断层对钻孔地应力测量影响的初步分析

获得初始地应力最直接最有效的方法是进行地应力测量,但在地应力测量打钻的过程中,初始地应力会遭到破坏,使得测量值与实际初始地应力值有差别.本文应用有限元方法研完了断层对打钻前后地应力变化的影响规律,考虑因素包括断层的力学性质(弹性模量、泊松比)、断层到钻孔的距离、边界应力、复合断层.研究表明,断层泊松比对初始地应力的变化影响很小,不是影响初始地应力变化的敏感因素.断层弹性模量、断层到钻孔距离、边界应力、复合断层是影响初始地应力变化的敏感因素.研究结果可为钻孔地应力测量研究提供参考价值.     

岩性、非均匀性、地形和断层对水压致裂原地应力测量的影响及正确的数据解释和支持测量结果的独立证据的重要性

在水压致裂测量中经常会出现令人感到迷惑的结果,迫切需要对出现异常的原因进行彻底的分析和研究.本文重点阐述岩石的岩性、非均匀性、地形和断裂带对水压致裂测量结果的影响,并强调野外测量经验和正确解释测试数据的重要性.     

断层带流体对断层强度和强震孕育的影响

大量研究表明,流体在断层弱化中起着非常重要的作用.在地壳浅部脆性域,自由水通过流体孔隙压力减小断层有效正压力,从而降低断层摩擦强度;在地壳深部,矿物中的微量结构水弱化岩石流变强度.另外,流体-岩石相互作用等化学过程,如长石水解反应,对断层强度的影响也非常显著.断层深部流体通过物理作用与化学作用影响着岩石的变形机制,从而影响断层力学性质与地震孕育和发生.断层内部流体孔隙压力周期性变化是断层带脆-塑性转化、裂缝张开与愈合等的直接体现,这种变化控制着断层强度与强震周期性发生现象.     

黄河中下游活动断层分布及其对古河道变迁的影响

黄河流域是我国遭受地震灾害最为严重的流域,近年来探测工作对黄河中下游的活动断层有较多新认识,如构成北华北盆地与南华北盆地新构造分界的新乡-商丘断裂,新发现存在多个晚更新世活动段,具备发生中强级以上地震的可能,对识别沿黄河中下游的地震危险源、提高地震危险性认识有重要影响。本文通过总结近年来活动断层探测的最新进展,分析了沿黄河中下游地区的活动断层分布特征及其可能产生的灾害影响,并提出后续工作规划建议。     

基于跨断层测量的鲜水河断裂带现今活动特征及其与强震关系研究

利用鲜水河断裂带30多年的跨断层观测资料,基于断层三维运动模型,采用主成分分析法,综合研究了鲜水河断裂带现今运动学特征及其与周边几次强震的关系．研究结果表明:鲜水河断裂带在观测期内(1982—2015年)以左旋走滑运动为主,各段落的活动速率都不相同,其中炉霍段、道孚段的活动速率大于乾宁段,乾宁段趋于闭锁状态;断层活动参数时间序列曲线具有较明显的线性运动特征,但在个别时段内会出现偏离直线的加速或转折变化．此外,断层三维活动参数的主成分分析结果显示,断层水平走滑量和水平张压量的主成分和综合指标在2001年、2006年、2010年和2012年分别出现趋势性转折和破趋势的异常变化,断层垂直升降量第一主成分在2013年也出现了相对小幅转折变化,这些异常变化可能与2001年昆仑山口西M_S8.1、2008年汶川M_S8.0、2010年玉树M_S7.1和2013年芦山M_S7.0等地震有关,属于这几次大震的前兆、同震或震后效应．      

断层几何形态和自发破裂的动力学参数对地震波场的影响

断层的自发破裂及其产生的地震波场是地震学研究的重要内容.断层几何形态和自发破裂过程中的动力学参数不同,往往会导致不同的震源破裂过程,进而对地震波场产生显著的影响.本文基于不同几何形态的断层上的自发破裂过程,通过计算研究其产生的地震波场的特征.针对弯折和分叉的断层系统,我们考察了初始成核区位置以及超剪切破裂对于地震波场的影响.结果显示,对于弯折断层,随着弯折角的增大,地震波场的峰值分布沿着弯折方向产生变化,过大的弯折角会对地震波场起抑制作用;在断层上破裂距离越长,积累的能量越大,引起的地震波场峰值也越大.对于分叉断层,角度更小的分支面具有更大的破裂优势,破裂强度更大,会引起更大的地震波场峰值.超剪切破裂将使得地震波场振幅更大,激发高频成分,在波形上能观察到明显的脉冲,同时增大永久位移.通过研究动力学破裂产生的地震波场的行为,有助于增进对地震波场特征产生原因的认识,为进一步的动力学参数反演奠定了基础.

     

凹凸体位错非均匀性对断层引起地表位移的影响

在已有的凹凸体震源模型基础上考虑凹凸体位错非均匀性,提出改进的凹凸体位错模式.新的位错模式随机设置凹凸体上各子断层位错量,同时在凹凸体与背景区交界处设置位错平缓变化的区域.以1989年美国 LomaPrieta地震为例,计算不同断层位错模式下引起的地表位移,并与反演得到真实情况下地表的位移作对比,验证改进凹凸体位错模式的可靠性.结果显示,使用改进的渐变凹凸体非均匀位错模式计算时,与真实情况下竖向地表位移差大于8cm 的区域面积为 43km2,相较凹凸体均匀位错模式缩减25%;水平地表位移差大于8cm 区域面积为117km2,相较凹凸体均匀位错模式缩减达31%.利用改进的渐变凹凸体非均匀位错模式,计算1679年三河—平谷大地震在北京地区形成的地表位移场.北京市外,最大竖向地表位移大于4．8m,最大水平地表位移大于2．6m,均出现在三河附近;北京市内,通州区至平谷区一带地表位移最大,最大水平地表位移大于 2．6m,最大竖向地表位移大于1m.研究结果可为今后北京地区的抗震设防提供参考.     

地表松软层对断层位错位移场的影响及其反演问题

本文讨论了地表松软层对断层位错位移场的影响。研究表明,在表层弹性波速较低,特别是在带厚的地表松软层的情况下,震中附近的地表位移幅度明显增大,地表位移幅度由近及远的衰减加快,也就是说地表松软层有使断层表观变浅的效应。利用带松软层的多层介质模型,由1966年邢台地震前后的大地测量资料反演了该地震系列的断层位错模式,反演得到了三个地震断层面。其它方面的证据也支持了存在有这三个活动地震断层的结论。     

地表松软层对断层位错位移场的影响及其反演问题

本文讨论了地表松软层对断层位错位移场的影响。研究表明,在表层弹性波速较低,特别是在带厚的地表松软层的情况下,震中附近的地表位移幅度明显增大,地表位移幅度由近及远的衰减加快,也就是说地表松软层有使断层表观变浅的效应。利用带松软层的多层介质模型,由1966年邢台地震前后的大地测量资料反演了该地震系列的断层位错模式,反演得到了三个地震断层面。其它方面的证据也支持了存在有这三个活动地震断层的结论。     

深井孔隙压力测量及其与地震活动性的关系

介绍了在深钻井中测量岩层流体孔隙压的方法．以华北地区沉积盆地为例，分析了0～4 km深度岩层孔隙压实测值的变化规律，并结合区内1900年以来发生的MS5.0的地震，讨论了3 000 m深处异常孔隙压的区域分布与地震活动的关系．研究结果表明，深井中实测的岩层孔隙压p0并不完全等同于静水压pH，超孔隙压现象存在但不具普遍性．由油田勘探井、评价井及开发井中实测的孔隙压(p01，p02及p03)与静水压之间的关系为:① 具超孔压的地区p01＞p02＞pH＞p03；② 孔隙压正常或偏低的地区pH＞p01＞p02＞pH＞p03．通过对本区超孔隙压现象的区域分布与MS5.0地震活动的关系分析，发现大约以纬度36～36.5为界，南部存在超孔隙压现象，即在约2 000 m深度以下，实测孔隙压明显高于静水压，且随深度增加而呈幂函数递增，其地震活动性弱；而北部实测孔隙压基本正常或偏低，孔隙压值随深度呈线性递增，其地震活动性较强．      

乌鲁木齐市断层附近地应力特征与断层活动性

为了查明乌鲁木齐西山—碗窑沟断裂带地应力分布特征, 在研究区20 km×20 km的范围内布置12个基岩应力钻孔,采用水压致裂地应力测量技术进行了基岩原地应力测量;共布置了2条观测剖面,第一剖面是沿断层走向布置了7个钻孔,第二剖面在垂直断层走向布置了6个钻孔(与第一剖面共用1个钻孔).根据实测的地应力资料,断层附近最大水平主压应力方向为NE—NEE向,与区域构造应力SN—NNE向主压方向有一些差异,说明受断层活动影响,断层附近的应力状态与区域应力场明显不同.利用地应力实测资料,研究了断层的活动性,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为σH＞σh＞σv,该应力状态有利于逆断层活动,与地质资料反映的以逆断层活动为主基本一致.利用库仑摩擦滑动准则,摩擦系数取0.6~1.0分析,断层附近的现今地应力状态达到或超过产生逆断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造应力有利于逆断层活动.     

Tectonic stress field and its effect on hydrocarbon migration and accumulation in Mesozoic and Cenozoic in Kuqa depression, Tarim basin

Through rock acoustic emission experiments and structural deformation analysis, the tectonic stages in Meso-Cenozoic in the Kuqa depression of the Tarim basin are firstly divided. Then, combining with rock magnetic fabric analysis and memory information, the distribution characteristics of tectonic stress field of every tectonic stage are quantificationally resumed. At the same time, according to the distribution relation of tectonic stress field of hydrocarbon formation stage by the finite element numerical simulation method and the known hydrocarbon reservoirs, the effects of tectonic stress field on hydrocarbon migration and accumulation are further analyzed. The Kuqa depression has mainly experienced six tectonic movements since Mesozoic. Except that the tectonic stress field of the Early Yanshan stage (208-135 Ma) showed northeast-southwest extensional stress field where the orientation of the maximum principal compressive stress (σ1) was northwest-southeast, the others were compressive stress field where the orientations of the maximum principal compressive stress (σ1) were near north-south. Along with the closure of the paleo-Tethys ocean, the Kuqa depression in the Indosinian stage (250-208 Ma) was in strong compressive circumstance with apparently big maximum principal stress (σ1) magnitude. Due to the equilibrium adjustment of interior Eurasia, the Kuqa depression in the Early Yanshan stage (208-135 Ma) was in weak extensional circumstance with apparently small maximum principal stress (σ1) magnitude. From the Late Yanshan stage (135-65 Ma) on, with a series of collision events occurring at the south edge of Eurasia, the Kuqa depression was in compressive circumstance again in which the maximum principal stress (σ1) magnitude was from small to big in turn. The Late Himalayan stage (2.6-0.7 Ma) was the main tectonic deformation stage with the biggest principal compressive stress (σ1) magnitude. Tectonic stress field plays a dominant role in hydrocarbon formation, it not only forms migration channels and trap structures for hydrocarbon accumulation, but also is the main drive power for hydrocarbon migration vertically along faults.     

龙门山断裂带东北段现今地应力环境研究

2008年5月12日汶川Ms8.0级地震后,为了解发震断裂附近地应力分布特征,于2009年10月-12月期间,在龙门山断裂带东北段江油、北川地区3个200 m钻孔中开展水压致裂地应力测量工作;本文首先依据研究区域内3个200m钻孔的水压致裂地应力测量结果,分析了汶川8.0级地震发生1年后,龙门山断裂带东北段附近现今地应力状态分布特征;其次,基于龙门山断裂带基础地质、地球物理等研究资料,采用线弹性有限元模拟方法,运用ANSYS有限元模拟软件,模拟得到了地震后研究区内现今地应力状态;再次,综合研究区内地应力测量结果和应力场的三维有限元数值模拟结果,揭示了断裂带附近江油～北川剖面现今应力场的变化规律;文章最后探讨了龙门山断裂带东北段江油和北川地区的地震危险性.     

东昆仑断裂滑动速率变化及其对2017年九寨沟地震的应力加载

为了解东昆仑断裂活动对2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震的影响,本文选取1999-2007年、2013-2017年GPS速度场作为约束,基于块体-位错模型反演计算东昆仑断裂两个时间段的块体运动速率、断裂滑动速率和滑动亏损率,并进一步研究青藏高原东缘最大剪应变率场和九寨沟震区的震间库仑应力累积速率.结果显示,东昆仑断裂中西段左旋走滑速率较高,东段走滑速率较低,自西向东逐步递减,存在明显的梯度.在两个时间段,阿坝块体刚性运动的方向顺时针偏转0.2°,运动速率由12.22 mm·a^-1增大到15.96 mm·a^-1;东昆仑断裂左旋走滑速率升高,其中西段较为明显（升高约1.2±0.3 mm·a^-1）;东昆仑断裂东段闭锁深度和闭锁程度增加;2013-2017年,东昆仑断裂滑动引起的九寨沟震区库仑应力累积速率是1999-2007年的3倍,最大剪应变率也明显升高.因此本文认为：2008年汶川地震和2013年芦山地震后,龙门山断裂部分解锁,阿坝地块活动性增强,东昆仑断裂滑动速率增大,导致九寨沟震区库仑应力加载速率增加,加速了九寨沟地震的孕育过程.

     

地震勘探数据资料处理软件集成化研究现状和发展趋势

现有的大量地震勘探数据资料处理软件界面不统一，而且计算存在大量浪费，限制了新技术在科研和生产中的作用，随着计算机技术在地球物理研究中的发展，为了使现有的计算软件要发挥更大作用，必须进行集成化和并行化处理，中国科学院地质与地球物理研究所已经开发的油储地球物理软件平台等地震勘探资料处理软件，代表这类集成化和并行化软件大规模数据处理的趋势。     

海底冷泉羽状流及其资源效应探讨

海底冷泉羽状流是海底冷泉活动最直接的表现形式,与天然气水合物动态成藏和动态油气系统密切相关.近年来,因其对全球气候变化的影响和潜在的资源前景,冷泉流体活动受到越来越多重视.本文对全球重要海域海底冷泉羽状流的分布和通量相关研究进行总结分析,发现冷泉羽状流广泛分布在主动和被动大陆边缘,而在弧后地质背景和走滑大陆边缘发现较少,研究不够深入.在构造活动活跃、沉积速率和运移通道渗透率高的地质背景下,冷泉羽状流一般呈区域性聚集发育,规模与通量较大.目前研究发现,通常单个羽状流渗漏孔的通量一般介于3.5 mL/min～ 13.9 L/min之间,但受制于观测技术和成本,羽状流的通量估算具有不确定性,且易受到不同地质和海洋控制因素的影响.另外,冷泉羽状流发育区往往对应或指示重要海洋油气富集区,通过与海域天然气水合物试采结果和天然气水合物工业生产指标进行对比分析,认为大型单体冷泉羽状流以及与水合物赋存或深部油气藏相关的区域性羽状流群具有重大资源效应,主要体现在羽状流本身的气体通量资源效应、与天然气水合物的密切联系以及对于海洋深部动态油气藏的指示三个方面.建议重视对海底冷泉羽状流发育区的调查与探测,尤其针对大型单体冷泉羽状流,加强对其活动特征的长期观测,从而明确其时序渗漏特性、活动机制以及海洋与地质因素的控制作用.通过研究有效的通量测量技术和方法,建立冷泉羽状流资源评价技术标准,从而推进其进一步开发与利用.     

青藏高原及周缘地壳浅层构造应力场量值特征分析

以"中国大陆地壳应力环境基础数据库"中的实测地应力数据为基础,合理筛选出地理空间范围为21°N—40°N,73°N —110°N的近2000条数据,深度范围0~2 km.通过将研究区内实测地应力扣除重力影响,并考虑数据样本数量沿深度分布不均匀的问题,分析构造应力场的作用.重力影响的扣除采用海姆假说与金尼克假说两种模式估算其下限与上限,给出了青藏高原及周缘及青藏地块、南北地震带北、中、南段上构造应力和构造差应力随深度分布的特征和量值范围.结果显示：（1）青藏高原及周缘地区最大水平应力σH、最小水平应力σh随深度D呈线性增加：σH=22.115D+5.761、σh= 14.893D+3.269;最大水平构造应力σT、最小水平构造应力σt的量值估算范围分别为4.609 < σT < 15.522D+4.609、3.121 < σt < 6.366D+3.121（D >0）;构造差应力σT-σt=7.222D+2.492,地表值（D=0 km）为2.5 MPa左右,随深度增加以7.2 MPa·km-1的梯度增大;（2）在测量深度范围内,青藏地块、南北地震带北、中、南段研究区σT、σt、σT-σt随埋深均呈线性增大;D=1 km时,各地块σT的统计回归值中最大为30.1 MPa,最小为17.6 MPa,量值由大到小排序依次为：青藏地块、南北带北段、南北带中段、南北带南段;D=1 km时,各地块σT-σt的统计回归值中最大为15.8 MPa,最小为8.9 MPa,量值由大到小排序依次为：青藏地块、南北带北段、南北带中段和南北带南段.总体表现为青藏地块强、南北带较弱的基本特征.（3）与南北带相比较,青藏地块地壳在从南向北的挤压作用下呈现出明显的"浅弱深强"特点.     

Hierarchical properties of a stress field and its relation to fault displacements

The structure of the stress field is studied around a frictional shear fault on the basis of a theoretical solution. The hierarchical properties of tectonic stress fields are discussed. A method is proposed for the separation of fields of different ranks. It is shown that displacements of sides are dependent on the fault-plane orientation in the initial stress field and the type of that field; and on the coefficient of friction. These displacements are the greatest on planes that make angles below 45° with the compression axis of the initial field.     

Wave-induced stress and estimation of its driven effect on currents

Since the 1940s, the significant progress has beenmade both in theory and in numeric study for oceanwaves. Beginning from the theory of generalized windwave spectra proposed by Wen[1], some distinctiveachievements have been obtained in China. A numberof original academic papers, for instance, were pub-lished in the late decades[2-10]. However, the study oflarge-scale effect of ocean waves has not been noticed,except for the introduction of information entropy ofocean wave height field to desc…     

基于原地应力测量数据的中国大陆地壳上部应力状态研究

在两个水平主应力随深度呈线性增加的前提下,通过数学推导,建立了侧压系数、水平最大与水平最小主应力之比(σ_H/σ_h)以及剪应力相对大小μ_m等应力参数随深度变化的关系式.在此基础上,依据中国大陆1780条二维水压致裂和应力解除的原地应力测量数据,对多个应力参数随深度的变化进行了回归分析.结果显示,中国大陆地壳浅部的侧压系数随深度的变化呈完整的双曲线形态,通过稳定性检验说明,即使缺少较深的原地应力实测数据,只要有一定数量的测试深度超过1500 m的数据,仍然可以得到比较可信的侧压系数回归分析结果,在整个脆性上地壳的物性参数没有本质变化的前提下,可以利用地壳浅部的侧压系数回归分析结果推断脆性上地壳的2个水平主应力的取值范围;相对于侧压系数,在中国大陆地表以下几千米深度范围内,σ_HH/σ和μ_m的变化不大,更接近线性分布,σ_H/σ_h的拟合值在1.5左右,μ_m的拟合值在0.2左右,并且μ_m的线性集中程度更好.利用μ_m的大小来判断活动断裂的地震危险性具有一定合理性.