田的开发具有重要理论与现实意义。通过区域断裂与背斜长轴走向、钻井诱导缝走向与井壁坍塌方位分别确定了古、今构造应力场的方向,采用测井资料计算了古、今构造应力场的大小。在此基础上,利用ANSYS有限元分析软件建立了大北气田主体气藏区大北102区块和大北201区块的地质模型,并通过测井资料计算及动静态转换确定岩石力学参数,利用构造应力场解析结果确定边界条件,进行了大北气田古今构造应力场的数值模拟,分析了构造应力场的分布规律以及构造应力场与构造裂缝和产能的关系。结果表明:大北气田古、今水平最大主应力方向分别约NNW336°和NWW305°,应力大小分别具有σHσhσv和σHσvσh的特征,分别属于Ⅱ类和Ⅲ类地应力;主应力和主差应力在平面上表现为背斜高部位为低值、翼部为高值,纵向上随深度增加而增大;构造裂缝的走向受控于水平最大古构造应力方向,与现今水平最大主应力方向近似平行或呈小角度相交,构造裂缝可沿走向继续延伸,开度也不会因构造挤压作用大幅降低,有效性可得到很好的保存,气藏区构造裂缝发育程度与主差应力的大小呈正相关关系;背斜高点是构造应力的低值区,油气在应力势差和浮力的共同驱动下聚集成藏,其中主差应力较大的井点构造裂缝较发育,无阻流量较高,因此在背斜高点主差应力较大的区域部署井位,有较大概率获得天然气的高产。     

根据断层擦痕确定主应力方位的理论和方法

<正> Arthaud于1969年提出根据运动面确定主应力方位的图示法,运动面是指断层面法线和擦痕确定的平面。他认为在同一应力场中形成的断层,其运动面相交于一点、两点或三点(在吴氏网上),这些交点分别对应于三个相互直交的主应变轴:X(最大伸长轴),Y(中间应变轴)和Z(最大缩短轴)。求出运动面的交点后可根据断层的相对运动     

云南白秧坪东矿区控矿断裂带构造岩的方解石组构

断裂带构造岩的方解石组构综合分析,可以推断构造活动的应力场方位,利用e双晶的C—T(C—压应力轴,T—张应力轴)图解推断古应力的方位,已为众多的地质学家在实践中引用。云南白秧坪东矿区推覆构造的华昌山断裂带和水磨房断裂带,是矿区的主要控矿构造,其构造岩的方解石及e双晶极点组构均显示点极密加环带的型式,大部分发育近岩组坐标c轴的光轴极密,代表光轴方向的压力导致沿岩组坐标ab面滑动;在C—T应力系统中,显示华昌山、水磨房断裂带晚期较强烈活动的应力场方位,主压应力方向为SE-NW向,主张应力方向为NE-SW向,断层以左旋运动为主;华昌山断裂带SE盘往NW方向逆冲,水磨房断裂带则由NW往SE方向反冲,与野外宏观构造分析吻合。     

福建厦门地区中、新生代构造应力场研究

本文通过野外构造形变资料的研究,确定了厦门地区中生代的两期（侏罗纪、白垩纪）构造应力场及其主应力方向;利用最新一期共轭剪节理和震源机制解资料,确定了第四纪以来的构造应力场及其主应力方向。最大主压应力轴的优选方位分别为:侏罗纪SE138°,∠8°,白垩纪SW205,∠12°,第四纪以来NW312°,∠21°。 采用石英错密度法,估算了中生代古构造应力值,侏罗纪为88.5MPa,白垩纪为81.5MPa。利用岩石力学声发射技术,测定了现代构造应力大小,在标高为3——-151m（埋深为18——151m）的范围内,最大主压应力值为2.55——16.2MPa,最小主压应力值为1.1——10.1MPa。     

鄂尔多斯盆地东部晚侏罗世-早白垩世应力场

鄂尔多斯盆地是近年研究的热点区域.以鄂尔多斯盆地东部上古生界在燕山运动主幕期间 (晚侏罗世-早白垩世) 的应力场量化研究为目标,以期为应力场数值模拟及储层裂缝预测提供边界条件.通过盆地边界同构造期构造形迹应力反演和地层剥蚀量恢复结果探讨了晚侏罗世-早白垩世三轴应力状态及水平最大主应力方向;基于泥岩压实曲线及Newberry力学模型计算了附加构造应力及垂直地应力,进而获得了研究区上古生界在晚侏罗世-早白垩世的三轴主应力大小及差应力值.研究结果显示,研究区在燕山运动主幕期间最大主应力近水平,方向为SEE98°,中间主应力近竖直,最小主应力为NWW方向;上古生界储层 (平均恢复埋深为4 600 m) 在燕山运动主幕的三轴主应力大小分别为93.2~101.3 MPa、65.8~67.2 MPa、53.1~53.6 MPa,差应力为40.1~48.0 MPa.研究结果为区域构造应力场数值模拟、储层裂缝预测及裂缝型油气藏有利区优选等油气勘探工作提供了必要的基础.      

斜长石变形温度计

斜长石以[010]轴为双晶轴的平行双晶,其结合面可能为菱形切面或(001)面。它们可以统称为b轴双晶。以(001)面为结合面的b轴双晶为阿克林双晶,以菱形切面为结合面的b轴双晶为肖钠双晶,即狭义的肖钠双晶。因为菱形切面在有些场合下与(001)面重合,这样有时无法区分肖钠双晶和阿克林双晶。因而有些研究者不采用阿克林双晶这一名称,而通称其为肖钠双晶,也即广义的肖钠双晶就是b轴双晶。本文中肖钠双晶     

最大有效力矩准则及其构造地质学意义

摩尔-库伦准则广泛用于解释断裂的形成。然而却不能说明自然界广泛存在的大变形。一新的变形理论——最大有效力矩准则(MEMC),其数学表达式为:Meff=0.5(σ1-σ3)Lsin2αsinα,式中σ1-σ3为相关岩石的屈服强度,L为单位长度,α是最大主压应力轴(σ1)与变形带间的夹角。该准则证明有效力矩的最大值出现在σ1轴两侧54.7°方向上,其大小在55°±10°区间内无显著变化、覆盖全部自然和实验数据。最大有效力矩准则的主要构造意义为:1可用以确定相关变形构造形成时的应力状态;2在涡度与应变速率保持恒定的条件下,确定相关韧性剪切带运动学涡度(…     

一平浪煤矿南井田构造应力场量化分析及意义

本文采用正投影方法,对云南禄丰县一平浪煤矿南井田断层构造行迹之应变椭球体进行平面投影处理,应用构造应力场量化分析方法,得出其构造应力场的三个主应力轴产状,分别为:σ_1:199°∠14.5°,σ_2:99°∠33°,σ_3:311°∠53°,从而确定南井田其构造应力场特征和构造行迹为一典型"入字型"构造。     

论洞穴石笋结构构造转变

大量大型石笋纵剖面研究表明,石笋矿物组成有方解石、文石、文石(方解石)-方解石(文石)三种类型,三类的结构、纹(微)层和放射状构造、结构构造转变等特征类同,并存在于碳酸盐沉积石笋生长的全过程,但文石笋的细微粒针(柱)状(微粒)结构、放射状、纹(微)层构造更显著.石笋结构构造转变的主要表现是:文石转变成方解石;文石、方解石次生增大,呈现不断晶化的成晶过程.文石转变为方解石,常保留文石的针状、针柱状结构和柱状聚晶体,呈文石假象,文石次生加大仍保存其结构构造和聚晶;方解石次生增大,常保存其粒状、菱面体、偏三角面体、聚片双晶和柱状、板状聚晶.石笋结构构造转变及其晶化强度,受控于洞穴温度、湿度、滴水和凝结水对石笋的渗透、淋漓,主要受石笋含水度大的制约.组成石笋的碳酸盐沉积、组合、结晶、晶化次生增大等,结构构造的形成及其弱、中、强转变,都在常(低)温常(低)压的洞穴气候环境中进行,是自调整作用的沉积、成晶、成岩晶化过程,没有外来物质加入,因而不影响同位素分馏和古气候环境记录.石笋结构构造转变研究,对古气候环境重建与生态修复、成晶成矿理论和实践、同位素测年校正和运用都有重要意义.     

潞安矿区煤储层裂隙及其与人工裂缝的关系

为了研究潞安矿区煤储层压裂人工裂缝与天然裂隙的关系,井下实测了矿区煤储层宏观裂隙,扫描电镜观测了煤储层显微裂隙;探讨了矿区含裂缝非均质煤岩破裂规律。对原位煤储层条件下人工裂缝沿天然裂隙扩展的最大水平主应力方向与天然裂隙走向夹角的临界值进行了计算。结果表明:矿区的漳村、司马、屯留、常村和五阳5个区块临界值分别为12.00°、9.22°、9.16°、8.56°和7.42°,当最大水平主应力方向与天然裂隙走向的夹角小于此临界角时,人工裂缝沿天然裂隙扩展,反之沿最大水平主应力方向扩展。据此,探讨了潞安矿区原位煤储层压裂裂缝沿天然裂隙扩展的3种模式。      

神秘的109.4°——共轭变形带的夹角

塑性力学的滑移线理论、Watterson零伸长度理论和最大有效力矩准则均获得共轭变形带的夹角为109.4°。该值与黄金规则相容,然而,滑移线理论的预测值面对伸长方向,与实际不符。零伸长度理论所预测的109.4°,不能解释实际观察到的平面共轭剪切带。根据最大有效力矩准则理论,预测韧性变形域共轭变形带面对主压应力方向或瞬时最小伸长度方向的夹角为109.4°。迄今获得的全部野外观测值和岩石力学实验结果均位于该预测值的±20°范围内,证明最大有效力矩准则的有效性。最大有效力矩准则可解释或求解:1)折劈理的形成,2)大型低角度正断层和高角度逆冲断层的形成,3)地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造,4)变质结晶基底的基本构造型式——菱网状韧性剪切带,5)拆离褶皱的形成,6)古主应力和相关的运动学涡度。     

中国大陆科学钻探主孔钻孔崩落与现场应力状态的确定

中国大陆科学钻探主钻孔在1200m深度以下出现了钻孔崩落现象,我们在1200m至2015m的范围内采集了82个钻孔成像测井图象资料。对钻孔崩落长轴方位进行了方向统计,结果表明近似对称的崩落平均方位为324.8°±3.3°,对应的平均最大水平主应力方位为54.8°±3.3°。利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度)以及岩石力学实验确定的岩石内聚力和摩擦系数,计算了1269m、1500m、2000m等16个深度上的最大和最小水平主应力的大小。根据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力。三个主应力的大小和方向反映出主钻孔位置的应力场处于走滑应力状态,与地震震源机制解得到的走滑应力场一致。     

关于共轭断裂剪切角的讨论

相对均一的岩石在受外力而发生破裂形变时,常出现两组共轭剪切断裂,它们相互交叉而切错方向相反。这种共轭剪断裂,可叫做X型断裂,也可称之为棋盘格式构造。剪切破裂面与最大主压应力轴(σ_3)之间的夹角,通常被称为剪切角(φ)。另外一种表述的方法是用两组共轭剪断裂面之间的两面角,这个角度通常近于90°,一般情况下,一对是锐角,另一对是钝角。指向最     

水压致裂法地应力测量在成昆铁路垭口隧道的应用

垭口隧道是成昆铁路米易至攀枝花段的重点控制性工程,以地质条件复杂、工程地质问题突出、围岩变化频繁、施工安全风险高而著称。地应力是影响隧道围岩稳定、划分隧道围岩分级的主要影响因素之一,为查明工程区的地应力状态,在全隧道开展了两个深孔的水压致裂地应力测量工作。结果表明:最大主应力方向总体为N29°E,优势方向为北东向,这反映了研究区受印度板块构造作用明显;三个方向主应力相对大小表现为SH SV Sh,表明该地区在地壳浅部水平应力占主导地位;最大水平主应力方向与隧道轴线方向夹角为30°,对隧道围岩的稳定略为有利;σc/σmax介于3. 49～5. 15,应力值水平属于高应力至极高应力状态;通过判据分析,垭口隧道在开挖过程中硬质岩有发生轻微岩爆的可能,软质岩洞壁岩体有位移甚至发生大变形的可能。