张性断裂带内部结构特征及油气运移和保存研究

断裂带是一个宽度、长度和高度均与断距呈正比关系的三维地质体,具有典型的二分结构：即断层核和破碎带。断层核由多种类型的断层岩和后期胶结物组成,具有分选差,粘土含量高,颗粒粒径小等特征,表现为具有比围岩更低的孔渗性。破碎带同围岩相比发育大量的裂缝,裂缝的密度随着离断层核距离的增大而逐渐减小,孔渗性较高。断层岩类型取决于断移地层的岩性、成岩程度和断裂变形时期。对于同生断层而言,泥岩和不纯净的砂岩主要发生泥岩涂抹作用;纯净砂岩发生解聚作用,形成颗粒重排的变形带。中成岩阶段发生断裂变形,泥岩发生泥岩涂抹作用,不纯净的砂岩发生碎裂作用和层状硅酸盐涂抹作用,形成碎裂岩和层状硅酸盐 框架断层岩;纯净砂岩主要发生碎裂作用,形成碎裂岩。晚成岩阶段发生断裂变形,碎裂作用成为主要的变形机制,泥岩破碎形成大量断层泥,不纯净的砂岩和纯净的砂岩均形成碎裂岩,其中纯净砂岩形成的碎裂岩由于石英的压溶胶结变得更致密。因此不同成岩阶段、不同岩性形成的断层岩类型不同,泥岩涂抹的排替压力高于层状硅酸盐 框架断层岩和碎裂岩,即使都是碎裂岩,其渗透率相差7个数量级。从断裂带结构看油气运移和保存,断层垂向封闭主要靠剪切型泥岩涂抹的连续性,侧向封闭能力取决于断层岩物性,物性很高的碎裂岩自身封闭能力很差,依靠两盘岩性对接封闭油气,最小断距决定油水界面位置。物性很低的断层岩一般能封住一定高度的油气柱,其是断裂带中泥质含量的函数。断层在储盖层段变形机制差异,决定了断裂输导与封闭油气的耦合,即破碎带双向输导充注,盖层段剪切型泥岩涂抹顶部封闭,断层核遮挡成藏。     

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。     

渤海湾盆地车镇凹陷断裂带微观特征

正断裂带具有复杂的内部结构,多由断层核和破碎带组成(贾茹等,2017;付晓飞等,2013;陈伟等,2010)。断层核一般紧邻滑动面发育,主要由多种类型的断层岩(断层角砾岩和碎裂岩)构成,破碎带由次级断层、裂缝和节理或者变形带等组成。受控于微观构造特征,不同类型的断层岩孔隙度和渗透率差异明显,其空间分布和演化特征决定了断裂带的输导性和封堵性,不仅影响流体运移的路径,而且对储层的物性具有重要的影响。渤海湾     

高孔砂岩断层内部微观结构及渗透性变化规律物理模拟

在油气勘探过程中,对于小位移断层分隔油水封闭能力的控制因素研究尚浅,野外也难以获得不同变形过程的断层带结构及其渗透性变化规律.因此,以高孔隙度纯净砂岩人造岩心为研究对象,采用自主研发的“高压~低速环形剪切装置”开展实验,实验后样品取心分别进行覆压孔渗测试、纳米CT扫描、铸体薄片分析等分析测试.以有效正应力和断层位移为实验变量开展了多组环剪实验,其研究结果表明:宏观上断层面上可观察到明显擦痕与粉末状碎裂岩,微观上确定了断层带内碎裂作用导致的颗粒粒度降低与颗粒的定向排列是孔渗降低的主要原因,断层带渗透率小于10 mD,较母岩降低2~3个数量级.随着断层有效正应力或断层滑动位移增加,断层带碎裂程度增大且粒径和孔径减小,断层带厚度增大,孔隙度和渗透率逐渐减小.这一结果可为小位移断层侧向封闭能力与油气勘探领域的研究奠定理论基础.      

汶川地震断裂带结构特征与龙门山隆升的关系

2008年汶川地震(MW7.9)发生在青藏高原东缘龙门山断裂带上,并沿映秀-北川断裂和灌县-安县断裂分别产生约270km和80km的不同性质的地表破裂带。断裂岩是断裂活动的产物,是断裂带的物质组成,其结构特征记录了断裂活动演化的历史。本文以汶川地震发震断裂映秀-北川断裂带中虹口八角庙地区地表露头和汶川地震科学钻探一号孔(WFSD-1)岩心为主要研究对象,通过详细的野外调研、显微结构及XRD分析等,识别出映秀-北川断裂带由五个次级单元组成,分别为:碎裂岩带、黑色断层泥和角砾岩带、灰色断层角砾岩带、深灰色断层角砾岩带以及断层泥和角砾岩带。断裂岩组合显示映秀-北川断裂带具有多核断裂结构特征。映秀-北川断裂带在地表出露的宽度约为240m,岩心中厚度约为105m,碎裂岩、断层角砾岩、断层泥在地表及岩心中均发育,而假玄武玻璃仅在地表碎裂岩部分出现。汶川地震主滑移带斜切了映秀-北川断裂带,不完全沿袭古地震滑移带,暗示汶川地震断裂带与映秀-北川断裂带可能不是同一个断裂体系。通过断裂岩的研究确定了映秀-北川断裂带存在着摩擦熔融、热增压、动态润滑和机械润滑等多种断裂滑移机制。低温热年代学的研究推断映秀-北川断裂带的形成时代为15～10Ma,自形成以来,映秀-北川断裂带的长期活动控制着龙门山的快速隆升。断裂带五个不同断裂岩组合的内部结构带,可能与龙门山不同的隆升速率期有着一定的联系。     

含流体相条件下白云岩的低温流动变形--破裂与溶解-结晶的耦合过程

应用光学显微分析、阴极发光显微分析和TEM亚微分析．对于取自阿尔卑斯逆冲断层系底部的变形白云岩开展了详细的显微构造与岩石流动机制分析．光学显微构造和阴极发光分析表明岩石具有典型的类碎裂结构．微角砾常常是白云石颗粒的集合体组成,常常呈浑圆的形态和不规则的边界。基质颗粒中以新生结晶颗粒集合体为主．部分具有溶蚀特点的残余微角砾．而且它们经常具有新生结晶边。对于碎裂岩中变形残斑的透射电镜分析揭示出岩石的脆性特点．主要表现为各种不规则和缠结位错亚微构造特点的出现．而变形基质颗粒却很少具有或仅有微弱发育的位错亚结构。阴极发光显微结构分析进一步证实基质颗粒与微角砾之间在微量元素成分及形成时代上的差异。提出破裂(碎裂)及随后发生的溶解-迁移-结晶过程是断层带岩石细粒化与岩石应变的重要机制．认为破裂与溶解-结晶的耦合以及由此所致的岩石弱化为阿尔卑斯逆冲断层带巨大位移的形成做出了重要的贡献。     

碎裂断层岩与碎裂作用机制--天然与实验证据

越来越多的证据表明,碎裂断层岩可产在收缩或挤压条件下形成的逆断层或剪切作用产生的走滑断层构造中。本文根据我国三个不同地区断层构造实例,阐述了实验碎裂断层构造岩的形成环境与条件,并进而应用于天然断层构造岩的成因分析。本文研究的天然断层带包括：华北克拉通北缘的一条低角度正断层（Ｌａｎｆ）、胶东半岛蓬莱金矿区的一条高角度逆断层（Ｈａｒｆ）和阿尔金山系内部的一条分支走滑断层（Ｓｓｆ）。区域地质环境资料（构造热演化、伴生矿物组合、充填脉状物质流体包裹体资料及变形碎屑内微变形双晶与变形纹的存在）证实这三条断…     

红河断裂带中南段断层活动转换构造岩特征及应力场演化

通过对红河断裂带中南段18个糜棱岩、12个角砾岩、10个碎裂岩和8个砂砾岩详细的显微结构观察,部分典型样品的磷灰石裂变径迹(FT)测年及利用断层滑动资料反演构造应力张量的方法,获得了红河断裂带中南段断层活动转换过程微观特征的变化:断层岩为糜棱岩的微结构特征显示红河断裂带早期断层活动为左旋走滑,糜棱岩和未变形的砂砾岩FT年龄均大于20 Ma,表明这期间红河断裂带曾发生过一次构造热事件.断层岩为碎裂岩和角砾岩的微结构特征显示红河断裂带后期断层活动为右旋走滑.微结构特征不同的碎裂岩和角砾岩的FT年龄可分为3个时段(9.9～12.7 Ma、6.8～8.4 Ma、2.0～4.6 Ma),测年结果和应力场特征表明红河断裂带中新世以来曾发生过3次断层错动事件,且第1次事件应力结构为走滑型,第2、3次事件应力结构为正断型.     

北哈萨克斯坦Грачев铀矿床地质特征

Грачев铀矿床分布在Кокчетав复背斜中部在深大断裂交叉部位，矿床产在浅色花岗岩的外接解带，与文德期砂泥质沉积层的接解地段，辉长岩岩株及斑状花岗岩和花岗细晶岩的小岩体侵入其中。矿石为钠长石－磷灰石成分的交代岩，铀石为主要铀矿物。碎裂岩带为主要容矿构造，碎裂岩带中的矿物被密集的微裂隙网破碎。在下部含矿交代岩主要沿斑状花岗岩和花岗细晶岩发育；在上部主要沿砂岩和粉砂岩发育，交代岩的主要新生太物是     

丽江-小金河断裂盐源段断裂带规模、断裂带结构及其历史活动性

2008年汶川地震促使人们思考青藏高原东南缘走向和规模与龙门山断裂带相近的丽江- 小金河断裂的活动历史,但受限于地质条件制约断裂尤其是其北段相关研究极其薄弱。基岩断裂带的物质组成与结构特征是断层长期活动的产物,蕴含丰富的历史活动信息。本文以丽江- 小金河断裂盐源段多个天然剖面为研究对象,通过详细的断裂带宏观结构调查、断层岩显微构造及XRD分析发现：① 断层破碎带以一套厚度>20 m的破裂面密集带为特征,优势破裂面走向为NE20°~30°,推测为丽江- 小金河断裂长期活动形成的张剪性破裂;② 断层带核部以断层角砾岩和断层泥为主,灰岩角砾岩黏土矿物含量~2%,以伊利石和伊蒙混层为主,粉砂岩断层泥黏土矿物含量~52%,以坡缕石和绿泥石为主,石英含量36%,缺失长石类矿物。断裂带宏观结构和断层岩微观结构特征均表现为角砾呈棱角状,砾径差异极大且呈零散状分布,符合快速滑动特征,指示断层滑移方式为黏滑。此外,核部断层岩带统计厚5~8 m,这一规模相对于龙门山映秀- 北川断裂带核部180~280 m和安县- 灌县断裂带核部40~50 m显著偏小,表明前者自形成以来的活动性远低于后者,两者的地震行为并不能简单类比。结合断裂在宏观结构特征、断层岩成分与种类以及所反映的滑动方式与隆升剥蚀量的差异,认为丽江- 小金河断裂更可能是鲜水河断裂切断锦屏山- 龙门山构造带之后形成的,晚新生代与龙门山断裂带具有不同的活动历史。     

某水电站坝基挠曲破碎带工程力学特性试验研究

膝状挠曲破碎带是某水电站坝基的主要工程地质问题。破碎带岩性为完整性较差的碎裂、碎屑软弱砂岩,并呈现孔隙式胶结接触,其工程力学特性对坝基变形和稳定存在巨大影响。基于破碎带砂岩组织结构疏松、含水率较高、物理力学性能较差等特点,首先开展了基本物理特性试验分析,认为岩石微细观结构复杂、渗透特性较好,属小孔隙率砂岩。其次,开展了室内常规和现场力学特性试验研究;最后,在宏观力学参数确定的基础上,探讨了破碎带对工程作用的响应及影响。结果表明,破碎带岩石内部结构破坏严重,矿物成分主要为石英、长石、绢云母等,化学成分以SiO2为主,但化学侵蚀并不显著。常规剪切曲线呈现出明显的4阶段特征,三轴压缩试验破坏机制为塑性剪切破坏,表现出强度低、延性扩容明显、出现屈服平台等特征,且碎裂岩强度略高于碎屑岩;现场试验表明岩体变形均匀,变形模量较低,处于60～630 MPa;地基承载力处于0.8～2.3 MPa。研究成果对该水电站坝基工程有重要的参考价值。     

断层内部结构及其对封闭性的影响

先前的研究多考虑断层封堵和开启的2种极端状态,近来的研究认为,在多数情况下断层处于2种之间的状态,只有在静止期具有封闭能力的断层,才有可能对油气起封堵作用。分析断层对流体运移的影响,需要分析断层在演化过程中的内部结构特征。断层可以划分出破碎带、诱导裂缝带和围岩3部分,断层岩和伴生裂缝构成破碎带的主体部分。常见的断层岩包括断层角砾岩、断层泥和部分碎裂岩,它们充填在断层裂缝空间中,断层内部结构受断层形成时的构造应力性质、断层活动强度和围岩岩性因素的控制。从动态角度看,随着断距增加,断层活动伴随着裂缝的发育和岩石的破碎混杂,可用泥质源岩层厚度和断距的比值来划分不同的发育阶段。断层活动期为油气运移通道,在静止时表现出差异性的封闭,通常用断层渗透率和排替压力2个参数来定量评价断层的封闭程度。断层岩渗透率主要受断距、泥质含量、埋深等因素的控制;断层排替压力的预测方法有2种:一种是从断层岩成岩角度分析的"等效埋深法",另一种是分析实测排替压力与主控地质因素的"拟合法"。通过简化的断层模型,建立了渗透率、排替压力与主控因素的预测关系。和储层类似,流体在断层中的运移遵循多孔介质的渗流特征。利用断层两侧的流体压力和油气柱高度并不能直接评价封闭性能,还必须考虑油气充注史和流体压力变化历史。     

Influence of deformation bands on sandstone porosity: A case study using three-dimensional microtomography

This study presents a qualitative and quantitative analysis of porosity in deformation bands by applying X-ray micro-computed tomography in conjunction with microstructural analysis. Samples of compactional cataclastic bands and shear compactional bands identified in Early Cretaceous aeolian sandstones of the Paraná Basin were analyzed. The application of X-ray micro-computed tomography expanded the view of features in the porous framework of each type of deformation band studied and provided information that are not clear or was not observable with optical microscopy. The compactional cataclastic bands and shear compactional bands differ in geometry, thickness, microstructures and, mainly, in the distribution, shape and orientation of the remaining pores. Porosity analysis was also performed by comparing values of porosity (total, open and closed pores) of the parental rock and the deformation band in each sample. Results of these analyses show a reduction of total porosity and open pores and therefore an increase in the amount of closed pores in all types of deformation bands in relation to parental rock. In addition, it is observed that changes in porosity characteristics are related to the effect of different deformation mechanisms that operated in each type of deformation band.     

钠长岩类地质地球化学特征及变质变形与铜矿的形成——以四川会理拉拉铜矿床为例

本文论述了拉铜矿区钠长岩类的地质地球化学特征及变质变形与铜矿的形成,伴随前寒纪的构造运动,拉拉地区经历了NWW向的剪切变形,使钠长岩产生碎裂－糜棱岩化作用,形成碎裂结构,碎斑结构,显微眼球构造,压力影,云母鱼等,这些结构构造的形成使岩石孔隙度增加,起到找容作用,由沿近东西向主断裂侵位的辉绿辉长岩体提供的含矿流体及区域变质中产生的变质热变质热液沿钠长岩的碎裂－糜材构造充填交代,在其产生多种蚀变的同时,铜、钼、钴硫化物沉淀成矿,形成钠长岩型浸染状铜矿石或脉状－网脉状铜矿石。在金云母化较强地段,在变质作用下,形成片岩型铜矿石,因而总体上,拉拉铜矿属动力变质热液型铜矿床。     

The role of dewatering in the progressive deformation of a sandy accretionary wedge: constraints from direct imagings of fluid flow and void structure

Geological investigation of the deformation structures and sedimentary setting of the Emi Group, a Miocene sand-rich accretionary complex, central Japan, revealed a six stage-structural evolution during shallow level accretion in a subduction zone. The early deformation (stage 1) is characterized by independent particulate flow in layer parallel faults, scaly cleavages and web structures, and upward dewatering in dish-and-pillar structures and breccia injections, while later deformation (stages 2–6) involve mappable scale folding, meso- to macro-scopic thrusts and web structures with cataclastic flow. Based on microscopic analyses of these structures, the early faulting with independent particulate flow (stage 1 deformation) is associated with dilatancy and preferred orientation of void space, whereas the later faulting with cataclastic flow (stage 2 deformation) occurs with compaction and crude preferred orientation. The former features imply more permeable fluid migration pathways, supported by the permeability measurements and direct imaging of fluid flow by X-ray CT. On the other hand, the later fault zone has lower permeability and porosity than intact rock, and plays as fluid sealing. Thus, in the early stage (stages 1), fluid flow occurs as focused flow through dilatant fault zones with independent particulate flow or fluid migration by upward dewatering forming dish-and-pillar structures and breccia injections, whereas no evidence of fluid flow is recognized at the later stages (stages 2–6). Namely the fault zones focus fluid flow during primary accretion in shallow levels, and the fluid flow is strongly controlled by the deformation mechanism. Furthermore, the change of the deformation mechanism could be effected by progressive increment of the confining pressure, accompanied with accretion and lithification in the accretionary prism. In the shallow, dilatant-faulting regime where the deformation mechanism is independent particulate flow, focused flow dominates, whereas in the deep, cataclastic regime distributed flow may play a main conduit rather than the focused flow.     

沂沭断裂带中段地质特征与金矿成矿作用

沂沭断裂带是一条岩石圈断裂，有着悠久的演化历史，在中生代受库拉板块和太平洋板块运动作用，发展成为裂谷式断裂系统。通过对沂沭断裂带中段地质特征的研究，初步总结了沂水-汤头断裂是在晋宁期形成的北东向中浅层次韧性剪切带的基础上，经后期脆性构造叠加、改造而形成的一条复杂的韧-脆性构造带，它对区内金矿的形成起控制作用，并具有控、容矿构造之特征。在该带内已发现六个金矿体，赋矿围岩为蚀变的绿片岩、糜棱岩化碎裂岩和花岗质碎裂岩。     

Fault damage zone origin of the Teufelsmauer, Subhercynian Cretaceous Basin, Germany

Recognition of fractures as porosity-reducing deformation bands pervading all sandstone segments of the Teufelsmauer, Subhercynian Creatceous Basin, Germany, motivates a study relating the observed macroscopic and microscopic deformation to the damage zone of the nearby Harz border fault. Deformation bands, confirmed and documented by several porosity-reducing micro-mechanisms, such as cataclasis, particulate flow, pressure solution and a heavy quartz cementation, were mapped and analyzed in terms of the kinematics and deformation intensities expressed by them. Deformation band kinematics are uniform throughout the entire basin and consistent with the large-scale tectonic structures of the area. A strain intensity study highlights two narrow but long zones of deformation bands, sub-parallel to the Harz border fault. Deformation band kinematics, strain intensity, as well as micro-mechanisms are all consistent with a continuous but internally diverse deformation band damage zone of the entire Teufelsmauer structure along the Harz border fault, bringing new insights into the tectonic evolution and the origin of the heavy quartz cementation of the sandstones in the Subhercynian Cretaceous Basin.