砂岩侵入体系物理模拟实验

近十年来,从露头、地震、岩心和测井曲线等资料中识别出了越来越多的砂岩侵入体。这些砂岩侵入体对油气勘探和开发既有正面影响,也有负面影响,但由于其发育过程和分布的复杂性,使得对于其成因机制和形成过程探讨较少。笔者建立了一套模拟砂岩侵入体系的实验装置,并设计了完整的实验程序,以模拟砂岩侵入体的形成过程,并探索其形成机理。在此基础上,进行了5组实验,分析了顶层沉积物厚度和进水管结构对砂岩侵入体形成的影响。通过对实验结果进行冷冻、切片和照相,将砂岩侵入体的形成过程分为5个阶段,并借助软件对每次实验的模型进行了三维重构,以期为更好地分析砂岩侵入体系的形成机理提供实验基础。     

地震触发下砂岩侵入体变形模拟实验研究

砂岩侵入体形成的触发机制有差异压实、地震、流体注入、波浪、重力滑动等,但普遍认为地震是最常见的一种触发机制。目前对于地震触发的砂岩侵入体的变形机理研究还相对薄弱,通过建立一套模拟地震触发砂岩侵入体的实验装置,成功地模拟了地震发生不同阶段的砂质变化过程。基于实验结果观察、分析,将地震触发砂岩侵入体的形成过程分为三个演化阶段,即：（1）震前阶段,局部地层因差异压实或地层饱含流体,导致砂质地层微弱起伏变形或无变化;（2）震中阶段,由于地震循环剪切波的影响以及不同介质内地震波波速存在差异,地层异常压力迅速增大并突破上覆盖层破裂强度,产生裂缝,同时砂质发生液化、流化形成一系列的变形构造;（3）震后阶段,伴随余震的产生,液化砂质会继续进行小规模的迁移改动直到地震完全结束,砂岩侵入体整体形态固定。地震作用可以独立触发砂岩侵入,也可以诱发其他地质作用,共同控制砂岩侵入体的形成。     

沉积盆地中超压力的形成机理

下列作用可引起超压力:①挤压应力的增大;②孔隙流体或岩石基质体积的改变;③流体的运移或浮力。由于压实作用不均衡,埋藏期间特别是低渗性沉积物迅速沉降期间的负荷能产生相当大的超压力。在构造活动地区,水平应力的改变能迅速产生和耗散大量超压力。与体积变化有关的超压力的形成机理要求必须具备良好的有效的封闭系统。与热液膨胀和粘土脱水有关的流体体积的增加太少,不能产生大的超压,除非有理想的密封体系存在。烃类的形成和裂解为天然气可以产生超压,这主要取决于干酪根的类型、有机质的丰度、温度和岩石的渗透率。然而,由于压力的形成阻碍有机质的进一步变质,所以在封闭系统中这些作用可能受限。由烃类的形成和裂解产生超压的可能性在目前还未被证实。水压头造成的流体运动在浅埋藏的“铅垂”盆地内可能会形成超压。经计算表明,烃的浮力和渗透性所产生的局部超压力很小。在不可压缩的流体中,气体的向上运移也能产生一定的超压力,但需要进一步研究。在许多沉积盆地中与应力相关的机理是产生超压力的最主要原因。     

砂岩侵入复合体的建筑结构要素及其特征

砂岩侵入复合体是指沉积砂质母岩,在未固结时由于某种机制而积累了异常高压,产生液化、流化、再活动,向上覆细粒沉积物侵入的各种砂体的总和。目前已经在全球50多个深水盆地中(Braccinietal,2008)及所有的年代地层中都发现了从毫米到千米级别的砂岩侵入体。砂岩侵入复合体包含母岩、侵入体系和喷出体系三部分,通过对目前报道的一些砂岩侵入复合体实例分析,对其各建筑要素的外部几何形体和边界特征、内部沉积构造和显微结构进行了总结。不规则的几何形态,突变的边界特征,与液化作用相关的无构造砂岩、碟状构造、管状构造以及独特的泥岩碎屑表现出来的粒序性、条带等沉积构造,形状各异的矿物颗粒以及泥岩碎屑中砂岩裂缝切割等显微结构都可以作为识别砂岩侵入复合体的标准。加强砂岩侵入复合体的研究,为侵入圈闭的勘探和开发提供理论基础。     

砂岩侵入体的形成机制分析*

砂岩侵入体是指深水沉积砂体受到外界的触发,并在一定条件下形成超压,致使上覆弱渗透性沉积物等围岩发生破裂,砂体以流化和液化的形式向周围沉积物产生侵入。砂岩侵入体的形成过程为形成超压、盖层破裂、产生液化和流化、发生侵入。差异压实、地震引发的液化、流体的加入和压力传递等多种因素都可以使砂岩中形成超压,当地层压力达到并超过破裂压力时,发生水力破裂,或地震引起上覆地层破裂,超压砂岩发生流化,侵入到低渗透围岩中。大量未固结的深水沉积砂岩、低-非渗透层的快速覆盖、形成超压的机制和触发事件是砂岩发生侵入的必备条件。     

砂岩型铀矿床中铀矿物的形成机理

本文通过对砂岩型铀矿床中铀在不同地球化学环境中的行为、存在形式及铀矿物种类的分析，论述了主要工业铀矿物——沥青铀矿的形成机理：(1)铀是变价元素，在氧化环境中活化迁移，在还原环境中还原沉淀；(2)来自于氧化环境的[UO2(CO3)3]^4-、[UO2(CO3)2]^2-在氧化还原过渡带与有机质、硫化物及低价铁等还原剂发生反应，形成铀的简单氧化物——沥青铀矿；(3)有机质、粘土矿物等吸附UO2^2 ，加快了其被还原的速度，有利于铀的富集。因此认为：有机质还原UO2^2 形成H2S和H2S还原UO2^2 的作用是沥青铀矿形成的主要原因，这一反应在中性和弱碱性碳酸盐溶液中广泛和普遍存在。H2S等还原剂的存在是环境Eh值下降的主要原因，从而使水中的UO2^2 在氧化还原过渡带处于过饱和状态，加速了铀的吸附和沉淀。     

煤矿开采在煤系砂岩中形成现代陷落柱的实例

通 过 钱家 营井 田 203泥石 流 突发 事故 ,对 陷落 柱 的形 成机 理 作进 一步 的 研究 ,巷 道临 空 空间 、构 造破 碎带 、高压 地下 水 的存 在是 煤 系砂 岩地 层 中形 成现 代 陷落 柱的 主 要控 制因 素 。     

可地浸层间氧化带砂岩型铀矿自然电场形成机理及自然电位异常模拟与应用

通过对可地浸砂岩型铀矿的地球化学特征及成矿物理化学条件分析,详细讨论了其自然电场的形成机理,建立了数学计算模型,并对常见形态矿体的自然电位异常进行了模拟计算,分析了曲线特征,讨论了自然电位异常地形校正方法,并给出了一种斜坡地形条件下的自然电位模拟曲线。最后,以一个实例说明该方法的有效性。     

贵州开阳磷矿山体崩塌形成机理与数值模拟

近年来,开阳磷矿区内地质环境和生态环境急剧恶化,山体崩塌等地质灾害频发。本文以开阳磷矿某崩塌为例,利用三维有限元软件MIDAS/GTS模拟地下采矿对斜坡变形的影响关系,分析崩塌的形成机理。研究结果表明地下采矿将会引起坡体产生差异沉降和应力集中,是形成该崩塌的决定性因素。结合地质分析将崩塌的发展过程分为:地下采矿-坡体应力调整-坡表差异沉降-结构面J1错动开裂-结构面J2剪断贯通-坡体失稳等6个阶段。     

基于体素模型的砂岩侵入体三维重建

砂岩侵入体是由沉积后的砂岩再活动并侵入到周围地层中形成的一种特殊砂体。为了研究其演化过程,设计了砂岩侵入体形成过程的模拟实验。针对实验结果,提出了基于体素模型法和Petrel软件的三维重建方法:在实验切片的基础上,对所得到的实验照片进行预处理,将其转化为Petrel软件能够识别的Gslib格式的数据体,再使用克里金插值算法进行模拟。结果表明,克里金算法可以很好地再现砂岩侵入体的外部形态,多组切片的特征参数统计可以定量地刻画出侵入体的形态,以期为实际岩性油气藏中的规模预测提供理论指导。     

重庆小南海滑坡形成机制离散元模拟分析

重庆小南海滑坡是烈度相对较低地区发生的地震高位滑坡,其成因一直令人费解。基于重庆黔江小南海相关研究资料,通过对复原的小南海坡体进行失稳分析,计算得出使岩体产生崩滑破坏的地震力临界条件,即只有当地震波地形放大后滑坡才能启动。为了进一步验证计算所得的结论,运用UDEC软件建立小南海典型二维场地模型,施加相应的地震力对坡体失稳崩滑的全过程进行模拟,以研究地震作用下地形放大效应触发具平行坡面陡倾控制性结构面的高位岩质斜坡地震机理。研究结果表明,在地震波传播过程中,具平行坡面陡倾控制性结构面的高陡突出地形对地震波有明显的放大作用。该坡体运动模式为：峰值加速度放大-增加的振幅迫使岩体顺平行坡面陡倾控制性结构面迅速拉裂-沿缓倾层面滑移-高速脱离滑源区-巨大的势能和动能驱动坡体做长距离运动,其间伴随解体、颗粒间相互碰撞、铲刮作用,具有二相甚至三相流体性质。分析揭示地震力作用下斜坡体中质点加速度具有地形放大效应。对比结构面监测点和基岩监测点加速度放大系数,表明,滑坡启动时具有较大的加速度,当遇到平行坡面的不连续结构面时,斜坡动力响应强烈,最终导致坡体失稳。     

水进砂研究进展

水进砂在水进过程中被侵蚀、淘洗、搬运,其沉积特征明显有别于背景砂体,表现出明显的穿时性。水进砂的发现完善了层序地层学理论,同时它在油气储存运移、原油物性预测以及油气勘探开发方面也有重要价值。本文从砂体的性质、来源、所处背景砂体的环境以及发育的构造条件4个方面对水进砂进行了分类,并总结了具代表性的形成机制：地层响应模型、水进型三角洲模型、海侵—海退模型、水动力模型、下切谷模型和潮汐改造的沙脊模型。近年来,相关学者在传统沉积学的基础上,又运用水动力学、遗迹学和不整合面识别等比较独特的方法对水进砂进行了研究。未来水进砂的研究工作将不再局限于海相砂体中,同时将运用更精细的方法对水进砂进行更深入的研究。     

右江地区新生代断裂活动及构造变形机制的物理模拟分析

右江地区北西向断裂起源于晚古生代右江盆地内发育的同沉积断裂，这些断裂近等间距平行分布，新生代以来发生了多期次左旋走滑活动，进而导致了右江地区整体发生简单剪切变形。利用三维沙箱模型展开了物理模拟实验，对新生代右江地区的变形机制进行了分析。实验结果表明，早期在红河断裂的左旋剪切错动和印支地块的顺时针旋转联合作用下，右江地区北西向断裂复活，并发生明显的左旋走滑活动；随后川滇地块发生东南向的挤出运动，对右江地区产生侧向挤压，导致了右江地区北西向断裂新一轮的快速左旋走滑活动，同时还导致了右江地区西部的地壳压缩增厚。实验证实新生代右江地区的简单剪切变形以及北西向断裂的走滑活动是印支地块和川滇地块挤出运动共同作用的结果，同时也是印度-欧亚板块碰撞产生的连锁反应之一。      

噻吩系列化合物的形成机理模拟

通过模拟实验发现硫能和各种链状化合物反应形成噻吩系列化合物。其反应机理可能是：硫先作用于链状化合物将其改造成共轭烯中间体,其他硫再从这个部位进入碳骨架从而形成该类化合物。硫还可进一步和噻吩系列反应形成更复杂的含硫芳烃,而温度升高会促进这种反应,所以噻吩系列的含量可以作为成熟度指标,在沉积条件相同的前提下,噻吩系列含量高指示成熟度低,反之则指示成熟度高。     

砂岩透镜体油气藏成因机理与模式

泥岩层的幕式压实/压裂现象和砂岩透镜体中沸腾包裹体的发现,证明了该类圈闭成藏过程中超压流体幕式充注机制的存在。综合考虑油气运聚的动力与作用方式、输导格架类型与流体流动样式、成藏特征、运聚机理和成藏模式,将砂岩透镜体动力学成因类型划分为毛细管力-超压联控型和超压单控型。对砂岩透镜体中的流体排放机制进行了探讨,并认为处于强超压状态的砂岩透镜体油气藏可能存在侧向和垂向两种流体排放模式。     

Non‐linear analysis of shear band formation in sand

The paper investigates the incipience of shear band with an incrementally non‐linear constitutive equation. Necessary conditions for the emergence of shear band are derived. The lower bound solution is obtained by taking the strain rate inside and outside the shear band into consideration. Numerical results of localized bifurcation for general stress and strain are presented and compared with experiments. In the principal stress space, the stresses at the onset of shear band form a surface, which is partially enclosed by the failure surface for homogeneous straining. The significance of the analysis for identification of the material parameters and verification of the constitutive model against experiments is discussed. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

滑坡-碎屑流物理模型试验及运动机制探讨

滑坡-碎屑流由于高速、远程的特点常常引发灾难性事故,其复杂的运动机制导致预测致灾范围非常困难。通过开展室内模型试验,研究了碎屑粒径、滑床糙率和挑坎对运动特性的影响。试验结果发现,滑坡碎屑运动距离受控于前端碎屑,且随着碎屑的粒径增大而增加,增加滑床糙率、挑坎均可使碎屑的运动距离减小。在前人研究成果的基础上结合碎屑材料的力学特性探讨了滑坡-碎屑流出现流态化的原因和高速远程机制,即高速运动中颗粒间的作用力远小于完整岩体,因此颗粒间的“黏聚力”不能维持滑坡体的整体性,同时致使滑坡体与滑床接触的过程中传递至滑坡体内部的摩阻力减少,从而导致碎屑滑坡的远程结果。