千枚岩岩石微观破裂机理与断裂特征研究

岩石的宏观断裂与其内部微结构和微缺陷紧密相关,建立岩石微观破裂机理和宏观断裂之间更直观的联系是当今断裂力学的难题之一。本文以金沙江上游泥盆系中统中段的绢云母千枚岩与硅质板状千枚岩为研究对象,利用扫描电镜与力学试验等多种测试手段,通过对2种千枚岩岩石断口的微观形貌特征的研究,揭示了千枚岩岩石微观破裂形式、破裂机理与其矿物组成之间的联系。指出绢云母千枚岩岩石以沿晶面擦花的微观破裂形式为主,是典型的微观脆性剪断,而硅质板状千枚岩岩石既有沿晶断裂的拉断破裂,又存在切晶擦花的剪切微破裂形式,是属于拉、剪破裂并存的微观破裂机制。进一步结合岩石断裂的力学特征,分析千枚岩微观破裂与宏观断裂之间的联系。结果显示:千枚岩岩石在外力作用下的断裂形式与其微观破裂形式是可对应的。这一结论为建立起岩石微观破坏机制和宏观断裂特征的桥梁提供了依据,具有一定的理论意义。     

全息论在地质学中的应用

全息论说明了个体与整体之间的关系,根据地质体宏观现象与微观现象之间所具有的相似性和对应性,该文将全息论引入到地质学领域中,从研究与地质体宏观现象有关的微观现象入手,达到推测宏观地质体特征的目的。全息论为研究地质现象提供了一种新的思维方法。     

山西断陷带历史强震及全新世古地震地表破裂特征

强震的孕育和发生,与区域构造活动的强度和方式密切相关,不同地区各自特点不同。本文综合近年活断层填图等方面研究成果,对山西断陷带7级以上历史强震的地表破裂带及全新世古地震进行分析对比,讨论该区7级以上强震地表破裂特征。强震发生时,依据当地的地形地物条件,破坏区的地表出现多样地面破坏现象,例如山崩、滑坡、地裂缝、地表陡坎、喷砂冒水等。在松散沉积物地区,许多地表破坏现象常反映震时的应力场特征。本文着重讨论的是震时出现的反映震源发震构造特征的地表破坏现象——地表破裂带、地表地震断层或地震形变带。     

基于实验结果讨论断层破裂与强震物理过程的若干问题

基于断层摩擦滑动实验、含凹凸体断层的变形破坏实验、断层撕裂扩展的实验、交叉断层的变形实验等多种实验结果并结合前人的工作 ,讨论了与断层破裂与强震物理过程相关的若干问题。研究表明 ,断层的整体滑动引起其两侧块体弹性应变的释放 ,是强震发生的原因 ,因此构造活动区具有较大尺度、结构连续且简单、介质均匀的断层 (或断层段 )是产生强震必备的构造条件 ,深部新生断层(盲断层 )向上撕裂扩展产生强震 ,尚需“弱层”提供“解耦”条件以便断层发生整体滑动。强震孕育过程中包含着凹凸体的破裂 ,断层面上凹凸体的尺度、强度及数量决定着前震活动的特征、强震动态破裂过程以及前兆现象。由断层分割的块体通过边界断层的交替滑动、以“框动”的方式运动 ,因此块体周边的断层上强震活动具有交替性。     

可可西里——东昆仑活动构造带强震活动研究

青海昆仑山口西 8.1级地震发生在具有新生性特征的可可西里—东昆仑活动断裂带上。该断裂带在 190 0年以来的 10 0多年中经历了一个强震活动过程。在该强震活动过程中 ,地震沿整个可可西里—东昆仑活动构造带分段破裂 ,强震的破裂长度和震级之间大致满足对数线性的统计关系 ,强震活动呈现指数型时间分布的加速特征。这种强震加速活动特征可以用含多个震源体的孕震系统的强震成组活动模型给予解释。     

动高压冲击下岩石破裂机理及相变研究

用高压气体炮作为原动力,在不同的冲击应力加载条件下,加速平板飞片撞击角闪岩样品。对回收样品应用SEM、XRD及RAM谱仪进行了宏观和微观研究,确定了样品出现的破裂起始阶段应力强度以及其裂纹的扩展形态,从而对岩石样的破坏过程进行了量化研究,并阐释了裂纹形成的机理和相变的存在。实验表明,动高压冲击下岩石破裂机理及相变的研究,可为矿山开采、建筑工程等爆破及应用提供相关的理论依据。     

华北平原历史强震构造特征剖析

本文从地表地震断层、全新世断裂活动及区域构造讨论了华北平原近300年6次强震的构造特征.研究结果表明,这6次强震均有相应的地表地震断层出现,并与它们各自极震区等震线长轴方向一致.北西向地表地震断层为左旋走滑,北东向地表地震断层为右旋走滑.这些地区存在全新世活动断裂及古地震现象表明这些强震不是当地的首次强震破裂,华北平原强震存在原地重复现象.区域地震构造分析结果表明,强震地点与华北平原内第三纪断陷盆地的关系并不明显,而全新世活动断裂与华北平原周边构造的交叉部位则是近代强震活跃地区,也是值得注意的未来强震危险地点.     

地震作用下节理岩体变形破裂机制研究进展及展望

西南山区节理岩体发育,处于强震易发区,强地震动和节理化岩体结构是汶川地震近场区地震地质灾害多发的两大主控因素,两者的相互耦合使得岷江两岸地震崩滑灾害成因复杂,崩滑机理研究难度增大。由于节理化岩体结构的复杂性以及早期对地震纵波关注不足,强震近场纵波作用下节理岩体变形破裂机制研究成果基本处于空白阶段。本文在系统归纳总结边坡地震动力变形破坏研究进展的基础上,分析了动荷载诱发节理岩体的变形破裂机制,探讨了解决目前研究中存在的核心问题的正确思路和有效途径,旨在对地震纵波作用下节理岩体宏观动力响应及其细观机制研究起到抛砖引玉的作用,并深化有关节理岩体地震响应、强震近场纵波引起节理岩质斜坡失稳模式等科学问题的认识,为下一步地震地质灾害研究指明方向。     

汶川M_s 8.0级地震强震记录所揭示的地震断层特征分析

基于2008年5月12日汶川Ms8.0级地震的强震台站记录,对比发震断层两侧的峰值加速度与地表破裂带上同震位移的分布特点,探讨了地震动强度分布特征与地表破裂位移分布之间的相关关系。分析近断层典型台站的强震动记录时程特征,获得了强地震动记录中所包含的断层破裂过程和破裂习性信息,从强震观测记录的角度进一步证实了汶川地震主震的多次破裂特征。结果表明,汶川地震主震至少包含了4次地震破裂事件,最主要的前两次破裂事件分别对应映秀—北川断裂段和北川—南坝断裂段的破裂过程,后两次破裂事件释放的能量相对较小,应该是第二次破裂过程触发局部次级破裂所引起的。此外,垂直于断层的峰值加速度剖面揭示的发震断层的高倾角逆冲特性,与地震地质调查和小震精定位等确定的相应结果是一致的。     

某路基边坡化学风化机理研究

以云南省富民县某典型路基边坡为例,采用铸体薄片鉴定、岩石全分析和电子扫描电镜等分析测试方法,研究岩石结构体岩石学、矿物学及微观结构特征,并据此对该边坡化学风化机理进行探讨。试验结果表明:岩石为碳酸盐化钙质基性沉凝灰岩,经历溶解、水解、氧化等多种水岩化学作用后,岩石微观结构疏松、孔隙发育;腐岩壳与核心石存在明显界线并发育微裂纹。由此可以得出:化学风化的实质为侵蚀性地下水与岩石造岩矿物之间发生化学作用并造成岩石结构体损伤;相对实验室条件,天然斜坡水岩化学作用机理复杂并涉及诸多科学问题;水岩化学作用诱发斜坡失稳,孕育不良地质现象,促进斜坡夷平和地貌重塑,推动全球气候演化,参与成矿作用,对其研究具有重要的科学意义。     

大别超高压变质岩折返过程中的部分熔融作用

研究表明,在大别超高压变质岩的折返过程中,超高压变质岩一方面要经受中下地壳所特有的角闪岩相退变质作用,另一方面要在合适环境下发生部分熔融作用,超高压变质岩在中下地壳的减爱变和部分熔融作用,是一个重要的物理化学过程,它可以降低岩石的强度,提高岩石的可变性,促进挤压（碰撞）体制向伸展体制的转变。超高压变质岩折返过程减压退变和部分熔融作用的确定,进一步支持了“原地”观点。它不仅说明了超高压榴辉岩石和围岩     

Laboratory investigation of hydraulic fracture propagation using real-time ultrasonic measurement in shale formations with random natural fractures

The significance of natural fractures in unconventional shale hydrocarbon formations has opened new research frontiers in hydraulic fracturing. Among many of its unique contributions to gas production, the interaction between natural fractures and hydraulic fractures has long been experimentally and computationally investigated. Here, we experimentally investigated the evolution of the fracturing network with a self-developed ultrasonic testing system. Laboratory experiments are proposed to study the propagation of hydraulic fracture in naturally fractured model blocks that contain random micro-fractures. Our analysis suggests that the total fracture width obtained by ultrasonic pulse velocity (UPV) can reflect the dynamic evolution of the fracturing network. The nonlinear fracturing network evolution process is closely related to the variation of the total fracture width. It is suggested from the total fracture width that the maximum fracture network can be realized with greater natural fracture density, large injection rate, and smaller stress ratio. The study presents a better insight into the response of random naturally fractured shale formation under hydraulic fracturing treatment by analyzing the variation of UPV in real time.     

基于构造应变分析的裂缝预测方法及其应用

地层应变是构造裂缝产生的直接因素,根据构造应变大小可以预测构造裂缝发育的位置和强度,对研究区的主要裂缝发育区进行划分。文章以松辽盆地徐家围子断陷徐中地区营城组四段（简称营四段）为研究对象,在建立研究区精细的三维构造模型基础上,利用“构造恢复”方法实现研究区古构造恢复,通过开展有限应变值计算来预测构造裂缝的平面分布。研究表明:研究区营四段主要包括3个造缝期,即营城组末期、泉头组—青山口组时期、嫩江组时期,其中,营城组末期与泉头组—青山口组时期的构造变形较为强烈,是裂缝的主要形成时期。根据应变大小与试气产量的关系,将研究区划分为3类裂缝发育区,Ⅰ类裂缝发育区已钻井验证,表明利用构造应变对裂缝的预测结果可靠,Ⅱ类裂缝发育区可作为深层天然气的下一步挖潜的重要方向,Ⅲ类裂缝发育区产能较低,裂缝对储层的改造作用有限。      

天然裂缝影响下的花岗岩水力裂缝扩展数值模拟

水力压裂技术是成功实现干热岩资源开发利用的重要手段之一,数值模拟技术能够精准预测水力裂缝扩展。针对典型花岗岩,借助黏性单元法,分别模拟了致密花岗岩和天然裂缝存在情况下的水力裂缝扩展特征,得出以下结论：致密花岗岩的水力裂缝形态单一,天然裂缝的存在增加了压裂后裂缝的复杂性;致密花岗岩水力裂缝拓展主要分为憋压和拓展两个交替往复的阶段,当存在天然裂隙时,水力压裂过程会变得复杂;天然裂缝存在时,水力裂缝的缝长和缝宽分别为致密花岗岩的5. 7倍和1. 7倍;缝网的形成需要借助复杂的压裂工艺实现。研究结果可以为增强型地热系统(EGS)储层水力刺激工作提供理论支持。     

2021年5月21日漾濞MS6.4地震的发震断层及其破裂特征: 地震序列的重定位分析结果

据中国地震台网测定，2021年5月21日21时48分在云南省大理州漾濞县发生M_S6.4地震，及时查明此次地震的发震构造及震源破裂特征，可为认识该区孕震条件和判别未来强震危险性提供关键依据。采用双差定位方法对漾濞地震序列进行重新定位，得到3863次地震事件的精确震源位置。结果显示:漾濞地震序列整体呈北西—南东向分布，长约25 km；整体走向135°；M_S6.4主震震中位置为25.688°N，99.877°E；震源深度约9.6 km。综合地震序列深度剖面和震源机制解结果可知，发震断层应为北西走向、整体向西南方向陡倾的右旋走滑断层，倾角具有自北西向南东逐渐变缓的趋势。进一步分析地震序列的时空演化过程发现，该地震具有典型的"前震-主震-余震型"地震序列活动特点，其破裂过程主要包括3个阶段。破裂成核阶段:首先在发震断层10~12 km深度处相对脆弱部位产生小尺度破裂，之后失稳加速破裂，发生M_S5.6地震；主震破裂阶段:在构造应力场持续加载和周围小尺度破裂的共同影响下，促使浅部较高强度断层闭锁区破裂，形成M_S6.4主震；尾端拉张破裂阶段:主震破裂向东南扩展过程中，在东南端形成与之呈马尾状斜交的、具有正断性质的次级破裂，并产生M_S5.2余震。而且此次地震还在源区北东侧触发了北北东向的左旋走滑破裂。综合分析认为，漾濞地震是兰坪-思茅地块内部北西向草坪断裂在近南北向区域应力挤压作用下发生右旋走滑运动的结果，具有明显的新生断裂特征。近年来兰坪-思茅地块内部一系列中强地震的发生表明，青藏高原物质向东南持续挤出的过程中，遇到该地块的阻挡，正在导致地块内部早期断层贯通形成新的活动断裂。因此，川滇地块西南边界带上或相邻地块内部老断层的复活和新生断裂的产生是区域中强地震危险性分析评价中值得关注的重要课题，同时建议需重视未来该区中强地震进一步向东南和向北的迁移或扩展的可能性。      

强震的孕育规律与孕震模式

针对强震能否预测以及如何预测的科学难题,建立孕震断层多锁固段脆性破裂理论,发现强震孕育过程的指数规律：sf（k）=1.48ksc,其中sf（k）和sc分别为第k个锁固体断裂点与第一个锁固段膨胀起点对应的累加Be-nioff应变,可以利用锁固段在其变形膨胀点处开始发生的震群事件（加速性地震活动前兆）预测未来大震,并给出了强震四要素相关预测方法。通过对诸多历史强震（如邢台地震、海城地震、汶川地震、玉树地震等）的回溯性检验分析表明：强震可以预测,且其孕震过程都遵循着上述简单的共性力学规律。在此基础上,归纳出4种典型强震的孕震模式,即大震震级呈＂大—小—大＂型,大震震级呈连续上升型,锁固段快速连续破裂型与标准型。此外,根据相关强震预测理论方法,对有关抗震救灾未来研究的方向提出如下建议：建议加强活动断裂位置精确定位、性质判定的地震地质研究,并开展孕震区锁固段（闭锁区域）判识的地质与地球物理研究等。     

致密低渗透砂岩储层多尺度天然裂缝表征方法

本文利用地表露头、岩芯、测井、三维地震和微观分析资料,根据多尺度裂缝的发育特征及不同资料的精度,探讨了多尺度裂缝的表征方法。致密低渗透砂岩储层发育多尺度天然裂缝,根据天然裂缝规模以及限制天然裂缝扩展延伸的岩石力学层界面,将天然裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝、小尺度裂缝和微尺度裂缝4级,不同尺度裂缝的发育特征存在较大差异。其中大尺度裂缝主要应用三维地震资料的叠后属性进行检测和表征;中小尺度裂缝在单井上可以应用岩芯、成像测井和常规测井相结合的方法进行表征,在平面上采用基于地质和测井约束的三维地震叠前各向异性分析以及储层地质力学相结合的方法进行综合预测和评价;微尺度裂缝一般应用铸体薄片、普通薄片、扫描电镜和三维CT扫描等微观分析方法进行观察描述,通过主控因素约束的方法进行预测。利用本文提出的多尺度裂缝表征方法实现了对鄂尔多斯盆地西南部致密砂岩储层多尺度裂缝表征,可为其它致密低渗透砂岩储层多尺度裂缝表征提供借鉴。     

基于GIS的甘肃北山花岗岩裂隙密度地质统计分析

以甘肃北山花岗岩中发育的构造裂隙(主要指节理)为研究对象,采用高精度GPS、罗盘等对其进行现场测量,获取裂隙的迹长及产状信息,并将信息导入ArcGIS平台建立裂隙属性数据库; 进而应用地质统计分析理论,以裂隙面密度P21为地质统计分析的区域性变量,探索花岗岩岩体裂隙空间分布特征; 然后借助ArcGIS软件平台建立变异函数模型,利用地质统计学的普通克里金插值方法得到整个区域的面密度预测分布图。结果表明:芨芨槽块段所测某区域裂隙面密度值的半变异函数变程值在20～30m之间,NS和EW方向有明显差异,由此知该区域裂隙面密度分布具有显著空间自相关性,但分布特征不均匀; 此结论对北山花岗岩裂隙空间分布特征的深入研究以及三维裂隙网络建模具有重要参考价值。     

致密低渗透砂岩储层多尺度天然裂缝表征方法

本文利用地表露头、岩芯、测井、三维地震和微观分析资料,根据多尺度裂缝的发育特征及不同资料的精度,探讨了多尺度裂缝的表征方法。致密低渗透砂岩储层发育多尺度天然裂缝,根据天然裂缝规模以及限制天然裂缝扩展延伸的岩石力学层界面,将天然裂缝分为大尺度裂缝、中尺度裂缝、小尺度裂缝和微尺度裂缝4级,不同尺度裂缝的发育特征存在较大差异。其中大尺度裂缝主要应用三维地震资料的叠后属性进行检测和表征;中小尺度裂缝在单井上可以应用岩芯、成像测井和常规测井相结合的方法进行表征,在平面上采用基于地质和测井约束的三维地震叠前各向异性分析以及储层地质力学相结合的方法进行综合预测和评价;微尺度裂缝一般应用铸体薄片、普通薄片、扫描电镜和三维CT扫描等微观分析方法进行观察描述,通过主控因素约束的方法进行预测。利用本文提出的多尺度裂缝表征方法实现了对鄂尔多斯盆地西南部致密砂岩储层多尺度裂缝表征,可为其它致密低渗透砂岩储层多尺度裂缝表征提供借鉴。     

碳酸盐岩内断裂带结构及其与油气成藏

以野外观察描述为手段,系统研究了碳酸盐岩断裂变形机制的影响因素及断裂带结构演化过程,剖析了碳酸盐岩地层中断裂带结构与流体运移的关系。研究表明,影响碳酸盐岩内断裂变形机制的因素包括岩性、孔隙度、变形深度、温度、胶结作用、先存裂缝等,控制断裂带结构形成的因素包括滑动位移和破裂模式等。低孔隙度碳酸盐岩以裂缝发育为主,高孔隙度碳酸盐岩变形早期产生变形带,带内裂缝联接逐渐发育成断层带。随着埋藏深度的增加,断裂带结构不同：埋藏深度小于3 km,断层核主要发育无内聚力的断层角砾岩和断层泥;埋藏深度大于3 km,断层核普遍发育有内聚力的断层角砾岩和碎裂岩,破碎带发育多种成因的裂缝。随着位移的增加,破裂模式从早期的破裂作用变为后期的碎裂作用,最终形成碎裂流。断裂带演化是一个四维过程,断层核和破碎带发育情况直接影响断层对油气的运移和封闭的作用。断裂变形机制、断裂带内部结构以及与流体运移关系的研究,都可为封闭性提供重要的理论依据。