古构造应力场反演的理论与实践——基于断层滑动矢量分析

古构造应力场恢复是重建区域地质演化历史的重要手段之一。断层作为地壳浅表发育的脆性变形构造,为恢复古构造应力场提供了重要地质条件。关于利用断层滑动矢量反演古构造应力场,前人进行了长期探索。目前其相关理论基础、研究方法与实际应用均取得重要进展。在断层滑动矢量反演古构造应力场的理论方面,改进的安德森模式描述了在发育先存薄弱带的情况下断层形成与演化的规律,克服了安德森模式只适用于均匀变形域的理论局限性;在研究方法方面,突破了在沉积盆地内部变形相对单一的限制,在造山带前陆或者叠加褶皱区等复杂变形区有效地开展了相关研究,并通过断层相关褶皱与同褶皱变形的滑动矢量分析,厘定出同造山作用的古构造应力场。这一方法在大巴山造山带强变形区得到了有效应用,为探讨其构造演化提供了基础。     

断层圈闭分析

钻探断层圈闭的风险比钻探简单的四面下倾闭合（ｆｏｕｒ－ｗａｙ－ｄｉｐｃｌｏｓｕｒｅｓ）更大，正确评价圈闭风险需要作补充分析，准确绘制断层乃是断层圈闭良好评价的开始。     

断层岩与断层模式

本文通过对断层岩的结构、构造特征及其力学成因研究现状的综述，提出以下几点看法：（１）断层岩是在特定的地质环境下形成的，其结构特征直接反映所处境的地质构造运动特性所以通过研究断层岩的内部组构可以直接了解形变环境及其区域地质构造发展史；（２）断层财的线理和面理结构既可以在韧塑性条件下形成，也可以在脆性条件下形成，因此是否具有线理与面理结构不能作支岩分类的决定性基准；（３）断层岩母岩结晶的大小直接影响断     

煤田地质钻孔中的岩心断层标志分析

根据煤田地质钻孔岩芯中的岩石特征及结构变化,进行地层与构造分析,判断断层的存在,分析断层形态,确定断层的性质,在当前煤田勘查中仍不失为一种直观而重要的手段.     

工程场地的断层密度地质统计学分析

为了深入研究某工程场地内断层的地质特征,通过收集、整理工程场地的地质资料和较系统的野外地质调查,应用指示克里格方法分析了场地内断层密度的空间分布特征。研究表明断层密度具有明显的各向异性分布特征。断层密度分布的主变程方向为296.4°,与工程场地长轴方向一致,在此方向上断层密度具有较好的相关性与连续性,工程地质条件较差。次变程方向为26.4°,在此方向上断层密度的相关性差,工程地质条件则较好。建立了工程场地地表断层密度的定量数学模型,主变程1 692m,次变程759m,主变程方向296.4°,块金值0.127,基台值0.263。划分了场地工程地质带,工程场地南部边缘地质条件较差,中部至北部边缘地质条件相对较好。     

曼洞断层与牛角塘断层的主要特征及两者关系探讨

曼洞断层是燕山期形成的且具有多级断坪和断坡的逆冲断层,也是贵州东南部规模最大的逆冲断层,在其形成的早阶段,以加里东期形成的牛角塘断层的ＮＥ段为滑动面,自ＳＥ向ＮＷ逆冲,形成逆冲断层;晚阶段,牛角塘断层的ＮＥ段则成为期上盘走滑断层的走滑面,并与牛角塘断层的ＳＷ段连为一体,形成ＮＥ－ＳＷ向的走滑断层,同时切割曼洞断层。     

北海断层封闭性分析

多数北海构造圈闭至少需要一条断层来充当封闭性断层。在北海进行区域研究时，从１０１个勘探目标和２５个油气田中选择了４００多个断层加以分析，这些断层切穿了来自多种沉积环境（海相、海陆过渡相、陆相）碎屑岩沉积层序。本次研究的重点是地质历史时期中可以起到压力或运移遮挡的断层封闭性。通过绘制多种参数，如断层走向、断距、储层厚度、深度、有效厚度与总厚度比值、孔隙度、砂岩有效连通性等与断层封闭性能的关系图，确定各种参数间的分布趋势和相关关系。以预测断层封闭特点、断层分布方向与封闭性之间存在着某种相关关系，断距经过校正到占储层厚度一定比例之后，与断层封闭性之间存在着比例关系，大多数断距大于储层厚度的断层都是封闭性断层。在断层封闭性预测中最有用的参数是断距，有效厚度与总厚度的比伍（净／总）和砂岩有效连通性。本次研究的结论对在北海盆地碎屑岩沉积层序中进行油气勘探和开发时的断层封闭性预测有广泛的适用性，或许也可以应用于其它地区。     

高阶交错网格有限差分弹性波场模拟的精度分析

交错网格波场数值模拟是目前地震正演中广泛使用的方法,为对比分析不同阶数的差分格式下产生的计算效率和精度差异,重新推导了弹性波方程的4种时间4阶、空间2N阶的差分公式及系数,并计算了他们的稳定性条件。利用这4种差分格式进行弹性波场数值模拟,对比分析了波场快照、合成地震记录及CPU时间。结果表明：时间4阶、空间6+6阶精度的交错网格有限差分方法在进行地震波场数值模拟时具有较高的计算精度和计算效率。     

基于蒙特卡洛模拟的概率断层位错危险性分析

同震位错对川藏铁路等跨断层工程的安全造成严重威胁,合理评价活断层的位错参数具有重要的应用价值.由于传统的确定性评价方法存在无法区分工程场点的重要程度和其在断层上的相对位置等缺陷,越来越多的学者推荐采用概率断层位错危险性分析（PFDHA）.然而基于经典的概率性方法开展PFDHA原理复杂且实现困难,不利于吸收断层地震活动性研究的最新成果,也有碍于PFDHA的普及和推广.相比经典的概率性方法,蒙特卡洛模拟具备逻辑清晰易懂、程序易于实现且兼容性和扩展性好的优点.本研究基于蒙特卡洛模拟实现了概率断层位错危险性分析的一般性算法,并将该方法应用于鲜水河断裂带的炉霍段.结果显示,PFDHA的结果随着超越概率水准或工程场点在断层上的相对位置的不同而显著变化.适当考虑最大同震位错和地表破裂长度的不确定性得到的位错参数更加合理.超越概率大于等于100年2%时,PFDHA的结果显著小于确定性方法的结果.然而随着断层活动性的提高,100年超越概率1%的结果可能会大于确定性方法的结果.按照不同类型工程的抗震设防水准选择相应的PFDHA评价结果,既有利于工程的安全,也有助于大多数工程节约成本.PFDHA相比确定性方法具备多种优势,有望为川藏铁路等重大工程的抗断参数评估提供技术支撑.      

塔里木盆地西部断层的活动性与封闭性

研究区位于塔里木盆地西部,主要跨越巴楚断隆和阿瓦提凹陷两个构造单元.自寒武纪以来,本区主要经历了三次挤压作用,形成了第一期北西向、第二期南北向和第三期北西向褶皱和断裂构造.断层活动性是断层封闭性研究的基础和关键.活动断层的主体部分是开启的,但即使是强烈活动的断层,只要在储层或生油层附近发育较多的泥岩层构成与之相接的泥岩剪切带,断层的这些部分仍然具有封闭性.断层的封闭性应该在断层活动性研究的基础上作进一步分析.塔里木盆地西部断层的活动性与封闭性研究表明,第一期北西向断层在中寒武世-泥盆纪和第三纪-第四纪、第二期南北向断层在晚二叠世和第三纪-第四纪、第三期北西向断层自老第三纪形成以来主体部分分别处于开启状态.     

逆断层型地震地表破裂带滑动矢量计算方法探讨——以汶川地震为例

大震地表破裂带滑动矢量及其分布特征,是震后调查需要获得的最重要的资料之一。由于逆断层型地震地表破裂带运动性质(正向逆冲或斜向逆冲)、破裂带走向的变化以及断错标志线、断层运动方向与断层走向间夹角的变化等等,均会导致视位移的产生,使得野外位移测量数据复杂化。滑动矢量作为一个三维空间的量,代表了各破裂点或破裂面在地表或近地表的运动轨迹,较之其各分量,能够更准确更直观地反应出破裂带的性质和运动学特征。文章讨论了滑动矢量的计算方法,重点讨论了利用两条不平行断错标志线计算滑动矢量的方法。利用这些方法,我们对汶川地震映秀－北川地表破裂带北段北川县城附近若干点的滑动矢量进行了计算,对地表破裂带的性质和运动学特征进行了讨论。     

基于Poynting矢量的地震照明分析

地震照明分析能够定量分析影响逆时偏移成像质量的因素。文章基于Poynting矢量方法进行地震定向照明分析及成像补偿方法研究,利用Poynting矢量进行波场传播角度分解,通过计算不同入射及散射波方向的部分照明建立局部照明矩阵。该矩阵包含了照明分析中波与地质结构相互作用所涉及的所有角度信息,可以方便地分析目标附近所有可能的入射波和散射波对局部照明的贡献。根据局部照明矩阵可以获得对地下结构的照明描述、采集倾角响应,并依此进行成像补偿计算。以SEG/EAGE模型作为数值计算实例,进行基于Poynting矢量的照明分析及成像补偿,有效地提高了成像质量。该方法为角度域逆时偏移成像校正及分辨率分析等提供了高效的处理手段。     

断层滑动分析与古应力恢复研究综述

对遭受脆性变形（尤其是断裂作用）的岩层进行古构造应力恢复是进行地壳构造变形历史和动力学研究的重要手段之一。对带有擦痕线理的断层进行大量观测,不仅便于精确描述断层几何学,而且还可使地球上部脆性地壳的构造模式与应力状态相关联,从而再现构造应力场在时空上的演化特征。对脆性构造研究中的断层滑动分析与古应力恢复这一方法的研究历史与现状、原理假设、数学方法以及如何把反演结果与野外地质认识相结合进行构造变形期次的研究进行了介绍和评述,并指出这种方法不仅有利于认识盆地与造山带在构造应力场上的同一性,而且有利于从动力学上去探讨盆山之间的关系,在目前盆山耦合的构造研究中有其自身的优越性。     

华北地区实测应力特征与断层稳定性分析

以中国大陆地壳应力环境基础数据库为基础,选取华北地区水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据共计1 017条,得到华北地区及研究子区宏观应力场特征：（1）华北地壳浅层最大水平应力 、最小水平应力 随深度D呈线性增加;（2）在0~4 000 m测量深度范围内,华北各研究子区中间深度 值总体表现出“东高西低”的特征;（3）华北地区侧压系数Kav=225/D+0.61,浅部离散,随着深度增加而集中,并趋向0.61,D=577 m时Kav=1,是水平作用为主导向垂直作用为主导转换的“临界深度”;（4）华北各研究子区 的优势方向统计显示,华北东部研究区 优势方向基本上为近EW、NEE、NE向。鄂尔多斯块体及环鄂尔多斯的研究区 优势方向呈现出NE向或NEE向。华北平原的研究区 优势方向主要为NE、NEE向,部分研究区呈现出NW向。分析华北区域断层稳定性发现,500 m深度以下实测差应力值不超过理论临界值,区域内断层基本上处于相对稳定的状态;0~500 m深度之间部分差应力值已达到或接近走滑临界状态,在方位合适的断裂或节理面上发生走滑断层型活动的可能性较大。     

断层冲击地压的影响因素分析

针对断层冲击地压问题,通过建立断层-煤柱变形系统,得到了断层错动型冲击地压的发生条件,并对其主要影响因素进行分析。结果表明:当采空区宽度一定时,载荷随煤层塑性区宽度的变化是先增大再减小,达到临界载荷前,临界断层保护煤柱宽度随载荷增大而增大;当载荷一定时,采空区宽度随煤层塑性区宽度的变化是先增大再减小,达到临界采空区宽度前,断层保护煤柱宽度随采空区宽度的增大而增大,则保证断层保护煤柱宽度大于临界断层保护煤柱宽度,可避免断错型冲击地压的发生;当断层抗剪强度较大时,留设较窄的断层保护煤柱,断层错动型冲击地压也不会发生。根据工作面走向与断层位置的关系,选择合适的方法计算临界断层保护煤柱宽度,可避免断层错动型冲击地压的发生。研究结果为有效防治断层错动型冲击地压提供理论依据。