致密岩石纵横波波速各向异性的比较研究

通过对板岩、千枚岩、糜棱岩和变质砂岩等4种岩石在平行和垂直层理、板理的3个正交方向上的纵、横波波速试验,提出了致密岩石纵波波速的各向异性与横波波速的各向异性普遍存在着一致性和差异性两种特征。一致性特征主要表现为致密岩石的横波各向异性随纵波各向异性的增强而增强;差异性特征主要表现为在平行和垂直层理、板理的两个方向上,纵波波速的各向异性指数大于横波,亦即纵波波速的各向异性比横波更为显著。从横观各向同性弹性介质的波速方程出发,通过具体的算例对这两种特征进行了较好的理论分析。     

Modeling the Effects of Heterogeneity and Anisotropy on the Excavation Damaged/Disturbed Zone (EDZ)

Summary  When modeling the mechanical behavior of underground excavations, it is necessary to include the influence of the rock mass characteristics on the Excavation Damaged/Disturbed Zone (EDZ). In this paper, the Realistic Failure Process Analysis code, RFPA, is used to model the extent of the EDZ. The inhomogeneous characteristics of rock at the mesoscopic level are included by assuming that the material properties of the constituent elements conform to a Weibull distribution; the anisotropy is incorporated as a transversely isotropic medium; the non-elastic characteristic is simulated via an elastic damage-based constitutive law. A finite element program is adopted as the basic stress analysis tool. In this study, a notable feature is that no a priori assumptions need to be made about where and how fracture and failure will occur – cracking can take place spontaneously and can exhibit a variety of mechanisms when certain local stress conditions are met. The deformation and failure process of anisotropic rock around excavations of different geometries is analyzed, and compared to experimental tests, showing similar fracture patterns. Additionally, the effect of confining stress and of different material layers is modeled and discussed. It is found that the model clearly illustrates that fracturing, both initiation and propagation, occurs as a combination of the stress concentrations and weakness planes introduced via the transverse anisotropy – which could represent either foliations or ubiquitous joint sets. Correspondence: Dr. Shuhong Wang, Box 265, School of Resource and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, P.R. China     

磁化率各向异性与剪切带

岩石组构记录了地壳形成与演化的关键信息,提取这些信息对分析和恢复地球动力学过程具有重要意义.磁化率各向异性(AMS)是一种重要的岩石组构方法,可以有效地揭示岩石的应变特征,分析其地球动力学过程,是研究构造变形性质以及应力作用方式的有效手段.本文在梳理AMS的研究历史、主要成果和最新进展的基础上,系统阐述了AMS的基本原...     

岩石各向异性实验研究及对工程勘探的影响

以不同的砂岩和大理岩为标本,对岩石的各向异性在应力应变关系、波速、动静杨氏模量、动静泊松比、抗压强度等方面的各向异性问题进行了测试和研究。通过实验得到岩石标本在平行层理和垂直层理方向上述物理性质存在着的差异情况和变化规律,分析和探讨了岩层的各向异性对工程勘探工作带来的影响情况。指出地壳介质的岩体各向异性对地球物理勘探来说是不能忽视的,尤其是各向异性会导致横波分裂,影响横波勘探的精度,但同时也有助于了解岩体中裂纹结构的信息,做出工程事故的准确预报。     

断层相关裂隙的一种定量计算方法

利用平衡剖面及几何学原理,建立断层面脱空空间理论模型、断层破裂带裂隙空间的置换模型,推导出一个在2维剖面上计算断层相关裂隙空间的定量计算公式,并讨论了相关参数的地质含义及取值方法。结果表明,断层面与层面的夹角变化率是控制断层相关裂隙空间的主控因素。该计算方法为断层裂缝的预测及评价提供了一种全新的思路和方法。     

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...     

Anisotropy of magnetic susceptibility of eclogites: mineralogical origin and correlation with the tectonic fabric (Cabo Ortegal,Spain)

Abstract

The fabric and the anisotropy of magnetic susceptibility of the Cabo Ortegal eclogite (NW Spain) are studied. These mafic rocks were metamorphosed and deformed under high pressures and temperatures between 390 and 370 Ma in a subduction/collision tectonic setting. Massive eclogite slices and deformed eclogite in shear zones have bulk magnetic susceptibilities of 31 to 82·10^?5 S.I. and 28 to 75·10^?5 S.I., respectively. The paramagnetic mineral fraction is the principal magnetic susceptibility carrier. This fraction includes notably garnet and clinopyroxene as matrix minerals, and ilmenite and rutile as accessory constituents. Though magnetic anisotropy degree varies between 3.1 % and 6.6 %, variations of this parameter in each rock type are marked. In the deformed eclogite, magnetic lineation (K_max) and the pole to the magnetic foliation (K_min) are coaxial and coincident with macroscopic petrofabric elements (foliation and lineation). In the massive eclogite, the magnetic fabric is dispersed along the principal structural planes and inversions are associated with samples with small degrees of anisotropy. The anisotropy of magnetic susceptibility is interpreted as being due to the crystallographic preferred orientation and spatial organisation of the polymineralic aggregate. Relating the evolution of the symmetry of magnetic fabric to the symmetry of petrofabric or deformation is rather precluded since susceptibility has multiple origins and bulk magnetic fabric is due to minerals of different symmetry. © Elsevier, Paris     

松散体边坡灾害自组织临界性及工程应用研究

我国的松散体边坡灾害频繁。为了解松散体边坡灾害的共性，从整体上认识其规律性信息，文章采用多种形式的非均匀沙堆作为松散体边坡灾害的概化模型，通过多组实验研究其演化行为规律。自组织临界性是解释具有无序的、非线性复杂系统行为特征的理论之一，分形和闪烁噪声是其空间与时间结构的特征。实验发现几种概化模型表现出自组织临界性。分析滑坡、崩塌及泥石流等松散体边坡灾害实例，也发现其呈现自组织临界性特征。研究表明幂律特征及自组织临界性是许多松散体边坡灾害的共性。进一步模拟真实的松散体边坡的组成特征和某些防治工程措施，进行对比实验，表明不同工程措施的防治作用。最后结合挡、锚、喷、排等工程防治措施，探讨了自组织临界理论对松散体边坡灾害防治的指导作用。     

A Quantitative Study of Fault Zone Sealing

Abstract: A fault is not simply a plane, but a zone consisting of a series of broken planes or lower faults. The greater the scale of faults, the wider and more complex the fault zone is. Fault-sealing properties are influenced by the fault zone itself, whose fault displacement, depth, net-to-gross-ratio of mudstone, fault plane angle, and fault mechanical properties play important controlling roles. The sealing of hydrocarbon by the fault zone depends on whether the fault zone can form a continuous sealing zone and if the pore throats connecting those fault zones are small enough. The concept of fault zone-sealing potential is proposed here, and a quantitative formula is established by using a great amount of practical statistical data as well as the fuzzy comprehensive evaluation method, which is a comprehensive characterization parameter to judge whether or not fault zones could seal oil hydrocarbon. The greater the value of the fault zone-sealing potential, the better sealed the fault is. For example, with increasing depth, the sealing degree of the Xin 68 Fault in the Dongxin 1 oilfield changes greatly, reflecting the complexity of fault-sealing properties.     

断层岩发生张性破裂所需压力预测及油田安全生产建议: 以秦皇岛33-1南和33-2油田明下段控藏断裂为例

为了确保秦皇岛33-1南和33-2明下段油田的安全生产, 在实测围岩抗压强度和区域应力场特征研究的基础上, 采用把断层岩看作倾斜岩层, 再与围岩对比的方法, 建立了一套断层岩发生张性破裂所需压力的预测方法, 并利用该方法对秦皇岛33-1南和33-2油田主要目的层——明下段控藏断裂断层岩发生张性破裂所需压力进行了预测.结果表明: 秦皇岛33-1南和33-2油田明下段控藏断裂断层岩发生张性破裂所需压力为25.6~31.3 MPa, 平均为29.4 MPa.如果油田开发过程中注水压力经过从注水井至断裂带压力损失后仍小于25.6~31.3 MPa时, 秦皇岛33-1南和33-2明下段油田可安全注水生产; 否则将造成该油田中的断裂发生张性破裂, 油沿断裂向上逸散至海底.      

氡气测量方法在礼贤断裂勘查中的应用

利用氡气测量方法对礼贤断裂的位置进行勘查,通过对测量数据的分析,圈定氡气浓度的异常区,从而作为判定礼贤断裂位置的重要依据。     

板岩流动变形破坏的各向异性

大试伯单轴蠕变实验表明，板岩流动变形破坏受结构面控制。即使在同一方向应力作用下，也表现了平行走向、反倾向、顺倾向方向的差异。本这是板岩流为形破坏各向异性的另一种表现形式。     

松辽盆地北部徐家围子断陷断裂构造特征及对深层天然气的控制作用

系统分析徐家围子断陷断裂构造特征,研究了断裂系统对深层天然气成藏条件的控制作用。徐家围子断陷发育5套断裂系统,徐西早期走滑伸展断裂系统、徐中走滑长期活动断裂系统、徐东走滑断裂系统、早期伸展晚期张扭长期活动断裂系统以及晚期张扭断裂系统。断裂活动时期主要为断陷期和泉头组沉积晚期—青山口组沉积时期。徐西走滑伸展断裂系统控制了沙河子组烃源岩的展布,徐中及徐东走滑断裂控制了下白垩统营城组一段和营城组三段火山岩体的展布,长期活动断裂为天然气垂向运移提供良好垂向通道。断裂对登二段区域性盖层破坏程度小,使得徐家围子断陷深层天然气主要富集在下白垩统登娄库二段之下的营城组地层中。断层两盘岩性对接关系为火山岩—砂泥岩,断层侧向封闭;火山岩—火山岩对接,断层侧向不封闭。晚期构造反转较弱,使得断裂对气藏的破坏程度较小,对天然气的保存有利。     

海相碳酸盐岩储层对断裂活动的响应

在海相碳酸盐岩含油气盆地中,碳酸盐岩储层对断裂活动的响应应主要表现在以下3个方面：①形成与断裂活动相伴生的裂缝;②形成断裂控制下的热液白云岩化;③断裂和裂缝控制岩溶型储层的发育深度。断裂活动通过以上3个方面的作用,改善了碳酸盐岩的储集性能。同时,在断裂带附近发育高孔渗带,为油气富集创造了条件。平面上,碳酸盐岩储层对断裂活动的响应范围一般局限在距主干断裂10km以内的区域。     

基于模拟退火粒子群优化算法的裂缝型储层各向异性参数地震反演

发育垂直定向排列裂缝的地下岩石可等效为具有水平对称轴的横向各向同性（horizontal transverse isotropic,HTI）介质。针对HTI介质模型,本文研究了裂缝型储层的各向异性参数地震振幅随方位角变化（amplitude variations with azimuth,AVAZ）的反演方法。首先,在地震AVAZ反演流程中,提出采用模拟退火粒子群优化算法实现裂缝型储层各向异性参数反演。之后,通过理论模型测试,验证了基于模拟退火粒子群优化算法的地震AVAZ反演的有效性。最后,将反演方法应用于四川盆地龙马溪组页岩气储层实际方位地震数据;在反演之前先利用傅里叶级数方法估计裂缝方位并对实际数据进行方位校正,以提供更准确的输入数据;通过计算得到的P波、S波各向异性参数可用于评价裂缝发育程度。反演结果表明,研究区域构造顶部裂缝较发育,与地质基本理论一致,验证了反演方法的合理性。     

沂沭断裂带及其近区的地震成因岩石新认识

将沂沭断裂带及其附近地区的地震成因岩石划分为四种类型,它们是具有地震成因构造的震积岩、震断层构造岩、震火山岩及隐爆地震角砾岩.前两类是构造地震的记录,而后两类是火山地震及隐爆火山地震的记录.由于震断层构造岩沿长期活动性断层分布,大多遭受了若干期强地震活动的改造,所以不易确定其最初的形成时期.因此,笔者重点对分布于沂沭断裂地震带及附近的其它三类地震成因岩石(包括震积岩、震火山岩和隐爆地震角砾岩)作了研究,论述了三类地震成因岩石的特征、时空分布、反映的地震作用机理及意义.认为:地震成因岩石不仅是强地震事件和激烈构造活动的记录;而且,因为由强地震形成的不同等级断层和裂隙构成了一个高渗透性的能够沟通不同深度石油和成矿流体的网络,所以深入研究地震成因岩石有助于完善大断裂地震带及近区的石油聚集与成矿理论.     

赤峰—开源断裂在赤峰西部地段的构造形迹及其演化特征

为研究赤峰—开源断裂在赤峰西部地段的性质,笔者在1∶5万朝阳地幅、姜家营子幅区调工作中,利用岩石学、岩石地球化学、LA—ICP—MS锆石U—Pb测年等方法,对构造控制的多期次侵入岩进行构造环境研究。结果表明,晚泥盆世二长花岗岩年龄为382. 8±2. 1 Ma,形成于同碰撞挤压环境;晚泥盆世超基性岩年龄为378. 4±3. 2 Ma,形成于碰撞后裂谷拉张环境;早二叠世二长花岗岩、石英闪长岩年龄分别为280. 1±1. 5 Ma、275. 7±1. 8 Ma,形成于同碰撞挤压环境;晚三叠世、早白垩世花岗斑岩年龄分别为206±25 Ma和128. 8±1. 3 Ma,形成于非造山伸展拉张环境。构造带上带状构造的野外地质调查发现构造带经历了3期韧性和1期脆性变形,分别为晚泥盆世至晚石炭世北东东向右行正斜滑韧脆性剪切(构造内花岗斑岩脉年龄374. 2±2. 6 Ma),早二叠世北东东向左行正斜滑韧性剪切(构造内花岗斑岩脉年龄270. 3±1. 7 Ma),晚三叠世北西西向左行正斜滑韧脆性剪切(构造内辉长岩年龄247. 53±7. 4 Ma)和中侏罗世至早白垩世北东和北西向脆性断裂。显示赤峰—开源断裂在赤峰西部地段表现为多期次挤压、间歇伸展,并以挤压造山为主的构造-岩浆岩带。     

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。     

断裂和裂缝的分形特征

在详细剖析断裂和裂缝组成和结构相似性的基础上, 计算了贝尔断陷T₅和T₂两层构造图上断裂信息维和10口井布达特群岩心裂缝信息维, 分析了影响断裂和裂缝信息维的因素, 达到了从断裂信息维去预测裂缝分布的目的.影响断裂和裂缝信息维的因素包括密度、延伸长度、断层性质以及岩性, 但从根本上讲断层性质及岩性对信息维影响体现在断裂的密度上, 因此信息维应该是断裂发育程度的度量, 利用断裂信息维与裂缝信息维关系、裂缝信息维与裂缝密度关系预测裂缝的分布, 有利的裂缝发育带有3个区域, 与现今见油气井分布吻合.