地震断层力学的多尺度问题

大量观察和研究结果证明,大陆浅源构造地震是由上地壳岩石的突发性剪切运动造成的,这种固体脆性破坏一般是在区域构造应力作用下沿原有断层面的快速滑动和破裂扩展,可称为地震断层作用(earthquake faulting),它的机制主要是固体力学过程,即岩石空间位置的变动。很多地震研究,如地震构造、地震机制、地震前兆等,都涉及地震断层力学问题,也是构造地质学的一个前沿研究领域。     

岩石材料内部特征尺度对裂纹扩展机制的影响

为考察岩石材料细观结构特征对于裂纹扩展机制的影响,首先借助偏光显微镜和SEM观测了3类岩石材料中材料内部组织结构,分析了各自非均质程度和晶粒大小关系。之后,对3类岩石的带I型初始裂纹的3点弯曲试样进行了落重冲击试验,同时采用高速摄影获得了不同裂纹速度下的裂纹扩展形态。将这些结果对照分析,研究了3类岩石中裂纹扩展过程与各自材料组织结构的非均质程度和晶粒大小的关系,得出初步结论：组织结构内部特征尺度越大,动态裂纹所能达到的终极速度就相对越小。反之亦然。     

鄂尔多斯盆地华庆地区天然裂缝与岩石力学层演化:基于数值模拟的定量分析

岩石力学层控制天然裂缝发育程度与成因机制,同样地,裂缝发育也会影响岩石力学参数的大小与各向异性.受成岩与构造作用的双重影响,岩石力学层会发生迁移,因此,控制裂缝发育的岩石力学层及适用于预测天然裂缝分布的岩石力学层可能不再存在.本文提出了一种采用储层地质力学方法分析构造因素控制下的岩石力学层迁移规律模拟方法 .通过野外观测建立三维裂缝离散网络模型,采用岩石力学实验测量岩石与裂缝面的力学参数,编制三循环法模拟程序研究不同尺寸、不同方位的裂缝性岩体等效力学参数,提出了裂缝性储层地质力学建模最优网格单元大小确定方法,并建立了裂缝参数与岩体力学参数间的数学模型.最后,通过不同时期古应力场数值模拟,预测裂缝的密度、产状,实现了构造因素控制下岩石力学层迁移规律数值模拟.结合鄂尔多斯盆地西缘裂缝组合样式及后期应力场模拟的精度要求,确定地质力学建模最优网格单元大小为28 m;在地质力学建模中,过小的网格单元尺度不能完整刻画单元内的裂缝发育模式.从燕山期至喜马拉雅期到现今,伴随着天然裂缝的发育,岩体杨氏模量总体呈下降趋势,泊松比增大,并且岩石杨氏模量与泊松比间的空间差异性逐渐减小.     

考虑页岩纹层与裂缝网络的延长组页岩多尺度三维地质结构模型

现场调查表明,砂质纹层、凝灰质纹层和天然裂缝广泛地存在于陆相页岩储层中。本文对鄂尔多斯盆地页岩储层中的纹层和天然裂缝进行了多尺度研究,并构建了三维地质结构模型。首先,基于二维裂缝现场调查,利用蒙特卡罗模拟方法建立了研究区域的三维裂缝网络模型。然后通过多种观测手段获得由宏观尺度到微观尺度的纹层结构特征。对多尺度纹层厚度的统计分析表明,米级、分米级、厘米级、毫米级和10微米级等不同研究尺度下的纹层平均厚度分别为2.26 m,2.09 dm,1.70 cm,1.48 mm和11.7 μm,呈现出分形特征,分形维数为1.06;不同研究尺度下的单层厚度均服从负指数分布规律,即各研究尺度下厚度越大的纹层,其层数越少,反之越薄的纹层其数量越多。最后,根据上述纹层平均厚度及概率分布函数特征,建立了页岩的多尺度纹层结构模型,并将其叠加在裂缝网络模型上,生成不同尺度下的页岩三维地质结构模型。模型输出的裂缝、纹层参数与研究区域的真实地质参数有着较好的对比验证。这项研究工作可为页岩气储层的水力压裂数值模拟和物理模型试验提供更可靠的地质模型。     

川渝湘鄂薄皮构造带多层拆离滑脱系的岩石力学性质及其对构造变形样式的控制

川渝湘鄂多层拆离推覆构造发育于秦岭-大别造山带、雪峰山厚皮构造带与四川盆地之间。这个薄皮构造带是在晚中生代沿一系列岩石薄弱层从南东向北西多层拆离滑脱构造作用下形成的,然而单纯的地表构造地质调查无法揭示各滑脱层是如何控制区内褶皱-断层关系的。因此,对拆离滑脱层进行识别是认识区内构造样式及其成因机制的关键。利用单轴岩石力学实验方法,对取自区内沿达县-大庸地质剖面不同岩性地层组合的样品进行岩石力学分析,并结合前人在区内已经获得的数据,结果表明区内至少发育5个可能的区域性拆离滑脱层。这些滑脱层主要由泥质岩、粉砂岩和泥质灰岩组成的,分别沿下寒武统牛碲塘组(Det I)、下志留统罗惹坪组和龙马溪组 (Det II)、下二叠统栖霞组(Det III)、下三叠统大冶组(Det IV)和中三叠统巴东组 (Det V)发育。野外调查表明,Det I控制了深部构造层次的断弯褶皱和叠瓦扇, Det II 可能控制了中部构造层次的断展褶皱和拆离褶皱,Det III则可能与Det IV和Det V一起,共同控制了上部构造层次的侏罗山式褶皱。     

吐哈盆地西南缘层间氧化带矿物、岩石地球化学分带及对铀矿的控制作用

吐哈盆地西南缘层间氧化带具有明显的分带性,按照矿物组合特征和地球化学特征可划分为氧化带、氧化还原过渡带和还原带,其中氧化带又可划分为完全氧化亚带和不完全氧化亚带,各带岩石中的矿物组合特点和岩石地球化学特征不同,特征元素U、Th、∑S、C有机、Se、Mo、Re、CaO、CO2含量具有明显的分布规律。铀矿体严格受氧化还原过渡带控制,主要分布在氧化还原过渡带(铀矿石带)和不完全氧化亚带中,呈不规则卷状、板状和透镜状。