前陆冲断带构造应力场与裂缝发育关系

针对前陆冲断带地层裂缝预测难的现状, 在选择适合于研究区破裂准则的基础上, 确立了造缝时期古地应力和现今地应力与裂缝参数之间的关系; 通过构造特征研究确定了造缝时期古地应力的性质和方向, 用断层和裂缝走向统计法、声速法、水力压裂法和声发射法计算了现今地应力的方向和大小; 将古、今地应力场的数值模拟结果代入到裂缝参数计算模型中, 计算出了乌夏前陆冲断带二叠系火山岩-沉积岩混杂地层裂缝的开度、密度、孔隙度和渗透率, 并分析了分布趋势。研究表明, 构造应力和岩性对裂缝发育起决定性作用, 构造应力差异大的地区容易产生裂缝, 且裂缝各项参数较大; 靠近主断层的构造高部位裂缝发育程度较高; 凝灰质和泥质含量越大, 粒度越细, 裂缝越发育。      

根据FMI资料分析大庆油田徐家围子断陷构造应力场

现今构造应力场及古构造应力场最大主应力方向的准确判断对成矿地质研究,尤其是石油、天然气勘探和开发具有重要的意义。利用FMI(全井壁微电阻率成像测井)资料,以大庆油田徐家围子断陷下白垩统营城组为研究对象,对该断陷的构造应力方向进行分析。对FMI资料识别出的裂缝走向进行统计,结果表明：钻井伴生缝受现今应力场控制,构造成因的高导缝和高阻缝的形成则受古地应力控制,可指示古地应力场的方向;徐家围子断陷下白垩统营城组现今最大水平主应力方向为近东西向;在地质演化中,研究区域的构造应力场曾经发生多次变化,根据发育的裂缝组判断留下明显迹象的有3个方向,即近南北向、北东向和近东西向。     

库车坳陷博孜X区块超深储层有效裂缝分布规律及对天然气产能的影响

为明确库车坳陷超深致密砂岩储层有效裂缝分布特征,基于古应力产生裂缝、现今应力影响裂缝有效性的原理,根据岩心资料和成像测井数据查明裂缝力学性质并拾取裂缝参数,通过构造恢复反演等效古应力、有限元方法预测现今应力场,并结合DFN离散裂缝网格建模,对库车坳陷克拉苏构造带博孜X区块超深致密砂岩储层裂缝进行预测.结果表明,博孜X气藏构造裂缝以未充填-半充填的高角度剪切缝为主,局部发育小规模的张性裂缝,大多数裂缝形成于喜马拉雅晚期的快速强烈挤压作用;博孜地区地应力场从白垩纪到新近纪,随着北部力源传导的持续往南推进,应力高值呈现由北向南迁移的特点;博孜X气藏构造裂缝发育分布的非均质性极强,在北东部位的X104井区发育程度高,在南西部位的X103井区周围密度低,现今地应力对裂缝有效性影响显著,进而影响气井产能.博孜X区块裂缝形成受断层和褶皱共同控制,单从构造特征难以准确预测裂缝分布,而通过地质力学原理和方法预测裂缝具有较好的吻合度.在超深层储层,不能只通过孔隙度、储层厚度等因素来评价并预测气井产能的高低.     

陕南特长公路隧道水压致裂法地应力测量结果及工程地质意义分析

中国西部地区地势复杂,区域构造应力场各向异性显著,了解地区地壳应力状态是判断隧道设计阶段线路布设合理性的基础,也是预测隧道施工过程可能出现岩爆、断层滑动等其他工程灾害的重要参数。为了研究陕南特长高速公路隧道现今地应力状态,基于古仙洞隧道钻孔(ZK10钻孔)与化龙山隧道钻孔(ZK11钻孔)水压致裂地应力测量,获得了两隧道现今地应力分布特征。古仙洞和化龙山特长深埋隧道最大埋深处S_H值分别为13 MPa和22 MPa;古仙洞与化龙山隧道的应力关系分别为S_H>S_h>S_v和S_H>S_v>S_h,水平主应力起主导作用;S_H方向为近北西—北西西向,与区域现今构造活动背景基本一致,主要受秦岭造山带活动断裂影响。基于地应力测量结果、相关理论及判断依据认为:最大水平主应力方向与洞轴线夹角,有利于隧道围岩稳定,研究区内古仙洞与化龙山隧道的总体布置是合理的;采用岩石强度应力比法、陶振宇判据、Russenes判据和岩石应力强度比法综合判定研究区内两隧道不具备发生中等强度以上等级岩爆的可能;利用莫尔-库伦准则及拜尔定律,摩擦系数μ取0.6~1.0,对研究区内两隧道的现今地应力状态分析后发现,两隧道附近断裂带的地应力大小未达到地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,处于较稳定的应力状态。      

鄂尔多斯盆地延长组页岩裂缝特征与地应力研究

鄂尔多斯盆地延长组是我国近些年陆相页岩气的重点勘探区之一。本文从页岩的露头观测、岩石学特征、成像测井分析、地应力特征及可压裂性等方面,研究了鄂尔多斯盆地延长组泥页岩层段的裂缝发育特征,以及地应力对人工压裂诱导缝的影响。基于岩石学分析,延长组长7和长9段的泥页岩脆性矿物平均含量较高,分别为57.2%和44%。根据泥页岩露头观测和成像测井分析,长7段泥页岩发育有北东东向为主的垂直裂缝组,同时可见北北东向和南北向的垂直裂缝组。此外,压裂诱导缝的优势方位和成像测井分析结果表明,现今最大水平主应力方向为70°左右（即北东东向）。裂缝开启性分析表明,北东东向至近东西向裂缝组与现今最大水平地应力方向一致,开启性较好;而北北东裂缝组与现今最大水平地应力交角相对较大,开启性相对较差。因为现今地应力的水平应力比值（σH/σh = 1.54）相对较小,在后期人工压裂中延长组泥页岩中的诱导裂缝更倾向形成复杂的裂缝网格系统,这样会使裂缝与储层之间获得最大的接触,从而更有利于提高产能。     

高台子油田扶余油层现今地应力数值模拟及对水力压裂的影响

利用微地震资料和岩石波速各向异性实验数据计算统计了高台子油田扶余油层相关井点的现今地应力方向, 并通过水力压裂资料及岩心古地磁定向、差应变、声发射实验得到井点的现今地应力数值; 结合岩石三轴抗压实验确定扶余油层的岩石力学参数, 在此基础上利用ANSYS软件建立研究区的有限元模型, 以井点现今地应力参数为约束条件, 对扶余油层现今地应力场进行数值模拟, 并分析了水力压裂施工时现今应力场及天然裂缝活动性对人工压裂缝的影响。研究结果表明, 高台子油田扶余油层水平最大主应力集中在34 MPa附近, 呈北东东-南西西向, 水平最小主应力为26~30 MPa, 方向北北西-南南东。断层带内有较高的应力值, 研究区西北部的背斜翼部水平主应力值较大, 而东部、南部较为平缓的背斜核部则是水平主应力的低值区。西部的背斜翼部及断裂带是天然裂缝的活跃区域, 天然裂缝对压裂缝的延伸方向影响较大; 东部的背斜核部平缓地带天然裂缝的活动性较低。      

泊松比对川藏铁路嘉黎断裂附近地应力场的影响

川藏铁路在波密跨越嘉黎断裂,研究其周边地应力场对认识嘉黎断裂对川藏铁路廊道地应力场的影响至关重要.通过数值模型计算了通古地区及其邻近鲁朗、多康地区地应力场,通过对比3个模型的加载条件和力学参数差异,分析了沿嘉黎断裂带地应力场与周边区域地应力场的不同.结果表明:（1）总体来看,随深度变化的泊松比,能更好地拟合实测地应力数据;（2）地应力场区域差异明显,多康地区地应力较高,挤压明显,而鲁朗地区挤压程度仅为多康地区1/3左右,通古地区跨越嘉黎断裂带,应力场显示挤压很弱,可能应力已经释放;（3）基于实测数据和合适的地质力学参数,可以较为有效地预测地壳浅层的局部应力场,而预测地壳深部应力场则需要精确的泊松比上限值.      

构造裂缝产状演化规律表征方法及其应用

针对构造裂缝产状演化规律难以准确定量表征的问题,通过确定研究区裂缝力学性质、岩石力学参数,在恢复古构造形态的基础上,对裂缝形成时期古应力场数值模拟后选择适用性的岩石破裂准则,预测裂缝形成时期的产状分布。提出了造缝期应力场预测古裂缝产状,后期构造活动改造裂缝产状的思路,即通过早期岩层、晚期岩层的三维空间变化规律,建立了不同构造活动时期对应的裂缝空间转换理论模型,利用推导的数学算法,定量分析裂缝的演化规律,进而提高了现今裂缝产状的预测精度。最后,以铜城断裂带东翼阜二段储层为例进行了构造裂缝演化规律定量描述工作,结合构造演化,将阜二段储层构造裂缝演化分为阜宁运动晚期裂缝形成发育、戴南运动期裂缝继承发展、三垛运动期裂缝差异分离3个阶段。     

徐家围子断陷深层火石岭组致密火山岩储层地应力分布规律研究

徐家围子断陷位于松辽盆地北部,其深层中生代火石岭组为致密火山岩气藏,天然裂缝发育,地应力分布非均质性强。结合诱导裂缝法与井径崩落法进行单井现今地应力方向分析,利用声波测井法计算现今地应力大小的纵向分布。依据火石岭组构造顶底面图、火山岩相组及断层分布特征建立非均质三维地质模型;在动、静态岩石物理参数拟合校正的基础上,结合实验测试及已有研究成果,确定不同岩相组和断层岩石物理参数,建立三维力学模型;利用Ansys有限元数值模拟软件建立火石岭组三维数学模型并进行相关运算获得三维现今地应力分布模型。计算结果表明在火石岭组地层中,水平最大主应力方向主要为东西向,应力值范围在86~110 MPa;水平最小主应力方向主要为南北向,应力值范围在67~84 MPa。分析模拟结果可知火山岩相、断层和构造起伏三者对火石岭组现今地应力分布影响较大。其中水平主应力的方向主要受断层和近火山口相分布的影响,而水平主应力的大小则是受三者综合作用。在构造低部位,近火山口相组发育处,断层上盘及断层端部皆为主应力的集中区域。依据现今地应力研究成果可为徐家围子断陷下一步开发井网部署、压裂改造方案和水平井的设计以及注水管理提供重要指导。      

渤中25-1低渗透油田地应力分布特征及对开发的影响

利用有限元方法, 对渤中25-1低渗透油田现今地应力状态进行数值模拟研究, 并结合低渗透储层地质特征, 分析地应力对油田开发的影响。数值模拟结果表明, 渤中25-1低渗透油田沙二和沙三段的现今地应力为压应力, 以北东东—南西西向为水平最大主应力的主要优势方位, 地应力在平面上受断层、构造起伏和沉积微相控制明显。根据地应力状态, 分析研究区的人工压裂裂缝为垂直裂缝。在远离断层的断块中部, 人工压裂缝的展布方向主要为北东东—南西西方向; 在断层附近, 由于水平最大主应力方向发生偏转, 人工压裂缝的延伸方向也会发生一定偏转, 部署开发井网时需要根据断层附近地应力的实际分布规律进行相应调整。      

徐家围子断陷火山岩储层裂缝发育特征及主控因素

徐家围子断陷火山岩储集物性明显受裂缝发育程度的影响。根据相似露头区野外调查、岩心观测以及铸体薄片和成像测井分析等资料,并结合应力场数值模拟技术,对该区火山岩储层裂缝的类型、走向、倾角、长度、密度、充填性以及影响裂缝发育程度的主控因素进行了分析。结果表明,研究区火山岩裂缝主要以构造剪切裂缝为主,其次为成岩裂缝;主要发育近东西向、近南北向、近北东向和近北西向4组裂缝;裂缝多为有效裂缝,很少被充填;以高角度和斜交裂缝为主,长度和密度变化较大。影响该火山岩储层裂缝发育程度的主控因素包括古构造应力、岩性、火山机构和断层等,其中古构造应力的高值区与裂缝较发育部位具有良好的匹配关系;在多种火山岩中,粗面岩、集块岩和流纹岩裂缝较发育;裂缝多发育在火山口和近火山口相组;在应力扰动作用明显的断层上盘裂缝较发育,且随着与断层距离的增大,裂缝发育程度不断降低。     

山前复杂构造须家河组致密储层裂缝发育带综合预测

川西龙门山山前的须家河组气藏为受断层和构造控制的裂缝-岩性气藏,针对这类裂缝性复杂气藏利用基于地质成因的地史时期应力场(应变)分析、沿层构造属性分析和叠前三维地震数据相干体分析等手段进行分析处理可以达到气藏裂缝发育带预测目的.实践表明,虽然在山前复杂构造带利用地震资料研究储层裂缝及其发育带确实有较大的难度,但联合运用基于应力场和断层与构造属性的裂缝综合预测方法,仍然在龙门山前须家河组气藏的应用研究中取得到令人满意的地质效果.     

多期构造裂缝发育充填特征及其主控因素——以济阳坳陷平南潜山为例

构造裂缝是下古生界碳酸盐岩储层中最重要的储集空间类型之一。以济阳坳陷平南下古生界潜山为研究对象,利用岩芯观察统计、元素地球化学、矿物学、岩芯常规分析等多种技术方法,分析了构造裂缝发育特征,阐明了构造裂缝发育期次与充填特征以及构造裂缝发育主控因素。研究结果表明:受不同时期、不同性质、不同方向构造应力场控制,研究区下古生界碳酸盐岩中发育形成期次、走向、充填时期、充填程度等具有明显差异的3组构造裂缝,分别为印支期南北向挤压形成的近东西向早期全充填构造裂缝、燕山期北北东—南南西向拉张形成的北西—南东向晚期部分全充填构造裂缝、喜山期北西—南东向拉张形成的北东—南西向晚期部分全充填的构造裂缝。构造裂缝发育程度主要受控于碳酸盐岩岩性、层厚2个内因与距断层距离1个外因等3个因素。     

基于PFC2D数值模拟的交替压裂中应力阴影效应研究

为了探究应力阴影效应对交替压裂中压裂间距选取的影响,基于优化后的颗粒流离散元流固耦合计算模型,模拟并分析了双初始水力裂缝下因应力阴影效应产生的诱导应力的分布情况,并与理论解析解进行对比,证明了该数值方法的合理性。在此基础上,分析了应力阴影效应在不同各向异性地应力场及初始压裂间距条件下对新水力裂缝的起裂压力及扩展形态的影响,研究结果表明：初始各向异性应力场不改变裂缝周边的应力场,不影响新水力裂缝的起裂压力;随着初始压裂间距的减小,应力阴影效应增强,新水力裂缝的起裂压力逐渐增加。初始水力裂缝间距与初始各向异性应力场共同影响新水力裂缝的扩展形态,随着初始水力裂缝间距或初始水平地应力场差异系数的增大,应力阴影对新水力裂缝的扩展方向的影响逐步减弱;初始水力裂缝对新水力裂缝的扩展有一定的限制作用,在一定程度上不利于形成复杂的裂缝网络。根据以上分析结果,对交替压裂中压裂间距的优化进行了定性的探讨。     

鄂尔多斯地块南缘地应力测量研究

利用水压致裂法得到的地应力测试数据对鄂尔多斯地块南缘地壳浅部地应力分布规律及断层活动性进行研究。结果表明:（1）两个水平主应力随深度线性增长,应力梯度分别为0.032和0.021,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为S_H > S_h > S_V,该应力状态有利于断层发生逆断层活动,与1556年华山大地震的发震正断层的性质不同;（2）研究区的最大水平主应力方向为北南-北北西向,与区域速度矢量场方向一致,与其他资料解译的区域构造应力方向有一些差异,主要是受鄂尔多斯地块周缘断层活动的影响;（3）利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6~1.0,对研究区的地应力状态进行分析,发现鄂尔多斯地块南缘的测点未达到或超过地壳破裂极限状态,不存在断层失稳或地震等其他形式的地壳活动,处于较稳定地壳应力状态;（4）实测数据为该区补充了新的地应力测量资料,研究结果为该区工程设计及建设、构造应力场数值模拟提供了边界条件,对于该区地质灾害评价、地壳稳定性以及大陆动力学的研究具有重要意义。      

Identification of fracture development period and stress field analysis based on fracture fabrics in tectonic superposition areas

As a direct consequence of multiple periods of stress applied on areas with tectonic superposition, the multiple-periods fractures have complex abutting relationships, and the field study of fractures is usually restricted by outcrop conditions, such as section direction. Therefore, previous studies of superposed stress fields based on fractures have been generally performed in areas with proper observation conditions and clear abutting relationships. In contrast, in many other areas, the identification of fracture development period based on field observation is often infeasible. Compared to abutting relationships, fracture fabrics obtained from field measurement are not affected by the restriction of outcrops and consequently are more representative of the fractures. According to the analysis of fracture fabrics and fracture features, this paper has separated and extracted the superposed fracture sets and identified the fracture development period in the area without available abutting relationships. Taking the southern segment of the Longmen Mountain thrust belt as an example, fractures of two development periods are identified and timed in the tectonic superposition area between two adjacent fold belts. The analysis of stress direction in each period suggests that the structural boundaries, consisting of such pre-existing structures as faults and anticlines, could have induced directional rotation in the subsequent stress. An equivalent result was achieved using a finite element simulation of the stress field. Based on the stress analysis of the field sites and the stress field simulation, the stress variation in the tectonic superposition area is well modeled.     

利用FMI资料分析塔河油田南部中—下奥陶统储层构造应力场

钻探结果表明,塔河油田南部地区上奥陶统覆盖区中—下奥陶统碳酸盐岩储层发育与分布明显地受断裂和裂缝控制。裂缝主要为构造开启缝,其次为钻井诱导缝,裂缝走向具有明显方向性,其形成与古构造应力场关系密切。利用大量中—下奥陶统钻井FMI资料进行裂缝识别、成因分类和走向统计分析,认为钻井诱导缝受现今构造应力场控制,构造开启缝主要受古构造应力场控制,裂缝走向与最大主应力方向一致。塔河油田南部地区诱导缝优势走向为北东向,现今最大主应力方向为北东向;构造开启缝优势走向主要有北北东向和北东东向两组,北北东向裂缝中可见充填缝,反映北北东向裂缝形成时间早于北东东向,其分别与加里东中期和海西早期的古构造应力场最大主应力方向相一致。     

内蒙喀喇沁旗大水清金矿田构造研究

本文通过对大水清金矿田各种构造型式的综合研究，阐明了矿田内北东向、北西向和北北东向断裂的活动次序，论证了矿田内斑状花岗岩体形成时的北西向古断裂（Ｆ３）的运动学特征及斑状花岗岩体内早期脉岩墙形成时的矿田应力场方向；通过研究矿田内北北东向断裂的展布特点、相对位移方向和对安家营子矿区内节理构造的统计，恢复了安家营子矿区成矿构造应力场，并探讨了矿田成矿构造的形成机制和形成时代，这一研究对于指导矿田内的金矿成矿预测有一定实际意义。