塔中地区构造应力场数值模拟研究

构造应力场研究对于油气运聚分析及储层特征描述具有重要的理论和实际意义。本文根据塔中隆起断裂特征及其演化史,结合钻井资料,选择中下奥陶统碳酸盐岩为主要研究对象,应用大型有限元分析软件ANSYS,在处理断层问题时运用非连续的接触算法,模拟了中奥陶世末、中泥盆世末、三叠纪末、新近纪末的构造应力场,研究了该区不同时期的古应力分布特征。研究表明,最大主压应力受东部车尔臣-星星峡走滑断裂影响显著,在隆起区沿断裂带呈条带状低值分布,在不同时期塔中Ⅰ号断裂带无一例外地位于最大主压应力的最低区,反映了塔中断裂带尤其是塔中Ⅰ号断裂带是油气运移的有利指向区。最小主压应力沿断裂带呈条带状高值分布,在断裂的上盘、断裂走向发生变化和断裂的倾末端是张应力高值区,为张裂缝发育的重要构造部位。最小主压应力和最大剪应力受车尔臣-星星峡走滑断裂的影响明显减弱。     

闽南及邻近地区现今构造应力场有限单元模拟分析

本文通过有限单元法计算，确定了本区现今构造应力场的分布状态。计算结果表明：本区最大主压应力轴呈水平展布，其方向以东西向为主，在断裂带及其附近地区受其影响百发生不同程度的偏转；最大主压应力值为40－52MPa，最大剪应力值为16－19MPa。根据应力值大小的平面分布情况，在本区内划分出五个应力集中区，并以此为依据，探讨了应力集中区和微震区的关系，分析了未来的地震危险区。     

镇源老王寨－东瓜林金矿床古构造应力场的数学模拟

老王寨－东瓜林金矿床的构造解析表明，在老第三纪（主要成矿期）矿区内主压应力为ＮＥ—ＳＷ向。通过对东瓜林１７５３ｍ中段有限单元法模拟的最大主应力等值线图、剪应力等值线图及Ａｕ品位等值线图等分析，发现断裂带或构造岩块尖灭部位（即断裂尖灭部位）均是主压应力和剪应力值极低区，恰好这些地段也是有利Ａｕ矿体赋存的构造部位。这表明，在构造破碎程度较大的部位易造成应力的释放，从而有利于矿液的充填和矿质沉淀，以赋存矿体。     

龙门山活动断裂带运动学特征及其构造意义

2008年青藏高原东缘龙门山地区发生的MS8.0级地震,致使龙门山断裂带的后山断裂、中央断裂和前山断裂也发生了构造活动,产生了不同规模的同震地表破裂带,同时在活动断裂面上保留了最新擦痕和正反阶步。根据断裂面阶步及最新擦痕测量分析,后山断裂的耿达—草坡段为逆冲断层,汶川—茂县段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的NW—NWW向;平武—青川段为走滑-逆断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的SWW—W向。中央断裂的映秀—小鱼洞段为逆冲断层,小鱼洞北—北川段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的NW—NWW向;北川县北—南坝段为走滑-逆断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的SWW—W向。前山断裂的都江堰—蓥华段为逆冲断裂,蓥华—西坪段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力均为近水平的NW—NWW向。对比分析表明,擦痕反演最大主压应力方向变化过程与地震资料反演最大主压应力方向变化过程相吻合。     

深圳地应力状态及其区域稳定性评价

作者通过地应力测量、模拟、实验、应力场分析等一系列测试研究工作，确认深圳现今应力状态以水平应力场为主，优势方向为北西向，最大主压应力值2．6MPa，最大剪应力值0．37MPa，其中半数测孔水平面上的地应力呈等值状态，无明显应力集中现象。表明其地壳活动较弱、区域稳定性良好。     

深圳地应力状态及其区域稳定性评价

作者通过地应力测量、模拟、实验、应力场分析等一系列测试研究工作，确认深圳现今应力状态以水平应力场为主，优势方向为北西向，最大主压应力值2．6MPa，最大剪应力值0．37MPa，其中半数测孔水平面上的地应力呈等值状态，无明显应力集中现象。表明其地壳活动较弱、区域稳定性良好。     

青藏高原东北缘海原-六盘山断裂带现今地壳应力环境的数值分析

海原-六盘山断裂是青藏高原东北缘的大型边界断裂带,是中国大陆典型的地震危险区。地壳构造加载特征的定量研究有助于分析区域孕震环境,参考青藏高原东北缘GPS形变和岩石圈精细结构等资料,本文建立海原-六盘山断裂带周缘的三维岩石圈分层模型,分析现今构造加载作用下区域地壳形变和应力演化特征。数值计算结果显示:青藏高原东北缘现今处于以北东-南西向的水平挤压为主导和北西-南东向的水平引张的变形特征。青藏高原东北缘中-下地壳流变性质影响上覆脆性地壳应力环境,中地壳较低粘滞系数对应的模型地壳应力计算值与研究区实际地壳应力场相近。海原断裂中-西段构造加载作用显著,具有相对较高的库仑应力积累和最大剪应力分布;而六盘山断裂周缘地壳应力和最大剪应力小于海原断裂带。构造应力积累的空间分布差异说明六盘山断裂具有较弱的构造孕震环境,而研究区走滑型断裂的孕震加载作用显著。尽管六盘山处于较低的应力状态,但仍不能轻易忽视其长期存在的强震空区所暗示的发震潜力。     

汶川地震前后龙门山地区区域构造应力场演化的数值模拟

以龙门山地区为研究对象,采用数值模拟方法,通过模拟强震发生前后以及发生时的构造应力场特征,得到了龙门山地区构造应力场变化规律。结果表明,龙门山地区在汶川地震到地震时到地震后的最大主应力和剪应力的数值和方向均发生了改变,最大主应力方向整体上由NEE变为SEE,但在不同地区这种变化表现有所差异。剪应力在震前和震时均有局部区域出现了集中,特别是在映秀附近; 但在地震后,区域内剪应力相对均匀分布,而且与地震前相比,剪应力在龙门山前山断裂和龙门山中央断裂分布的值明显减小,在后山断裂附近分布的剪应力数值增大。同时地震后剪应力在龙门山中央断裂上集中的区域逐渐向东北方向移动。应力场变化规律与地震时的地表形变规律和震后余震的分布规律一致。     

压剪应力状态下岩石复合型断裂判据的研究

考虑岩石闭合裂纹壁面间存在的摩擦力对裂纹尖端应力场的影响,应用最大周向应力理论得到压剪复合裂纹的断裂角。在此基础上,依据岩石裂纹尖端双向受力时的破坏特征,结合最大周向应力准则与修正的格里菲斯（Griffith）强度理论,建立了考虑摩擦效应的闭合裂纹失稳扩展的岩石压剪断裂判据。研究结果表明：断裂角受裂纹和荷载方向的夹角、裂纹壁面之间的摩擦系数、侧压力系数的影响;当压剪裂纹的断裂角是某个定值时,纯II型裂纹的断裂韧度与纯I型裂纹的断裂韧度的比值只与岩石裂纹表面的摩擦系数取值有关,而与其他岩石力学参数无关。此研究成果可为压剪应力作用下裂隙岩体的失稳破坏提供参考。     

冀东宽城-青龙-金厂峪金矿集中区早燕山期构造应力场及其对金矿化的控制作用

冀东宽城-青龙-金厂峪金矿集中区早燕山期地壳运动与构造-岩浆活动强烈,形成了区内NE向、EW向与NW向压扭性-扭性主干断裂构造-岩浆带与20多个金矿床。早燕山期构造应力场对这些断裂的形成演化与金矿的成矿作用有重要的控制意义。在野外调研与古构造应力测量的基础上,确定受力方式、位移方向与若干地点的差应力值,进而应用有限元计算模拟方法,剖析早燕山期区域平面构造应力场及其与金矿化的关系。结果表明,该金矿集中区早燕山期区域最大主压应力方向以NW-SE向为主,最小主压应力方向以NE-SW向为主;区域构造应力值变化于2.5-220MPa;构造应力方向、构造应力大小与应力梯度带对金矿化均有明显的控制作用。      

北大港构造带东翼华北期构造应力场模拟

通过对北大港构造带东翼对油气运聚影响较大的华北期(52~23.5 Ma)进行应力场模拟,结果表明,华北期构造运动的最大主压应力方向为近ESE向。华北期构造运动在北大港构造带东翼的构造剪应力值分布在18~42 MPa,大多分布在22~32 MPa,而在22~25 MPa间有较明显的梯度带,塑性变形后应力释放处,为构造裂缝发育区带。构造裂缝发育区NEE向的断层与华北期构造应力方向之间的夹角较小,开启性较好,有可能成为油气运移和聚集部位,但是也有可能成为油气散失的部位。结合现今构造应力场的模拟结果,综合分析认为构造剪应力值在22~25 MPa的构造发育区带内的ESE向的裂缝发育区带可能形成较好的油气藏,而ENE向的裂缝发育带则易成为现代油气散失的部位。     

渤中坳陷中部地区构造应力场光弹模拟实验研究

在对渤中地区沉积构造详细分析的基础上,明确了其中部地区断裂的分布特征,采用以E44-6101型环氧树脂为基体,顺丁烯二酸酐为固化剂,邻苯二甲酸二丁脂为增塑所配制的材料制成渤中中部地质结构模型,对渤中坳陷中部地区构造应力场进行了光弹实验模拟,再现了近北北东向和近东西向断裂在晚近构造格局下的应力状态及分布。试验证明,在构造应力场的作用下,油气往往由高应力值区向低应力值区迁移,而且渤中地区自新近系以来,最大主压应力方向比较稳定。基于试验结果的分析,对北北东向和近东西向两组断裂在晚近应力场的作用下的构造特征及其对油气的控制作用进行讨论。由于渤中坳陷是中国的油气主要产地,通过研究盆地构造应力场的分布,可为盆地的油气勘探和开发提供依据。     

四川地区近代地应力场与发震机制规律探讨

根据四川地区北西向新构造的形成时间、切割关系、水系控制、内部压力、断裂活动、震中分布、裂度展布等特征,采用平面应力状态理论分析方法,确定现今区域主压应力为ＮＥ－ＳＷ向,在其控制下的局部发震机制及主压应力方向与区域主压应力方向有别,并有规律可循。     

基于地应力实测数据分析郯庐断裂带中段滑动趋势

郯庐断裂带潜在滑动趋势对于区域地壳稳定性评价具有重要的意义。对郯庐断裂带中段(新沂至渤海段)附近12个钻孔共65条实测地应力数据分析,得出该区段最大和最小水平主应力与垂直应力之比Kmax和Kmin的范围,结果表明郯庐断裂带中段主要表现为逆断层的应力状态,局部地区呈现出有利于走滑断层的特征。研究区内应力比K值由西向东逐渐增大,并在东北部达到最大。通过计算得出断层面上的剪应力与有效正应力比值小于Byerlee准则所定义的摩擦系数,说明目前郯庐断裂带中段处于相对稳定状态;同时发现北西向断裂面上的剪应力与有效正应力比值比北东向断裂的大。区内应力积累指标μm的计算结果和地震的分布特征表明,郯庐断裂带中段北西向断裂上地震活动频繁,应力积累程度低;而北东向断层上应力积累程度高,特别是处于郯庐断裂带中段东北部的北东向断层,在应力集中的区域出现地震空白区,推测为断层的锁固段。最终认为在现今应力场下郯庐断裂带中段更易沿北西向的断裂滑动。     

四川地区近代地应力场与发震机制规律探讨

根据四川地区北西向新构造的形成时间、切割关系、水系控制、内部压力、断裂活动、震中分布、裂度展布等特征，采用平面应力状态理论分析方法，确定现今区域主压应力为ＮＥ－ＳＷ向，在其控制下的局部发震机制及主压应力方向与区域主压应力方向有别，并有规律可循。     

罗布泊盆地新构造变形数值模拟分析

综合罗布泊盆地新构造研究相关成果, 运用数值模拟实验方法, 采用两种模型, 对罗布泊盆地新构造活动进行数值模拟研究, 直观展示盆地的应力状态与位移特征, 再现罗布泊盆地新构造变形序列, 查明运动学特征。数值模拟结果一方面展示出晚新生代以来罗布泊盆地先后主要经历了渐新世末期—早更新世晚期近南北向构造挤压作用控制下的盆地近东西向伸展断陷与早更新世晚期以来北东—南西向构造挤压作用导致的盆地剪切变形两大阶段; 另一方面实验结果也显示, 在两种边界条件的控制下, 研究区地质单元的应力状态主要受地层岩性和断裂共同控制, 盆地内部呈现低应力状态, 在与最大主压应力相垂直的方向上产生伸展变形。盆地南边的两条主干断裂内部具有较高的剪应力, 而罗布泊盆地及其以东地区剪应力最小。位移大小明显受断裂控制, 从南西向北东位移逐渐减小, 指示孔隙流体从南西向北东运移。      

相山铀矿田西部成矿构造应力场及与铀矿化关系

相山铀矿田是我国最大的火山岩型铀矿田。本文选择矿田西部地区，通过节理、裂隙测量和数值模拟，重建和恢复了区内成矿构造应力场，并在此基础上，探讨铀矿化在构造应力场内的分布规律和火山岩中铀元素在构造应力作用下的迁移、集散特征。结果表明：铀矿床多分布在剪应力值产生急剧变化的梯度带、应力值偏低一侧的应力“缓冲带”部位，且有从矿床、矿点到异常点，剪应力值逐渐降低的变化趋势。火山岩中的铀元素在构造应力驱动下，向应力梯度减小的方向迁移，并参与了成矿作用。     

中国东北地区新生代火山活动构造控制及火山灾害

东北地区的新生代火山、火山岩主要沿北东向、北北东向断裂带,其次沿北西向断裂等分布,这是由东北地区所处的区域大地构造环境所决定的。４２．４Ｍａ以后,太平洋板块运动方向由ＮＮＷ转为ＮＷＷ,这与我们研究的断裂带内,由断裂、节理求得的主压应力方位转化是吻合的。在伊通—依兰断裂带内,前第三纪主压应力σ１平均方位ＳＥ１２２°,第三纪以后,主压应力σ１方位转为９８°。因此,新生代特别是渐新世以后,在近东西向最大水平挤压应力作用下,使得东北地区已存在的北东向、北北东向断裂发生右旋扭动,在右旋扭动过程中将这些断裂拉开,逐渐演化为走滑拉伸裂陷盆地或裂谷盆地,同时为岩浆上升提供了通道。由于太平洋板块对欧亚大陆俯冲,东北地区４个活火山群（即长白山火山群、五大连池火山群、龙岗火山群和镜泊湖火山群）中的活火山都有再次爆发、造成灾害的危险     

横观各向同性土的简明破坏机制解释

由于沉积等作用使得天然土材料内部颗粒排列表现为各向异性。土材料的各向异性使得材料内各平面滑动的内摩擦角不同。因此,在分析各向异性土的破坏问题中,除了考虑来自外部的应力分布以外,还需考虑土材料内部的强度分布。以横观各向同性土为例,阐述了同时考虑材料外部应力分布与材料内部强度分布下各向异性土的破坏机制。为说明,文中假定横观各向同性土内部各平面的内摩擦角正切值随空间方向而线性分布。外部加载进行时,横观各向同性土材料内部各处的应力不断变化,当其内部某处首次出现的应力达到该处的强度时,土材料发生破坏。进一步通过类比得出：区别于金属,各向同性土不是在最大剪应力面而是在最大剪压比面发生破坏;区别于各向同性土,各向异性土不是在最大剪压比面而是在最大剪压强比面发生破坏。     

基于固定主应力轴假设的砂堆基底应力凹陷的研究

对砂堆三棱柱的基底应力分布及应力凹陷现象进行了研究,基于固定主应力轴假设（FPA假设）将砂堆分为应力状态已知的I区和应力状态未知的II区,并假设了II区内的多种剪应力分布来求解II区内的应力状态,最后,将不同剪应力分布假设下砂堆中线上的静止土压力系数值与Kulhawy公式计算值对比,可得出如下结论：基底法向应力存在应力凹陷现象,自然休止角越大（砂堆越紧密）,应力凹陷程度、应力凹陷范围越大;不同剪应力分布假设下,II区应力分布形态不同,法向应力极小值所在处也不同。剪应力二次方分布假设和三次方假设下砂堆基底应力分布最为合理、最为符合真实情形。