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。     

断裂在纯净砂岩中的变形机制及断裂带内部结构

以纯净砂岩为对象,考虑了影响断裂变形的主要因素,包括成岩阶段、孔隙度、温度和围压,系统剖析了不同性质砂岩的断裂变形机制、微构造特征及形成断裂带的内部结构,对研究砂岩内断裂封闭性具有重要的指导意义。研究表明：纯净的砂岩在未固结-半固结成岩阶段发生断裂,变形机制为颗粒边界摩擦滑动,导致颗粒旋转和滚动,即为颗粒流,形成的微构造为解聚带,孔渗性同母岩比没有明显降低,断裂带尽管具有断层核和破碎带二分结构,但渗透率比母岩高,为流体垂向运移的通道;在固结成岩阶段（孔隙度大于15%）发生断裂,变形机制为碎裂作用,颗粒边界摩擦滑动导致颗粒旋转,即为碎裂流,形成的微构造为碎裂带,渗透率同母岩比一般降低1～3个数量级,形成侧向有一定封闭能力、垂向渗透的断裂带;固结阶段（孔隙度小于15%）发生断裂,开始由于破裂作用,形成断层角砾岩,伴随着碎裂流发生,形成碎裂岩,因此早期形成高渗透断裂带,后期断层逐渐封闭。固结成岩的砂岩在抬升过程发生断裂,变形机制为破裂作用,形成无内聚力的角砾岩,为高渗透断裂带。在不同成岩阶段发生变形,形成多类型变形构造的叠加,对于一条晚期形成的断层而言,由于不同深度变形机制及微构造类型不同,导致油气选择性充注,碎裂带和压溶胶结碎裂带阻止油气向高孔隙度砂岩中充注,解聚带会成为油气运移的通道,裂缝有利于油气优先充注。因此,高孔隙性砂岩中孔隙度较低的储集层由于碎裂带不发育常常含油气性最好,而低孔隙性砂岩由于裂缝产生含油气性较好。     

断层成岩封闭及其应用

影响断层封闭性的成岩作用类型主要包括:充填作用、压实作用和胶结作用。断裂带充填物中泥质含量越高, 其孔渗性越差, 形成封闭的可能性越大。压实作用是控制断裂带充填物致密性和断裂静止期封闭强度的关键, 压实作用越强, 断裂带越紧闭, 封闭性越好。流体进入断裂破碎带, 随压力和温度的降低, 热液矿物发生沉淀结晶, 逐渐胶结裂缝和角砾岩。断裂带胶结矿物主要有方解石和石英, 温度和压力是控制胶结作用发生的主要因素。夏503井断裂带内泥质充填物发育, 厚1 m左右, 由于埋藏深, 压实作用强, 断裂带充填物致密坚硬。扫描电镜观察, 裂缝和岩石孔隙中充填有沉淀结晶矿物, 这种胶结作用发生的范围大致在断裂带附近3 m左右。在充填、压实、胶结共同作用下, 夏503井断层封闭性强, 是控制江家店油田成藏的关键。      

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。     

准噶尔盆地北三台凸起断裂结构特征及成岩封闭作用

断层具有复杂的内部结构,可划分为滑动破碎带和诱导裂缝带两个结构单元。断裂带内部成岩作用普遍发育,其中,胶结作用是断裂两侧诱导裂缝带中较常见的成岩作用,影响着断裂的垂向封闭性。利用地震、测井、岩心等资料定量化的对准噶尔盆地北三台凸起主要断裂进行结构划分,利用岩心、镜下薄片观察的方法研究断裂带成岩胶结作用。研究发现:断裂带成岩胶结作用显著,胶结物以方解石为主,还发现有粘土矿物、沸石、石英等胶结裂缝。大型主控断裂裂缝充填程度相比派生断裂高,胶结程度致密,对油气的封堵性能更强。通过镜下鉴定及流体包裹体均一温度测定发现:北三台凸起断裂带至少经历了3期大规模流体活动,多期的流体作用导致该区断裂的成岩封闭。      

雪峰山安化--溆浦断裂带变形特征及ESR定年

安化—溆浦断裂是雪峰山西部一条重要的区域性断裂带。宏观上呈向NW突出的弧形 ,由数条从溆浦向南撒开的主断裂及其次级分支断层组成。显微构造、断层岩与石英脉流体包裹体均一温度 (集中在 16 0℃附近 )均显示 ,断裂带以浅层脆性变形为主 ,最深动力变质岩仅为糜棱岩化绢云母千枚岩。断层岩中石英脉ESR(电子自旋共振 )定年显示 ,断裂在燕山期 (15 6 .9～ 136 .2Ma ,119.8～ 90 .6Ma)热流体活动强烈 ;而发育在上述两个时间段内的石英脉 ,不论在野外产状、显微构造及流体包裹体均一温度上都存在明显的差异 ,由此初步推断 ,这两个时间段之间应是雪峰山中生代挤压与伸展运动的反转时期。     

Fluid behaviors from the seismogenic region of Longmenshan fault zone,eastern Tibetan PlateauSCIEI北大核心CSCD

震间期、同震期和震后期流体对断裂带物质的强度和运动性质起到重要作用。前人已识别出断裂带浅部区域流体对断层的弱化以及矿物沉淀导致的断层愈合,然而对于断裂带深部流体的研究鲜有报道。为深入了解孕震区流体行为以及地震成核过程中流体对断层的影响,本文以龙门山断裂带的映秀-北川断裂南段虹口乡八角庙村附近碎裂岩滑动带中石英和方解石脉为研究对象,通过对断裂带脉体的显微构造、碳氧同位素和主量元素含量等分析,开展地震相关脉体的特征结构、流体来源和矿物沉淀环境的研究。结果表明,碎裂岩主滑移带由颜色结构不同的三层断层泥和细小的方解石条带组成,在主滑动带边部和上盘碎裂岩中则分别发育了指示震间期、同震期和震后期三个阶段断层活动的脉体:(1)沿阶步生长的纤维状方解石脉和拉伸型柱状颗粒方解石脉;(2)断层泥楔入脉;(3)近等粒状方解石脉以及具有横向竞争生长结构的非等粒状方解石脉和石英脉。它们分别代表了震间期封闭的还原环境下的微滑动、同震外源高压流体注入以及震后开放的氧化环境至还原环境下的矿物沉淀。碳氧同位素结果表明主滑动带和碎裂岩方解石脉δ^(18)O V-PDB值为-20.5‰~-20.3‰,低于围岩碳酸钙胶结物,表明方解石脉具有大气水来源特征。方解石沉淀温度结合地温梯度表明方解石脉的形成深度大于4km,与碎裂岩形成深度及龙门山断裂带震源深度一致。该地区方解石脉和石英脉的研究深化了关于龙门山断裂带孕震区流体行为的理解,并且对进一步认识震间期、同震期和震后期断层的强度变化机制具有重要意义。     

断层应力封闭性的FLAC模拟研究

断层带及其旁侧应力性质是决定断层封闭性的重要因素, 采用FLAC-2D有限差分计算机程序, 模拟了断层带应力分布及其随深度变化。在梯形水平应力和垂直载荷条件下, 断层封闭性具有垂向分段特征: 浅部断层带处于应力松弛或张应力状态, 断层带相对开启, 对地质流体不具封闭作用; 深部断层带处于压应力集中状态, 断层具有良好的封闭性; 二者之间为过渡段。断层带应力封闭性模式得到声波时差资料的印证。      

断裂岩岩石磁学研究进展

断裂岩的岩石磁学研究可以揭示地震断裂作用的物理和化学环境,对于探讨地震断裂作用机制具有重要作用。本文在断裂岩岩石磁学最新文献的基础上,结合笔者及所在研究团队在龙门山断裂带获得的研究成果,综述了断裂岩的岩石磁学研究进展。大量研究发现断层泥和假玄武玻璃通常具有磁化率值或剩磁强度异常特征。顺磁性矿物在摩擦热或流体作用下形成新的铁磁性矿物是断层泥和假玄武玻璃高磁化率值或高剩磁强度的主要原因;地震断裂摩擦熔融作用中形成的单质铁是假玄武玻璃中高磁化率值或高剩磁强度异常的另一个重要原因。蠕滑断裂和出露于浅地表的断裂带中可见一些具有低磁化率值异常的断层泥,原因可能是流体作用或断裂带未经历高温摩擦热。断裂岩的岩石磁学研究为地震断裂带的应力应变、形成温度、摩擦热效应、流体作用、形成深度和氧化还原特征等提供了重要信息,可用于分析地震断裂的孕震和发震环境。综合岩石磁学测试和微米至纳米尺度的超显微学研究,并辅助地震断裂岩的摩擦实验、高温热模拟实验等研究可以更好地获得断裂岩的岩石磁学信息。     

河北涞源白石山地质公园“1.5Ga前地裂缝”新解

梁定益等(2002)研究认为太行山北段河北省涞源县白石山地质公园内存在一条与中元古代雾迷山组沉积时代相当的地裂缝构造,且地裂缝内填充由地震触发,重力垮塌形成的震积岩(含软沉积变形)。近期实地考察后,笔者等得出与上述观点不同的认识,即先前认为的地裂缝实为一条断裂带:震积岩为断裂带构造岩;断层主滑移带内发育S—C面理构造;断层角砾复杂结构是构造变形和压溶作用的结果;断裂整体表现为含正断层分量的走滑断层。结合太行山北段区域构造演化历史,本文提出该断裂最早形成于燕山运动期间,此后在区域构造应力作用下可能多次活动。     

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     

断层侧向封闭性及对断圈油水关系的控制

张性正断层断裂带内部结构具有二分性:即断层核和破碎带,断层核由多个滑动面和不同类型的断层岩组成,其渗透性取决于带内泥质含量所决定的断层岩的类型,破碎带表现为高密度裂缝切割围岩,总体表现为高渗透的特征,因此,断裂带渗透能力取决于断层核与破碎带相对发育程度,侧向封闭能力主要取决于断裂带中泥质含量.存在5种侧向封闭类型:即对...     

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。     

皖东五河—凤阳地区钱台子金矿床黄铁矿标型特征及S-Pb同位素组成

岩石的变形机制和力学性质对认识活动断裂带的孕震机制和发震过程都具有重要意义。圣·安德列斯（San Andreas）转换断层是太平洋板块与北美板块的构造边界,也是重要的地震活动带,总结了美国南加州地震中心对圣·安德列斯断层钻孔断层岩的研究进展。对断层泥的高速摩擦实验发现：动力弱化现象只在高速滑移时才发生,伴随着摩擦生热,岩石的摩擦系数显著降低。断层泥中富镁黏土矿物的富集可以显著降低断层的摩擦系数,促进蠕滑,黏土矿物的不均一分布可导致断裂带变形行为和地震分布的突变。与断层泥和碎裂岩不同,粉碎岩形成于快速传播地震的断裂端部,具高孔隙率和高渗透率,流体活动性强。此外,断层岩的有机质成熟度可用来追溯古地震造成的热异常。在川滇中国地震科学实验场开展科学钻探项目,研究断层岩样品的显微结构、物理性质和变形历史,以期为理解大陆汇聚与转换挤压过程中复杂的地震活动提供重要信息。     

活动断裂带岩石的变形机制和摩擦性质—以圣·安德列斯断层为例

岩石的变形机制和力学性质对认识活动断裂带的孕震机制和发震过程都具有重要意义。圣·安德列斯（San Andreas）转换断层是太平洋板块与北美板块的构造边界,也是重要的地震活动带,总结了美国南加州地震中心对圣·安德列斯断层钻孔断层岩的研究进展。对断层泥的高速摩擦实验发现：动力弱化现象只在高速滑移时才发生,伴随着摩擦生热,岩石的摩擦系数显著降低。断层泥中富镁黏土矿物的富集可以显著降低断层的摩擦系数,促进蠕滑,黏土矿物的不均一分布可导致断裂带变形行为和地震分布的突变。与断层泥和碎裂岩不同,粉碎岩形成于快速传播地震的断裂端部,具高孔隙率和高渗透率,流体活动性强。此外,断层岩的有机质成熟度可用来追溯古地震造成的热异常。在川滇中国地震科学实验场开展科学钻探项目,研究断层岩样品的显微结构、物理性质和变形历史,以期为理解大陆汇聚与转换挤压过程中复杂的地震活动提供重要信息。     

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。     

断层作用热模型及其对烃源岩热演化的影响

从盆地的应力状态分析入手,从断层摩擦生热的角度,建立了断层作用生热的定量模型。在此基础上,确定了断层摩擦产生的热量与断层的性质、深度、构造应力和流体压力等之间的定量关系,定量分析了断层摩擦生热对烃源岩热演化的影响。结果表明:断层作用的生热量主要决定于断层的深度,构造应力的大小、流体压力、断层的位移量、断面摩擦系数等;断层的活动速率对断层摩擦的生热量没有影响,但对断层带内产生的温度却起决定性的作用;在断层快速活动的条件下(地震型),断层摩擦生热虽然可以产生很高的温度,可以造成断层面附近岩石的局部熔融,但其影响范围和影响持续的时间是十分有限的。      

鲜水河断裂带乾宁段蠕滑变形及局部粘滑变形的岩石学记录

鲜水河断裂带作为控制青藏高原物质大规模向东侧向挤出的北部边界，是中国乃至世界上大陆内部强震活动最频繁的断裂带之一，但大地测量学研究表明它具有广泛的浅部蠕滑变形行为。认识断裂带蠕滑与粘滑兼具的变形行为及其控制因素是评估鲜水河断裂带地震活动性的关键。本文以鲜水河断裂带乾宁段在四川甘孜州龙灯乡出露的宽约800m的岩石-构造剖面为研究对象，通过野外地质调查、室内光学显微镜及扫描电镜观察、粉末X射线衍射分析和微区X射线荧光光谱分析等方法，对断层岩的结构构造、矿物组成和地球化学性质开展详细研究。研究剖面由约100m宽的砂岩破碎带和约700m宽断层岩组成，广泛发育断层角砾岩和薄层且呈弥散式分布的断层泥，断层岩内普遍具有压溶构造，但局部断层岩具有快速滑动结构特征，表明断裂带在蠕滑变形过程中存在局部地震粘滑变形行为。断裂带内流体作用使断层岩中长石和白云母蚀变成以伊利石为主的粘土矿物(含量5%～11%),新生的粘土矿物在密集的面理中定向排列，促进了断层的弱化和在浅部(4km以上深度)的蠕滑变形。而在断裂带局部裂隙较为发育的位置，流体的注入导致了大量碳酸盐矿物(方解石和白云石，含量12%～33%)的沉淀和C...     

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.     

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。