青藏铁路沿线的地裂缝及工程影响

通过大比例尺野外地质调查和跨季节对比观测,发现青藏铁路沿线发育地震破裂、断层裂缝、冻土裂缝与冰裂缝4种不同类型的地裂缝。典型地震破裂包括西大滩古地震破裂、昆仑山南缘地震破裂、可可西里古地震破裂、崩错地震破裂、谷露盆西地震破裂、羊八井-当雄盆西地震破裂;地震破裂规模大,产状稳定,与地震鼓包、地震陡坎、地震凹陷有序组合,是地表构造变形的重要形式,属内动力成因地裂缝。断层裂缝沿断层破碎带定向分布,产状稳定,成群产出,与断层活动、地下水运移、不均匀冻胀存在密切的关系,是构造变形与融冻变形联合、内外动力耦合产生的复合成因地裂缝。冻土裂缝和冰裂缝属外营力成因地裂缝,是冻土与冰层不均匀融冻变形的重要表现形式。地震破裂、断层裂缝和冻土裂缝对青藏公路、青藏铁路及沿线工程安全具有不良影响,这些地裂缝切割错断路基,形成路面破裂和路基滑塌,产生显著的灾害效应。     

断层相关裂缝定性识别：原理与应用

介绍一种定性识别和预测断层相关裂缝的新方法-断面脱空法。该方法以断面脱空理论为基础,通过建立断面脱空空间与断层相关裂缝之间的置换模型,从而实现通过观察断层形迹开展地下断层相关裂缝的定性识别。以塔中Ⅰ号断裂带西侧中古3、塔中72两个井区下奥陶统良里塔格组（O₃l）为例,基于地震资料分别开展剖面和平面上的断层相关裂缝识别,并将预测结果与钻井、测井及地震属性分析获得的裂缝发育特征进行对比研究。结果表明:利用断面脱空原理预测结果与钻测井揭示结果基本一致,与根据均方根检测的裂缝平面分布对比,细节上有差异,但总体特征基本一致,表明利用断面脱空原理可以定性地对断层相关裂缝做出预测。断面脱空理论的提出不仅为定性评价地表、地下断层相关裂缝发育分布规律提供一种新思路,更为定量表征断层相关裂缝提供重要的理论依据。     

穿越断层隧道地震响应规律动力对比试验研究

为研究断层隧道在地震作用下的影响规律,开展了穿越断层隧道的振动台对比试验,介绍了试验材料、相似比选取及动力加载情况。试验表明：地震作用下衬砌腰侧的受力明显大于顶部和底部,在进行结构设计时应进行加强;隧道衬砌具有一定的加速度放大效应,衬砌结构的加速度傅里叶谱值主要集中于中低频,在结构临近破坏时,加速度和应变响应值将发生突变;隧道衬砌裂缝发展与结构位置密切相关,地震作用下底部裂缝由内向外发展,腰部裂缝由外向内发展;断层走向与隧道纵向夹角越小,地震对隧道的作用越大,裂缝的发育越明显;隧道的最终破坏形式为管节本身的纵向拉裂缝和管节接缝处的错台组成。该研究成果为穿越断层隧道的相关设计提供参考。     

贵州赤水地区阳三气藏与断层关系探讨

借鉴四川局对二叠系阳新统断层裂缝型气藏的研究成果,结合贵州赤水地区勘探情况分析了断层与地震异常的关系,讨论了旺隆构造东断块高点及高点之南断层。指出了赤水地区地震异常块基本沿断层走向且位于上盘分布,表明与断支裂缝有密切关系;认为旺隆构造北北西向断层对东断块高点之南的油气影响不大,之南的两条逆断层形成的断垒部分对期探天然气较高点有利,提出了三口初步论证的井位。     

断层裂缝定量描述技术在塔中X井区良里塔格组裂缝研究中的应用

断层裂缝定量描述技术(简称VSD技术)是针对构造平缓区致密储层内部与断层相关裂缝定量预测的新方法。将该方法应用于塔中X井区良里塔格组(O3l)的断层裂缝研究中,以过井地震剖面断层构造的VSD计算为例,指出该技术主要包括运用断面脱空原理进行裂缝系统的定性识别和对存在脱空空间的断层构造开展VSD定量计算两部分,后者由构造建模、地层建模、裂缝孔隙度约束及VSD计算4个步骤组成。在过井VSD计算结果得到岩心、钻井、测井资料验证基础之上,对全区断层构造逐一开展VSD计算,得到良里塔格组最大裂缝孔隙度平面分布图,揭示研究区主要发育7个规模较大的裂缝系统,其发育分布与断裂系统紧密相关,但并无一一对应关系。有效裂缝是否发育主要受控于断层作用过程中是否产生断面脱空空间:如果产生,则裂缝系统发育;反之则不发育。     

山东郯城麦坡中更新世地震事件记录

山东郯城麦坡被命名为典型地震活动断层遗址,其最醒目的标志是郯庐断裂带主干断层(F_2)东盘的紫灰色下白垩统逆冲到断层西盘的红棕色第四系之上且界线截然。野外调查和试验分析表明,郯城麦坡第四系于泉组中发育液化砂涌管、液化砂脉、震裂缝充填构造和同沉积断层等地震引发的软沉积物变形构造——地震事件记录。根据软沉积物变形构造的砂质黏土光释光测年分析,推断这些软沉积物变形构造所记录的地震事件属郯庐断裂带主干断层F_2在中更新世晚期发生的强构造与地震活动。这些地震事件记录为研究郯庐断裂带新构造运动与地震活动提供了新资料,也丰富了该地震活动断层遗址的内涵。     

走滑断裂和裂缝发育带的地震地质综合识别——以准噶尔盆地西北缘玛南地区为例

走滑断裂及其伴生的裂缝,是准噶尔盆地西北缘玛南斜坡区三叠系百口泉组储层的重要控制因素,走滑断裂及裂缝的识别与预测对于该地区高产目标的识别有着重要意义。然而走滑断裂垂向断距小甚至无断距,断层识别和组合比较困难;与断裂伴生的裂缝发育与地震资料分辨率不在同一尺度,以地震资料识别和预测裂缝发育带的可靠性受到较多质疑。针对这些问题,采取地震地质综合识别技术,1充分运用构造导向滤波、多尺度边缘检测、方向加权相干、体曲率分析等手段,尽量精确可靠地提取构造变形引起的地震响应特征;2利用走滑断裂的Sylvester剪切模式与断层裂缝相关等地质理论进行地质约束,对地震识别和预测结果进行合理解释和推断,从而较好地解决了这一地区走滑断裂和裂缝发育带的识别与预测问题。     

山前复杂构造须家河组致密储层裂缝发育带综合预测

川西龙门山山前的须家河组气藏为受断层和构造控制的裂缝-岩性气藏,针对这类裂缝性复杂气藏利用基于地质成因的地史时期应力场(应变)分析、沿层构造属性分析和叠前三维地震数据相干体分析等手段进行分析处理可以达到气藏裂缝发育带预测目的.实践表明,虽然在山前复杂构造带利用地震资料研究储层裂缝及其发育带确实有较大的难度,但联合运用基于应力场和断层与构造属性的裂缝综合预测方法,仍然在龙门山前须家河组气藏的应用研究中取得到令人满意的地质效果.     

页岩储层地震尺度断裂系统分析及其石油地质意义 ——以四川盆地长宁地区宁201井区为例

以四川盆地长宁地区宁201井区页岩储层为例,借助三维地震体和其蚂蚁追踪体地震属性开展了构造精细解释,应用有限元层拉平、正交分解主成分分析、自动断层片提取和古应力场反演等技术,并结合已有区域构造地质认识和单井裂缝信息,对地震尺度断裂系统进行了分期与配套,不仅重新厘定了区域构造演化序列,而且实现了区域构造和油藏级别不同尺度裂缝系统之间的有机匹配。分析结果表明:①影响目的层地震尺度断裂系统发育的主要构造活动发生于燕山期—喜马拉雅期,主要包括燕山晚期构造幕的近S—N向挤压作用、喜马拉雅早期构造幕的NNE—SSW向挤压作用以及喜马拉雅中期构造幕的NWW—SEE向挤压作用;②燕山晚期构造幕主要形成近EW向长轴背斜和向斜、近EW向逆冲断层和断层相关裂缝,以及多个方向的褶皱相关裂缝;③喜马拉雅早期构造幕主要形成了成因上相关联的共轭断裂系统,包括走滑断层和剪切裂缝(NNW向和NE向2组)以及横向扩张裂缝;④喜马拉雅中期构造幕主要形成NNE—NE向逆冲断裂和伴生褶皱,以及横向扩张裂缝。研究成果对于页岩气勘探开发区离散型裂缝建模、钻井工程预警,以及完井、开发方案优化等都有着非常重要的石油地质意义。     

山东郯城麦坡中更新世地震事件记录*

山东郯城麦坡被命名为典型地震活动断层遗址,其最醒目的标志是郯庐断裂带主干断层(F₂)东盘的紫灰色下白垩统逆冲到断层西盘的红棕色第四系之上且界线截然。野外调查和试验分析表明,郯城麦坡第四系于泉组中发育液化砂涌管、液化砂脉、震裂缝充填构造和同沉积断层等地震引发的软沉积物变形构造——地震事件记录。根据软沉积物变形构造的砂质黏土光释光测年分析,推断这些软沉积物变形构造所记录的地震事件属郯庐断裂带主干断层F₂在中更新世晚期发生的强构造与地震活动。这些地震事件记录为研究郯庐断裂带新构造运动与地震活动提供了新资料,也丰富了该地震活动断层遗址的内涵。     

大岗山水电站坝肩边坡开挖支护有限元模拟

大岗山水电站坝肩边坡地质条件复杂,断层、岩脉、卸荷裂隙密集带、深部卸荷带及节理裂隙发育。为对该边坡在开挖支护过程中的应力、变形情况进行分析,采用弹黏塑性有限元软件EVP3D,利用弹塑性有限元法进行边坡稳定性的三维有限元计算,揭示边坡可能的失稳部位,对初拟的施工程序的合理性进行评价,并对边坡的支护方案提出建议。     

断层构造对北票矿区煤层气地表泄漏的影响

针对北票矿区台吉井田断层地质分布状况和关井后煤层气由地表泄漏的实际情况,从数值分析角度,利用ANSYS有限元软件,建立三维有限元模型,模拟了不考虑断层构造和考虑断层构造情况下,不同断层组合在开采前后的地应力场和位移场变化规律,得到了开采前后断层剖面应力场和特定水平剖面垂向位移等值线图等模拟结果,及一些有价值的结论。断层构造对开采前后应力场和位移场均有影响,应力场数值模拟得到采空区为原生气源集聚区;断层与采空区交界处的上、下端头位置所受应力最大,导致富集于采空区的煤层气向此处扩散运移,并通过断层中贯通裂隙向地表逸散,断层即是煤层气向地表逸散的重要通道;采空区上方的冒落带、裂隙带和弯曲带是次生气源集聚区。该数值模拟为搞清断层构造对北票矿区煤层气泄漏规律的影响和原生、次生气源集聚位置的确定提供了科学依据,对有效进行煤层气开发利用具有一定指导意义。     

塔中地区构造应力场数值模拟研究

构造应力场研究对于油气运聚分析及储层特征描述具有重要的理论和实际意义。本文根据塔中隆起断裂特征及其演化史,结合钻井资料,选择中下奥陶统碳酸盐岩为主要研究对象,应用大型有限元分析软件ANSYS,在处理断层问题时运用非连续的接触算法,模拟了中奥陶世末、中泥盆世末、三叠纪末、新近纪末的构造应力场,研究了该区不同时期的古应力分布特征。研究表明,最大主压应力受东部车尔臣-星星峡走滑断裂影响显著,在隆起区沿断裂带呈条带状低值分布,在不同时期塔中Ⅰ号断裂带无一例外地位于最大主压应力的最低区,反映了塔中断裂带尤其是塔中Ⅰ号断裂带是油气运移的有利指向区。最小主压应力沿断裂带呈条带状高值分布,在断裂的上盘、断裂走向发生变化和断裂的倾末端是张应力高值区,为张裂缝发育的重要构造部位。最小主压应力和最大剪应力受车尔臣-星星峡走滑断裂的影响明显减弱。     

大型地下洞室复杂地质断层数值模拟分析方法

根据大型地下洞室中复杂断层对围岩稳定的影响,提出了隐含断层单元的数值模拟计算方法。该方法将复杂断层单元隐含在岩体单元中,使得岩体单元的剖分不受断层切割的影响。使用这种隐含的断层单元,不但将受复杂断层切割的大型复杂地下洞室群的有限单元离散简单化,加快分析计算周期,而且能够有效地反映断层对复杂地下洞室围岩稳定的影响。通过对三峡地下厂房复杂断层结构的分析计算,证明该方法为复杂断层结构的分析提供了一种十分有效的计算方法和思路。     

Modelling of coupled fluid‐mechanical problems in fractured geological media using enriched finite elements

Geological environments, such as petroleum reservoirs, normally exhibit physical discontinuities, for example, fractures and faults. Because of the reduced thickness of these discontinuities, finite element formulations with strong discontinuity have been applied to the numerical modelling of geological environments. Until now, two relevant characteristics of petroleum reservoirs have not been addressed by these formulations. The first is the pore pressure jump in the direction normal to a discontinuity in a fluid‐mechanical coupling condition, which is present primarily in sealing faults owing to the contrast of permeability with the porous medium. The absence of this jump can affect the prediction of the deformability of a physical discontinuity. Furthermore, reservoir models frequently use coarse meshes. Thus, the method used to evaluate the pore pressure in the discontinuity may exhibit a strong dependence relative to the mesh refinement. Based on these characteristics, in this study, a formulation of an enriched finite element for application to coupled fluid‐mechanical problems with pre‐existing physical discontinuities saturated by a single fluid is presented. The formulation employs discontinuous interpolation functions and enables the reproduction of jumps of displacement and pore pressure associated with a discontinuity inside the element without the need to discretise it. An approximation to estimate the pore pressure in the discontinuity was developed, one which seeks to minimise the influence of refinement. The element's response is verified by comparison with a one‐dimensional analytical solution and simple examples that are simulated using commercial software. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

清江隔河岩重力拱坝坝体与复杂地基相互作用的三维有限元分析

本文介绍了建在复杂地基上的清江隔河岩重力拱坝的三维有限元分析。计算模型考虑了坝基岩体岩层的倾斜错位,三条大断层与二个沿层面方向的软弱夹层等复杂的地质因素。计算了静水压力、坝自重、扬压力及温度应力等荷载,其中包括地基三维渗流场和温度变化场的计算。坝体结构复杂且呈左右不对称状。计算模型所涉范围约 1400X900X600m~3。有限元网格包括各类单元1845个,节点总数达3280个。采用超松弛迭代法求解。分析中应用了三线透视图象和后处理软件系统。此项计算规模巨大、处理问题复杂的三维有限元的各项计算分析结果均为合理。为设计单位提供了重要依据,对于正在建设中的隔河岩大坝具有重要的实用意义。     

The Analysis of Three Dimensional FEM for Interaction of the Gravity-arch Dam and Complex Ground at Geheyan,Qingjiang River

This paper introduces the analysis of three dimensional finite element method for the gravity-arch dam building on the complex ground. The foundation rock of dip and strain-slip, three faults, two weak intercalations and etc. arc considered in this calculation model. Water static pressure, gravity of dam, uplift, temperature stress and so on are computed, including three dimensional osmotic and temperature fields in the foundation. The range of calculation model is about 1400×900×600m2 . There are 1845 elements of all kinds, 3280 nodes in the network of finite element. The superlax iterative method is used to solve, and three dimensional perspective and software of after treatment are applied in analyses. The dimension of this computation is large, various results of treating complex problems are reasonable. The important basis has applied to designing unit. The computation is important practical significance for Geheyan Dam which is being built.     

受断裂面性质控制的构造位移场的数学模拟

地质体有着十分复杂的结构和构造,因此,如何掌握地质体中各点的位移规律和应力分布规律,对工程地质研究,预测矿山边坡稳定性和地下工程稳定性,地震预测和预报以及地质构造形变的规律都是十分重要的。     

湘东南茶陵地区地质体断层、钨锡异常与控矿因素探讨

湘东南茶陵地区邓阜仙、锡田等岩体及其围岩、盖层等地质体内存在着复杂的断层构造,岩体及白垩系内部元素组合地球化学异常也显示出复杂样式。主要通过野外调查验证、断层分级、异常对比等方法,探讨了这些地质体内异常与复杂断层的关系模型,获得钨锡元素分布规律。结果显示：(1)老山坳一级断层附近的岩体中发育北东向延伸的二级断层,它们形成于统一构造体制下;二级断层之间也发育有三级剪裂隙,两者组成了里德尔剪切系。(2)岩体内部,北东向二级断层和三级断层交叉部位常发育显著钨锡异常。(3)白垩系内部,钨锡异常总体受到北东向二级断层和第四系控制作用。(4)围岩异常区受到接触带控制。化探异常与断层的关系模型,常能揭示出花岗岩地区的成矿穹隆,可用作一种深部找矿的依据。     

西藏地堡那木岗矿区水系沉积物地球化学特征及找矿预测

利用SPSS等软件对矿区1：5万水系沉积物地球化学数据分析,选用平均值±3倍标准差（X±3S）作为上下限反复剔除原始数据的特值,使元素含量服从正态分布.最后以X+2S作为异常下限（T）,以1T、2T、4T三级浓度分带,圈定Cu、Au、Ag、Mo单元素异常和Au-Ag-Mo综合元素异常,揭示矿区内水系沉积物地球化学异常特征.将异常区与矿区地质特征、矿床（点）套合分析,表明异常受地层、断裂、围岩蚀变控制,对寻找矿（化）体、断层、围岩蚀变带有指示作用.最终,优选2处远景区,分别为3号综合异常区中心北北西方向至北东向断裂附近,1号、2号综合异常区及其东侧组成一个走向为东西向的异常带.