两淮矿区震源机制解反演区域构造应力场特征

通过分析两淮矿区中小型地震的震源机制,以及该区构造应力场的分布特征,对矿区中小震震源机制解进行统计分析并反演其构造应力场。结果表明:两淮矿区构造应力场的最大主应力方向和最小主应力方向基本沿东西方向和南北方向分布;构造应力场现今主要表现为近水平作用力,同时存在部分构造应力场表现为近垂直方向;地震震源断层的破裂类型主要表现为近走滑型断层,同时也有一定比例的走滑型断层;矿区震源发震断层主要为走滑断层,逆断层占比较少,正断层最少。     

酒泉盆地南缘老君庙构造带应力场数值模拟

老君庙构造带处于酒泉盆地南缘新生代前陆冲断带上,纵向上,叠置于早白垩世断陷盆地的南部隆起和石大凹陷之上。利用构造应力场数值模拟计算,分别对酒泉盆地南缘山前冲断带的老君庙构造带新生代平面断裂系统及老君庙构造带西段北东向地质剖面进行应力场分析。通过与油气分布区域的对比,得出了以下结论:应力场数值模拟X方向位移场显示构造带西侧的断层具有左行走滑性质,构造带中部以逆冲为主,东部断层位移具有右行走滑的性质;Y方向位移场显示断层位移具有左行走滑性质。老君庙构造带上高应力区中所圈闭的低应力区是油气聚集最有利的区域,应该把这些应力圈闭区域作为油气勘探的重点,如庙西背斜、老君庙推覆体中盘、下盘以及老君庙背斜翼部等低应力圈闭区。     

非均匀应力场下的铲状正断层带位移场和应力场特征

本文利用新的有限元方法研究了铲状正断层带在非均匀应力场下错动引起的位移场和应力场。研究发现：① 铲状正断层错动引起的断层面上的最大错距不是发生在地表,而是发生地表下面断层的中部;② 地表面最大水平位移和垂直位移都不是发生在地表断层上,而是发生在偏离断层一定距离的地方;③ 铲状正断层错动会在地表附近产生两个破裂区,一个在地表断层附近,一个在远离断层的上盘地表附近,这两个区与野外观测到的次生正断层区一致;④ 断层错动的应力降在断层内不是均匀的,最大值也是位于断层中部。     

青海玉树M_S7.1地震发震过程的数值模拟

根据玉树地区的地应力场、速度场和断层展布,对青海玉树2010年4月14日MS7.1级地震发震机理进行了数值模拟。将围岩看成弹性体,断层看成具有应变软化的弹塑性体,断层和围岩组成统一的地质介质系统。在地应力、孔隙压力及边界位移的作用下,应力逐渐积累,当达到断层摩擦破坏强度时,断层产生应变软化,断层突然滑动,能量突然释放,应力突然下降,形成地震。模拟结果表明:玉树7.1级地震是在印度板块向北推挤,青藏高原向东南侧向挤压,在玉树地区形成主压应力为北东80°方向的水平应力场,使甘孜-玉树断裂带产生左旋走滑错动形成的。计算结果给出了应力降、能量释放量、断层走滑错动量、地震复发周期、应力积累速度等重要参数,模拟结果与野外调查资料具有较好的一致性。     

辽河东部凹陷走滑构造及其与火山岩分布的关系

走滑构造可分为压扭和张扭两类,平面上主干走滑断裂都表现为一条贯通性的走滑构造带,剖面上前者表现为正花状构造(向上撒开的逆断层组),后者表现为负花状构造(向上散开的正断层组)。它们的伴生构造在平面上分别表现为与主干走滑断裂共生的雁列褶皱、雁列逆断层(压扭)和雁列正断层(张扭)。在实际剖面中由于构造应力场的变化还常见由正—负花状构造组合的复合花状构造。在平行于走滑构造带方向,有时断层面倾角会变化,直至倾向相反(丝带效应);走滑断裂带各点所受的应力可从挤压(褶皱)—逆断变为伸展—正断(海豚效应)。走滑断裂在火山岩盆地中普遍发育,是构造—火山作用关系研究的重要方面。研究区走滑断裂系统由贯通性主干走滑断裂和伴生构造两部分组成。主干走滑断裂平面上侧向延伸长,其附近多为与之成锐角相交的雁列正断层组;剖面上同时出现负花状构造和正花状构造,断层面陡倾且有时两侧地层厚度不等。根据雁列构造与主干断层间锐角指示方向和断层切割层位可判别,该区于古近纪主要发育右旋走滑断裂系。火山岩分布明显受走滑断裂带控制,火山喷发中心沿主干断裂呈串珠状分布;火山岩厚度于主干断裂附近最大,向两侧减薄,多终止于次级断裂附近;厚度大于1 km的火山岩距主干断裂通常在2 km范围内。     

塔北隆起轮东斜坡带断层特征与油气关系

古生界走滑断层及中新生界继承性正断层是轮东斜坡带最主要断裂构造类型.在新三维地震资料解释基础上,研究分析该区断层特征、成因及演化,探讨其石油地质意义.结果表明,该区古生界走滑断层切面上具形迹丰富、共轭、雁列构造特征,中新生界正断层密集发育.剖面上走滑断层具断面陡直,中新生界正断层呈花状构造特点,并具典型“海豚效应”和“丝带效应”.受区域剪切作用形成的挤压应力场影响,区内走滑断层形成于海西中晚期,并在中新生界长期继承性活动,形成花状构造.该断层对区内石油运聚及再分布具重要影响,它控制了轮东斜坡带寒武—奥陶系地层构造样式,改善了寒武—奥陶系碳酸盐岩地层储层储集性能,提高了岩溶发育程度,从而影响着区内油气成藏和油气分布特征.     

渤南洼陷古近纪早中期应力场数值模拟及其与断层发育的关系

以地震、地质、测井等资料为基础,通过构造演化及断层落差法,分析渤南洼陷断层的分布及活动特征,为数值模拟提供地质模型。古近纪早中期是渤南洼陷断层的主要形成时期,发育NWW向、NEE向、NE向断层,断层组合以伸展构造样式为主,兼具走滑构造样式。运用ANSYS软件对渤南洼陷古近纪早中期构造应力场进行有限元数值模拟,模拟结果显示,古近纪早中期,最小主应力为张应力,断裂带内部为应力的低值区,断层上盘附近应力集中;差应力的高值区与断层分布一致;平面剪应力为右旋剪切特征,高值区主要发育NWW向、NE向断层,低值区以NEE向断层为主。模拟结果显示,构造应力场与断层的关系主要表现在2个方面:一方面,构造应力场控制断层的发育及分布,即差应力决定断层的优势发育区,平面剪应力控制断层发育的走向;另一方面,断层活动可以改变局部构造应力场大小,主要影响断层上盘附近一定距离内的应力场,造成应力集中,进而影响次级断层的形成。     

沿阿穆尔板块西边界的活动断层(蒙古领土)

阿穆尔板块西部边界在蒙古境内的空间位置尚不清楚,并且活动断层构造及其沿线地壳的应力状态研究较少。本文在沿此边界的三个区域——杭爱—肯特构造鞍部、布尔古特地块(鄂尔浑—土拉交汇处)和色楞格地块(包括色楞格凹陷和布伦—努鲁隆起),利用空间图像解译、地形起伏度分析、地质构造资料以及构造压裂和沿裂缝位移资料重建构造古应力,对活动断层进行研究。研究表明,活动断裂继承了古生代和中生代古构造的非均质性。这些断层沿着板块边界并不是单一的带,而是成簇的。它们的运动取决于走向:亚纬向断层是具有一定逆分量的左旋走滑断层,北西向断层是逆断层或逆冲断层,通常具有右旋走滑分量,海底断层是右旋走滑断层,北东向断层是正断层。位于色楞格凹陷和杭爱东部的断裂构造的活动始于上新世。逆断层和走滑断层与上新世情况不符,但多与更新世地貌相符,表明其活动年代较晚,为更新世时期。利用构造断裂和沿断裂的位移,重建活动断裂带变形末阶段的应力应变状态,结果表明断裂在最大挤压轴的北北东和北东方向上以压缩和走滑为主。只有在色楞格凹陷内,以扩张和走滑类型的应力张量为主,且在最小挤压轴的北西走向尤为显著。在南部,杭爱东部(鄂尔浑地堑)内有1个以扩张机制为主的局部区域,说明蒙古中部断裂在更新世—全新世阶段的活动以及现代地震活动主要受与印度斯坦和欧亚大陆汇聚过程相关的东北方向的附加水平挤压的控制。使研究区地壳产生走滑变形、贝加尔湖裂谷发散活动以及阿穆尔板块东南运动的另一个因素是东南方向软流圈流动对岩石圈底部的影响。阿穆尔板块和蒙古地块之间的边界在构造结构上是零碎的,代表了覆盖整个蒙古西部变形带的边缘部分。     

断层构造对北票矿区煤层气地表泄漏的影响

针对北票矿区台吉井田断层地质分布状况和关井后煤层气由地表泄漏的实际情况,从数值分析角度,利用ANSYS有限元软件,建立三维有限元模型,模拟了不考虑断层构造和考虑断层构造情况下,不同断层组合在开采前后的地应力场和位移场变化规律,得到了开采前后断层剖面应力场和特定水平剖面垂向位移等值线图等模拟结果,及一些有价值的结论。断层构造对开采前后应力场和位移场均有影响,应力场数值模拟得到采空区为原生气源集聚区;断层与采空区交界处的上、下端头位置所受应力最大,导致富集于采空区的煤层气向此处扩散运移,并通过断层中贯通裂隙向地表逸散,断层即是煤层气向地表逸散的重要通道;采空区上方的冒落带、裂隙带和弯曲带是次生气源集聚区。该数值模拟为搞清断层构造对北票矿区煤层气泄漏规律的影响和原生、次生气源集聚位置的确定提供了科学依据,对有效进行煤层气开发利用具有一定指导意义。     

2015年金口河MS5.0级地震前地应力状态及动力学背景分析

2015年金口河发生了MS5.0级地震,为揭示地震与地应力的内在关系和动力学背景,对距震中约12km的2个钻孔的水压致裂地应力测量资料进行了分析研究,利用拜尔利准则和应力莫尔圆分析了峨边- 金阳断裂带北部断层的稳定性,并结合地震活动性参数b值探讨了金口河地震发生的动力学背景。研究结果表明：在钻孔94. 90~722. 10 m的深度内,最大水平主应力为5. 89~14. 50 MPa,最小水平主应力在3. 79~10. 30 MPa,应力水平较低;最大水平主应力方向在N50°W~N68°W,趋于北西至北西西向,与区域构造应力场一致; YJP- 1孔三向主应力的相对大小表现为有利于逆断层和走滑断层的活动,DPS- 1孔三向主应力的相对大小表现为有利于正断层的活动;DPS- 1孔有效应力条件下的μm（最大剪应力与平均应力之比）平均值为0. 46,已接近断层摩擦滑动临界值下限0. 51,有利于正断层的滑动;峨眉- 烟峰断层弯曲构造部位应力闭锁集中区,是导致钻孔附近水平构作用较弱的主要原因。研究结果对于揭示金口河MS5. 0级地震前的动力背景具有重要意义。     

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。     

岩体初始地应力场分析方法研究

初始地应力场是影响岩土工程稳定性的重要因素之一,如何合理地模拟初始地应力场一直是岩体力学中的重要研究课题。以国内某大型水利水电工程构筑区域实测空间地应力资料为基础,以边界位移为控制对象,采用有限元（无界元）方法对工程区大范围内的岩体初始地应力场进行了分析和研究。尝试在实际边界上满足无穷远处位移为0的模型边界上引入了无界单元,实测点上的应力拟合结果有较明显的改善,这表明所采用的方法是切实可行和有效的。     

大型地下洞室全长黏结式岩石锚杆锚固机制研究及锚固效应分析

以大型地下洞室为背景,采用隐式锚杆柱单元模拟黏结式岩石锚杆,推导了杆体对围岩模型的附加刚度贡献模型。根据中性点理论,假定锚固体界面的剪切滑移模型,导出了锚杆与围岩相互作用下的荷载传递基本微分方程。基于三维弹塑性有限元增量法计算的围岩离散位移,采用插值拟合获得造成锚杆变形的围岩连续位移,通过求解微分方程得到锚固体界面剪应力和轴向力分布函数。将获得的锚固体剪应力采用等效附加应力模型作用于岩体,反映了锚杆的支护效应。实例分析表明,锚杆新算法能较好地模拟锚杆支护效果。获得的锚固体受力分布特征符合中性点理论,锚固体界面剪应力分为正、负两段,锚固体轴向力分布为单峰曲线。此外,新方法的计算值与实测值较为接近。     

等效连续岩体流固耦合流变分析模型

位于地下水位线以下的岩体洞室围岩承受应力场与渗流场的耦合作用,而且其变形随时间的持续而发展。本文以岩体水力学和流变力学的基本理论为基础,研究建立了岩体应力场与渗流场耦合作用下的流变分析模型,导出了相应的流变有限元计算格式。所建立的两场耦合有限元流变分析模型,可用于对地下洞室和边坡工程等进行两场耦合流变条件下的长期稳定性分析。     

淋溪河水电站地下厂房开挖过程中材料敏感性的非线性有限元分析

根据淋溪河地应力实测值,应用多元线性回归方法获得了地下厂房区的初始地应力场,并在ABAQUS中实现了初始地应力的加载。考虑岩石节理,基于ABAQUS的UEL模块开发了界面单元子程序,在此基础上重点考察了地下厂房开挖过程中围岩应力场及位移场,对洞室围岩稳定性和材料敏感性进行了综合分析,结果表明淋溪河地下厂房洞室群围岩在各种分析工况下能维持稳定状态。     

基于Mindlin解的压力型锚杆锚固段的受力分析

假设锚杆为与周围介质相同的材料,视锚杆作用的岩土体为弹性半空间位移体;基于Mindlin位移解,求出集中力作用下周围岩土体沿锚固体的轴向位移;根据压力型锚杆锚固段的受力状态,计算锚固体在轴向荷载作用下压缩变形,利用锚固体与周围岩土体变形协调假定,推导出锚固段轴向应力和剪应力分布的理论解。经过与已有现场试验实测数据对比分析,验证了理论解的可行性,并在此基础上讨论了相关岩土参数对锚固段轴向应力和剪应力的影响。锚杆现场试验和理论分析结果表明:压力型锚杆的锚固段所受轴向应力和剪应力与锚固力成正比;压力型锚杆的锚固段所受剪应力的分布形式受周围岩土体弹模、泊松比以及锚固体与周围岩土体界面的内摩擦角等因素的影响。其中周围岩土体的弹模影响最大。     

逆断层控制构造裂缝发育的力学机制模拟

在探讨逆断层对构造裂缝控制作用的基础上, 应用Comsol有限元软件, 模拟不同水平作用力、不同岩性、不同断层倾角和距断层面远近等因素影响下断层及其周边区域的应力、应变情况, 并分析了不同控制因素下构造裂缝发育的规律。模拟结果表明, 构造裂缝的发育程度随施加的水平应力作用增大而线性增大; 岩石破裂前产生的应变量可用来描述岩石的脆性, 抗压强度对岩石破裂起主导作用, 而岩石的抗剪强度与岩石破裂发育有一定的相关性; 逆断层倾角存在一个临界角度, 使构造裂缝发育最为强烈; 逆断层控制裂缝发育, 距离断裂面越远裂缝发育程度越低, 并存在一个发育程度骤减的范围, 称为"断裂控制带", 该断裂控制带的形成和分布应该与断裂的性质、规模、断距及岩石力学参数等有关。      

正交各向异性岩体中非圆形水工隧洞的解析解

将围岩和衬砌分别视作均质、连续的线弹性正交各向异性和各向同性体,并充分考虑衬砌的支护滞后效应和隧洞运行时的内水压力作用,运用复变函数方法中的幂级数解法,提出了正交各向异性岩体中任意形状水工隧洞的力学解析方法。以直墙半圆拱形水工隧洞为例,所获得的解析解可精确满足衬砌内边界的应力边界条件以及围岩与衬砌接触面的应力、位移连续条件,同时还将解析结果与ANSYS数值结果对比分析,吻合良好。利用获得的解析解,讨论了围岩开挖面上不同的各向异性程度、不同的弹性对称面角度以及隧洞内不同的水压荷载对衬砌以及围岩上应力和位移分布的影响。     

Palaeostress analysis of the northern Nijar and southern Vera basins: constraints for the Neogene displacement history of major strike-slip faults in the Betic Cordilleras, SE Spain

This paper presents the results of a detailed structural analysis of the northern Nijar and southern Vera basins with special emphasis on the evolution of the regional stress field and the associated timing of movement of the Serrata, Gafarillos and Palomares strike-slip fault zones. These major fault zones control the Neogene deformation of the SE Internal Betic Cordilleras in Spain. Detailed stress analysis on Neogene sediments of the Vera and Nijar basins shows a strike-slip regime with NW–SE-oriented subhorizontal maximum principal stress (σ₁) during Tortonian and earliest Messinian times. Under the influence of this stress field, dextral displacement along the N090E-trending Gafarillos fault zone resulted in deformation of the sediments of the southern Sorbas and northeastern Nijar basins. During the early Messinian a clock-wise rotation of the stress field occurred. Stress analysis in rocks with late–early Messinian up to Quaternary ages in the Nijar and Vera basins indicates a strike-slip regime with N–S-oriented subhorizontal maximum principal stress (σ₁). Under the influence of this stress field the main activity along the N010E-striking Palomares strike-slip fault zone took place, resulting in deformation of the Neogene sediments of the southeastern Vera basin and culminating in a maximum sinistral displacement of more than 20 km. At the same time the stress field was not suitably oriented to exert a large shear component on the Gafarillos fault zone, which activity ended after the earliest Messinian. Fault and outcrop patterns of syntectonic Neogene sediments in the Vera basin show that displacement along the Palomares fault zone decreased at the end of the Middle Miocene although minor displacement phases may still have occurred during the Late Miocene and possibly even Pliocene. From the Middle Miocene onward, deformation in the Nijar basin was controlled by sinistral displacement along the N040E-trending Serrata strike-slip fault zone.     

深部断续节理岩体中渗流对巷道稳定性影响的数值分析

应用自主开发的岩石破坏过程渗流与应力耦合分析软件F-RFPA2D,通过对高应力节理岩体中巷道的失稳破坏过程所进行的数值模拟分析,研究了深部断续节理岩体中地应力及渗流对巷道稳定性的影响。模拟结果不但直观形象地给出了巷道的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了巷道周边关键部位的位移变化情况,并与无地下水的稳定性进行了比较。结果表明,岩体中断续节理与地应力及渗流相互作用,对巷道失稳的演化起了重要作用,如巷道与节理的相对方位决定了巷道坍塌的方向;岩桥对巷道的稳定起了重要的作用;虽然渗流应力加速了巷道的失稳破坏,但没有改变高地应力对巷道的主要破坏模式。该研究对于进一步理解深部岩体中节理、地应力及渗流对巷道稳定性的影响进而采取有效的加固措施具有重要的理论和实践意义