不同组合形式叠瓦状逆断层地应力分布规律研究

叠瓦状逆断层是地壳中分布的主要断层组合形式之一。为了揭示地质演化过程中不同组合形式下叠瓦状逆断层间地应力分布规律,采用大型物理模拟手段,以龙门山地区的地质构造为背景,研究了两条平行叠瓦状逆断层和在其间与之相交的断层组合形式下地应力分布和变化规律。取得的主要认识如下:（1）对于研究区仅分布两条平行的叠瓦状逆断层,构造挤压方向与它们的走向垂直的情况,靠近构造挤压端的断层会首先发生失稳破坏,较大的局部应力释放会使地壳内部整体应力有所降低,但在下伏断层的深部会出现应力的突然升高;（2）对于研究区不仅分布两条平行的叠瓦状逆断层,而且在两条断裂之间存在一条与它们垂直的逆断层,构造挤压方向与叠瓦状逆断层垂直,叠瓦状逆断层附近浅层地应力变化较早,地壳易沿叠瓦状逆断层首先失稳活动,进而带动所夹逆断层的地应力发生调整;（3）对于研究区不仅分布两条平行的叠瓦状逆断层,在其间夹着走向与它们垂直的逆断层,构造挤压方向与叠瓦状逆断层斜交情况,地壳易沿所夹断层首先失稳活动,进而触发叠瓦状逆断层地应力变化;（4）仅存在叠瓦状逆断层,地应力分布较为均匀;叠瓦状逆断层间夹逆断层的情况下,在断层端部和几条断层交汇部位出现了应力集中现象。该问题的研究对区域稳定性评价和地震预测具有一定的指导意义。     

徐州——宿州弧形双冲——叠瓦扇逆冲断层系统

郯庐断裂西徐州－－宿州地区存在丰一个向西突出的弧形构造,其东侧后缘为倾向腹地的双冲构造,前缘为背驭式的叠瓦扇。东西向的不老河断层和宿北断层将其分为具有不同发育特征的三段。这是华北板块与扬子板块斜冲对接过程中,由于双沟推覆体向ＮＷ的反向推力,由东向西间歇式跳跃发展而形成的。该构造后期还被前缘的反向断层,前渊的重力滑动构造和腹地的指状断陷盆地所复杂经。这是不同于Ｂｏｙｅｒ和Ｅｌｌｉｏｔｔ简单模式的一种     

黔东松桃地区桃子坪锰矿逆冲叠瓦状构造浅析

黔东松桃地区位于慈利—保靖断裂与鹤峰—龙山断裂的夹持区域内。区内褶皱与断裂十分发育,主要发育有NNE-SSW向断裂、线状褶皱,NE-SW向断裂、褶皱以及NW-SE向小型断裂、短轴褶皱。区内桃子坪锰矿床发育了逆冲叠瓦状构造,本文对其特征进行了简要阐述,并推测其发育于燕山期,并简要讨论了其对于锰矿体的影响作用,有利的一面如断层上盘变浅,意味着含锰岩系(锰矿体)的深度变浅,钻探深度也会变浅;不利的一面如含锰岩系(锰矿体)连续性被破坏。     

北祁连逆掩断裂带的缓倾角断层

本文阐述了北祁连逆掩带中缓倾角断层的结构特征和地质意义。这些断层是本区走向北西西、断面南倾的区域逆冲断裂系的组成部分,断距大小不等,显示出一定规模的推覆构造型式。文中把本区和典型的逆掩推覆构造作了对比,并推断了这种缓倾角断层的演化模式。此项研究为进一步评价酒泉盆地以至河西走廊的含油远景提供了构造研究基础。     

大地震前后实测地应力状态变化及其意义——以龙门山断裂带为例

实测地应力状态在连续地震事件前后的变化特征,对于应用地应力实测数据探索开展地震预报等研究有重要意义,但一直以来缺少典型实例研究。以龙门山断裂带西南段的跷碛和映秀地区为研究区,利用该地区汶川地震前至芦山地震后获得的地应力实测数据,分析了表征地应力状态的特征参数在汶川和芦山地震事件前后变化特征,探讨了其对地震预报研究的意义。研究表明,跷碛地区地应力状态特征参数K_HV、K_Hh和μ_m变化表现为芦山地震后值（QQ-14）大于汶川地震前（QQ-99）,QQ-99结果大于汶川地震后值（QQ-09）,而主应力梯度系数变化为QQ-09>QQ-14>QQ-99;分析认为K_HV、K_Hh和μ_m变化规律能准确反映汶川和芦山地震事件前后跷碛地区构造应力场演化特征,而仅用主应力随深度变化梯度系数变化特征,不能完全准确地反映构造应力场调整变化情况;映秀地区,除K_Hh外,主应力随深度变化梯度系数、K_HV和μ_m均表现为汶川地震后结果大于震前,其变化反映的应力场调整变化特征需要补充数据检验;利用地应力状态参数变化规律开展地震预报探索研究时,长期的、可对比的高质量地应力测量数据是研究有所突破的关键。研究成果对于龙门山地区构造应力场和减灾防灾研究有重要意义,对于应用地应力数据探索开展地震预报研究等有参考价值。      

龙门山地震断裂带地应力分布及其对井壁稳定的 影响———以WFSD-2 井为例

[摘 要]龙门山地震断裂带是我国最为强烈的地震带之一,地层破碎、地应力异常,钻孔缩径造成孔内事故频发,井壁稳定问题十分突出。本文介绍了汶川地震断裂带科学钻探施工中所发生的孔内事故情况,并通过对地层应力数据的统计分析,得出龙门山地震断裂带最大水平应力和最小水平应力随深度变化的回归曲线,最大水平应力梯度为4. 52MPa/100 m,最小水平应力梯度为2. 51 MPa/100 m。以WFSD-2 井为例,分析了龙门山地震断裂带地层应力、尤其是断层泥应力对井壁稳定的影响;针对膨胀性地层,介绍了一种通过泥浆密度微调现场测定地层坍塌压力和破裂压力的简易方法。     

后撤式逆冲推覆断层成因机制及物理模拟——以准噶尔盆地西北缘克-百断裂带为例

位于准噶尔盆地西北缘中段的克-百断裂带,晚二叠世以来发育了一系列后撤式逆冲断层。长期以来,关于克-百断裂带高角度逆冲断层的成因机制一直处于争论当中,后撤式逆冲断层的物理模拟在国内尚未见文献报道。论文通过地震解释研究了克-百断裂带的构造变形特征及其演化阶段;应用断层"活动性系数"理论,半定量地描述了挤压条件下断层"活动性系数"、摩擦系数与断层倾角之间的关系,证明了挤压条件下也能形成高角度逆断层;结合"造山楔"理论解释了后撤式逆冲断层的成因机制。研究认为,克-百断裂带后撤式逆冲断层是印支期、燕山期持续挤压和扎伊尔山隆升效应综合作用的产物:挤压过程中发生"泊松效应",随着断层倾角增大,断层面上的正压力迅速增大、"活动性系数"降低,当倾角增大到一个临界值后断层停止活动,形成高角度的逆断层;同时扎伊尔山隆升造成挤压应力上移,为断层的后撤奠定了基础。最后利用砂箱物理实验模拟了克-百断裂带后撤式逆冲断层的形成过程。     

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。      

逆断层区构造煤形成机制及分布规律的数值模拟

采用FLAC2D数值模拟分析软件,通过流变模型和摩尔库仑弹塑性模型转换技术,研究了在水平构造应力作用下,逆断层运动过程中断层区域塑性破坏区的分布及变化规律,进而揭示了逆断层区构造煤的形成机制和分布规律。结果表明,逆断层区域的塑性破坏区域在距离断层一定范围内分布,随着远离断层而减小,且断层上盘构造煤的发育程度和范围大于下盘。研究成果可为断层区域煤与瓦斯突出防治提供借鉴。     

逆断层中天然气运移特征的物理模拟

逆断层在活动期时易形成断层空腔,该空腔为天然气的穿层运移提供了畅通的通道,天然气在其中运移具涌流特征。如果断层空腔连通地表,天然气则大部分沿其逸出地表,仅有少量的天然气能注入断层两侧的相邻储层中。进入储层的天然气具有明显的选择性,气体首先向物性好、倾角陡和埋藏浅的储层中注入。如果没有其它动力,仅靠天然气自身浮力作用,断层下盘储层不能或很少能有天然气的注入。当断层处于静止期时,断层空腔消亡,天然气穿塑性层段的运移通道是破碎带中的岩石孔隙,天然气在其中的运移遵循达西渗流规律。天然气在断层带中的运移速度随断层充填物颗粒粒度的增加而呈指数关系增大,随断层倾角的增大呈指数关系增大,随断层充填物中泥质含量的增加呈幂函数关系减小。     

逆冲断层位移—长度关系解析 ——以杭锦旗断裂带为例

为了揭示鄂尔多斯盆地北部杭锦旗断裂带在晚石炭世—中三叠世逆冲断层生长的位移模式和位移—长度关系,本文通过地震剖面解释、地层回剥分析和断层古位移测算来厘定古断层的末端位置,明确断裂生长连接历史,并结合幂律关系,探究了断层生长模式以及断裂带岩性组合、运动学、反转和断层系统内在特征等方面的影响。研究表明,杭锦旗断裂带的构造演化受基底断裂的分段性制约。其北东走向的分段(泊尔江海子断裂东段)形成较早;在垂向上,断裂中部的位移大,向两端递减;在平面上,断裂末端与东西走向的分段(泊尔江海子断裂西段)叠覆,导致局部位移增大,最终发生硬连接。东西走向的三眼井断裂形成于晚石炭世,先后经历了断层分段、横向扩展和连接的演化阶段。乌兰吉林庙断裂作为调节带断裂,其活动相对较弱且局部发生反转。根据断层位移—长度剖面的几何形态和断层演化阶段分析,可将杭锦旗断裂带的逆冲阶段的位移模式分为4种类型:①近对称的三角状或椭圆状,代表独立断层;②左右极不对称的锯齿状或双峰状,代表断层之间发生软连接作用;③不规则波状,反映多条小型断层的连接作用;④异常尖峰状,代表大型断裂后期位移的调整。杭锦旗断裂带的D_(max)/L数据集与全球其他地区比较,要低一个数量级,可能与断裂带的后期反转有关。最后,针对杭锦旗断裂带在不同时期的构造演化和D_(max)/L变化特征,提出了断裂带逆冲阶段演化的路径模式。     

采动影响下逆断层活化规律的数值模拟

煤矿开采过程中断层活化时有发生,是矿井灾害防治研究的热点问题。为了揭示不同断层倾角条件下煤层开采对断层活化的影响,以淮南新集二矿地质采矿条件为例,采用FLAC^3D进行数值模拟,系统研究逆断层下煤层开采过程中断层的动态活化规律,阐明了断层活化位置与工作面推进距离、断层倾角之间的关系。研究表明,断层活化可分为累积期、形成期、破坏期3个发育阶段;当工作面回采至工作面推进距离的一半时,断层开始活化,至开采结束,断层滑移量最大;倾角越小的断层面越早开始活化,倾角越大的断层面滑移量越大。研究成果为断层发育区煤炭资源安全开采提供了理论依据和技术参考。     

正断层与逆断层错动引起的上覆黏土变形特性离心试验

采用土工离心机试验,研究正断层和逆断层错动引起上覆饱和黏土层在20步连续断层错动作用下的变形特性以及裂缝扩展的规律。研究结果显示,正断层错动后地表呈现多条且平行断层面的张拉裂缝,随着错动量的增大,正断层破裂逐渐偏离基岩断层的错动方向,偏向上盘一侧,裂缝逐渐向上盘的方向开裂,裂缝主要发生在断层延长线附近;逆断层错动后地表裂缝均分布在上盘,而且离断层尖端延长线较远,产生的裂缝较细、数量较少,随着断层错动量的增大,地表位移增大,靠近断层下盘一侧的地表受断层错动影响较小,位于断层上盘一侧的地表则随着断层错动显著移动;随着断层错动量的增大,最大地表坡度随之增大,正断层引起的最大坡度的位置逐渐向上盘方向移动,逆断层引起的最大坡度的位置逐渐向下盘方向移动,逆断层的影响范围比正断层的影响范围更广。     

利用岩屑微体化石判断逆断层——以冀中坳陷赵古2井逆断层的发现为例

油气勘探中的绝大多数钻井分析样品为岩屑,利用岩屑中的微体化石判断逆断层的方法比岩性、测井、地震等方法能更具体、更直接地反映地层的真实情况。建立区域微体化石层序律是该方法的基础,具体方法是对参数井、区域探井按部颁标准系统采样,鉴定对比中以标准微体化石带或组合的上界为依据,结合测井曲线和岩性来综合划定地层分界。在分析过程中,应注意到上覆地层下掉化石的影响,以及不同化石门类专家对同一地层中出现的化石时代归属的不同认识。对冀中晋县凹陷赵古2井进行的岩屑微体化石分析,发现在3151m处存在地层倒置,上部属奥陶系峰峰组,见泗水塔斯满牙形石、不对称微腔牙形石组合带;下部层位为二叠系下石盒子组,见曲环三缝孢属一喉唇三缝孢属孢粉组合。     

陡倾逆断层形成机制——以塔里木盆地色力布亚断层为例

中国西部盆地多发育陡倾逆冲断层,但对其成因仍未取得统一认识。色力布亚断裂带位于塔里木盆地的西部,是一条典型的陡倾逆冲断层,为研究陡倾断层的成因提供了很好的实例。根据最新地震剖面与地层分析认为,色力布亚断裂上部倾角约为65°,经两期构造运动形成,第一期是加里东晚期运动-海西早期运动（362~439 Ma）,第二期为喜马拉雅中期运动（5.3~23.3 Ma）;正是断层的多期活动形成了上部的陡倾断层,即先存缓倾逆断层的活动改变了局部应力场,使最大主应力轴由水平变倾斜,随之产生的库伦断裂倾角变陡,并伴生反冲逆断层。同时利用数字砂箱模拟结果验证了上述推断。      

利用岩屑微体化石判断逆断层——以冀中坳陷赵古2井逆断层的发现为例

油气勘探中的绝大多数钻井分析样品为岩屑,利用岩屑的中微化石判断塑层的方法比岩性,测井,地震等方法能更具体,更直接地反映地层的直实情况,建立区域微体化石层序律是该方法的基础,具体方法是对参数井,区域探井按部颁标准系统采样,鉴定对比中以标准微体化石带或组合的上界为依据,结合测井曲线岩性来综合划定地层分界,在分析过程中,应注意到上覆地层下掉化石的影响,以及不同化石门类专家对一地层中出现的化石时代归属的不同认识,对冀中晋县册陷赵古2井进行的岩屑微体化石分析,发现在3151m处存在地层倒置,上部属奥陶系峰峰组,见洒水塔斯满牙形石,不对称微腔牙形石组合带,下部层位为二叠系下石盒子组,见曲环三缝孢屑－喉唇三缝孢属孢粉组合。     

利用岩屑微体化石判断逆断层——以冀中坳陷赵古2井逆断层的发现为例

油气勘探中的绝大多数钻井分析样品为岩屑,利用岩屑中的微体化石判断逆断层的方法比岩性、测井、地震等方法能更具体、更直接地反映地层的真实情况。建立区域微体化石层序律是该方法的基础,具体方法是对参数井、区域探井按部颁标准系统采样,鉴定对比中以标准微体化石带或组合的上界为依据,结合测井曲线和岩性来综合划定地层分界。在分析过程中,应注意到上覆地层下掉化石的影响,以及不同化石门类专家对同一地层中出现的化石时代归属的不同认识。对冀中晋县凹陷赵古2井进行的岩屑微体化石分析,发现在3151m 处存在地层倒置,上部属奥陶系峰峰组,见泗水塔斯满牙形石、不对称微腔牙形石组合带;下部层位为二叠系下石盒子组,见曲环三缝孢属—喉唇三缝孢属孢粉组合。