岩石变形、流体压力与热液成矿关系的研究现状

地壳中岩石的变形模式受构造应力、流体压力和上覆岩层重力共同作用的影响。岩石组成和构造应力的大小、方向决定着岩石的变形过程,同时岩石的破裂还受先存断裂构造的影响。流体压力增大,岩石可以发生水力破裂,而引起水力引张破裂的条件是σ1-σ3<4T和Pf=σ3+T。随着深度的增加,受地温梯度的影响,岩石由脆性变形向韧性变形转变。在无流体超压影响的情况下,脆韧性转换的温度在300~450℃之间,大约在地壳15km处。当流体压力和应变速率增大时,韧性条件下的岩石变形行为由韧性向脆性变化,脆韧性转变的深度随之增大。从构造角度探讨热液成矿作用,热液矿床形成的深度与流体压力、应变速率、裂隙的发育、介质的渗透率、温度变化等相关。岩石断裂的类型和方向影响岩石的渗透率,提供流体运移的通道和聚集场所,控制矿床形成的深度、位置和矿体产状。     

韧性剪切带向剪破裂的转化与成岩成矿作用

岩石应力-应变实验表明,在中等载荷(等于或大于岩石蠕变极限)作用下,岩石蠕变最终可导致破裂;三轴差应力实验后的试件中,多见极小的韧性剪切带中存在剪破裂;研究发现,糜棱岩并不一定有利于后来断层的叠加,然而二者共存一处的现象却十分普遍;牵引褶皱和剪切断层的应变速率差别极大,只能先牵后断。由此可见,韧性剪切带在同一构造层次情况下,可在变形较强的部位产生剪破裂;此时温度较高和压力骤降,导致部分熔融和流体卸载,这一转化过程产生的温度、压力和流体浓度等梯度变化,促使流体(物质)运移与富集导致成岩成矿。这一认识对解释动力成岩成矿、断层双层结构模式等诸多问题有重要意义。      

韧性剪切作用动力学及控矿作用研究进展

韧性剪切作用动力学主要是变形宏观,微观及超微构造进行分析,研究变形机制和环境（温度,压力,深度等）差异流动应力大小,应变速率,古应力方位,剪切构造动力学演化及其对金矿的控制作用等。韧性剪切成矿与控矿作用动力这主要表现对在成矿流体的形成与运移,金的活化与搬运,金的沉淀富集等产生重要影响。     

准南逆冲褶皱带超压与逆冲断层持续活动

天山北缘准南地区的褶皱带为自新生代以来一直持续活动的逆冲构造带,由于逆冲断层的持续活动,形成了现今断层和相关褶皱。钻井资料显示,准南逆冲褶皱带内的超压层主要发育在古近纪安集海河组泥岩和紫泥泉子组泥岩之中,而该泥岩同时又成为逆冲断层发育的主滑脱面。通过多年来对准南地区地面地质调查、二维地震和三维地震资料的解释以及钻井证实,我们统计出准南逆冲褶皱带现存的逆冲断层倾角分别集中在两个区间: 30±5°和50±5°区间。应力分析表明,在持续挤压应力作用下,超压层(泥岩、页岩和煤系地层)中和超压层之下地层中发育的早期逆冲断层与晚期最大主压应力之间的夹角处在30±5°之间时,作用在断层面上的最大主应力与最小主应力比达到最小值,因此该断层最容易再次活动,形成最大的流体压力,因而断层周围的流体就会沿着最大主应力方向发生流动,断层本身就会成为流体运移的主要通道; 而早期逆冲断层与晚期最大主压应力之间的夹角处在50±5°之间时,作用在断层面上的最大主应力与最小主应力比较大,断层重新活动所需要的流体压力较高,导致断层作为流体运移的通道因被挤压而闭合。应力分析和钻井实测应力均指出,准南逆冲褶皱带发育的超压为挤压构造应力形成的超压。这些研究表明,准南逆冲褶皱带的逆冲断层持续活动,导致早期发育的断层在晚期应力作用下,断层倾角聚集在两个优势区间,油气沿最大主压应力方向运移,聚集油气则沿断层滑动面发育形成构造超压,导致该区域油气长期处于运移与聚集的动平衡状态。     

滑脱断层带内流体与岩石相互作用的构造样式

北美科迪勘拉地区变质核部杂岩体和相关的滑脱断层表现为缓倾斜、正向位移型剪切带(滑脱断层带),热的深层地壳沿着滑脱断层带从脆性扩张的上盘岩板下面上和向外运移。滑脱断层带由韧性向脆性演化期间形成的构造,可以用来恢复剪切带内不同层次的流体压力和差应力的相对大小。发生在脆韧性过渡带以下滑脱断层更深地段的糜棱岩化作用,局部地伴随有指示低的偏应力和商的流体压力的张性破裂。这种状态说明最早期是脆性变形,然后由于流体压力的降低和偏应力的升高而形成了剪性破裂。在低的流体压力条件下,上盘岩扳岩石广泛发育脆性变形。构造和地球化学资料说明,滑脱断层带上的正向位移导致了两套流体系统的形式:(1)以近静水压力下大气的和同生的流体占优势,并通过热对流驱动的上盘岩板系统,(2)剪切带更深层次内的系统,此处流体主要来自岩浆源,而流体迁移服从扩容泵机制。滑脱断层带上正向位移的晚期,在构造上使受两套流体系统影响的岩石同时存在,并局部地使剪切带岩石经受与上盘岩扳流体系统相关的矿化作用的影响。     

活动断层的构造地球化学研究现状

活动断层在形成演化过程中经常伴随很多复杂的构造地球化学作用,并导致诸如应力矿物的生长、断层泥矿物颗粒表面微形貌的形成、气体同位素异常等地质现象的出现,它们都可以用来判识活动断层的活动性、启闭性以及断裂带的三维展布状况,尤其是断裂带的深度等问题.因此,有关活动断裂带的断层泥、流体地球化学以及相关的水一岩相互作用等问题一直吸引众多科学家的密切关注,并在许多领域取得了丰硕的成果.但是,由于构造地质作用的极端复杂性,构造地球化学研究也仍然存在一些需要深入探究的科学问题.     

断层带中假玄武玻璃成因机制及非稳态流变意义

假玄武玻璃呈玻璃质或隐晶质特性,常常与断层带相伴出现,其形成能有效地降低断层摩擦强度,被认为是古地震快速滑动的化石纪录。因此,对假玄武玻璃的研究对深入了解深部就位的断层变形和地震成因机制等具有重要意义。尽管国内外学者对假玄武玻璃开展了长期的研究,也积累了丰富的资料,然而,由于天然假玄武玻璃非常少见或零星地被报道,再加上其形成环境和过程的复杂性,对假玄武玻璃的构造特征、形成环境和成因机制仍然存在诸多争议及亟待解决的关键科学问题。研究表明,假玄武玻璃可以发育在大陆岩石圈不同深度范围内,即中下地壳乃至上地幔以糜棱岩为主的韧性变形领域（>60 km）,或中上地壳层次以碎裂岩为主的脆性变形域（<12 km）。越来越多证据也显示出在断层带的脆—韧性转换域中形成的假玄武玻璃跟浅源地震活动直接关联,也意味着中上地壳脆性变形和中下地壳塑性变形之间存在着更为复杂的耦合关联,同时对不同深部岩石强度和力学行为提出了挑战。对假玄武玻璃形成机制存在由断层面上的摩擦热导致的摩擦熔融体或仅仅是断层面岩石超碎裂粉碎作用认识的争议。而有研究认为干的环境有利于假玄武玻璃形成,因为流体的存在会降低断层面的有效正应力,不利于热量的积累以及摩擦熔融的进行;然而,另外一种观点认为流体的存在可以降低矿物熔融温度有利于断层摩擦熔融及形成假玄武玻璃。本文从假玄武玻璃的形成机制、形成深度、流体影响、形成后对断层强度的影响、以及保存与破坏机制几方面进行了最新总结,并对假玄武玻璃中非晶态物质的成因、脆—韧性转换带之下岩石的变形机制以及对陆壳强度的影响和非稳态流变意义进行探讨。     

广西凌云-凤山"6·28"震群: 岩溶发育区流体触发断层浅层活动机理

2010年6月28日, 广西凌云-凤山地区在特大强降雨活动之后发生密集的浅源低震级地震活动, 造成严重经济损失.该震群活动是否与强降雨有关, 强降雨是否可以触发震群活动, 仍存在争议.基于该地区地震构造背景, 对震群的活动特征、震源机制解及其与断裂构造的关系进行了分析, 并建立了断层内流体孔隙压力触发断层滑动的力学模型.该浅层震群活动的发生时间、震中位置和活动频次均与特大强降雨具有密切的相关性.认为岩溶地区长期干旱和地下水缺乏有利于地壳浅层的应力积累.地表流体很难通过下渗扩散触发断层的完全解锁和深部滑动, 但岩溶裂隙和管道有利于地表流体快速汇聚下渗, 引起断层浅层强度的弱化, 导致断层部分解锁滑动.并在断层附近形成局部应力场异常和离散的封闭性超压流体, 触发密集的浅层低震级震群活动.      

底辟区构造分析及热流体运移模拟——以莺歌海盆地DF1-1为例

在DF11浅层所发现的与底辟有关的含气构造中 ,天然气的运聚、分布与底辟区的断裂系统和超压 (热 )流体的活动有着密切的联系 ,超压流体的活动不仅为油气的运聚提供了驱动力 ,而且其产生的断裂系统为油气的运移提供了输导路径。文中在分析底辟构造特征的基础上 ,依据连续介质理论 ,采用有限元计算法 ,将固体应力场与流体压力场有机地结合起来 ,对DF11底辟区流体的驱移作用进行模拟。结果显示 :底辟作用引起的应力场决定了底辟区油气沿主要断裂系走向运移的总趋势 ,以底辟体的两侧向其中心运移、自底辟体向上运移为主。热应力控制局部应力场状况及油气运移方向 ,并合理地解释了油气从温度较高的地区向周围温度较低的地区运移的事实 ,其影响力的大小取决于温度应力与构造应力之间的比值     

利用磷灰石裂变径迹对断层摩擦生热探测或测量的初步探讨

以青藏高原东北缘断裂带为研究对像,对利用磷灰石裂变径迹热年代学对地震断层滑动摩擦生热的探测或测量进行了初步探讨。其基本思路是利用磷灰石裂变径迹热年代计的热敏感,通过对横跨断层垂直方向断层岩和围岩的磷灰石裂变径迹年龄及围限径迹长度分布的对比分析,对断层滑动摩擦生热进行探测。本次研究对来自3个断层剖面的13个样品进行了磷灰石裂变径迹分析,样品包括断层主滑动面上的断层泥、碎裂岩和断层围岩,分析结果并没有获得断层摩擦生热的证据,表明这些断层在地震滑动过程中的摩擦增温非常有限,没有达到磷灰石裂变径迹热年代计体系可加载热信息的温度－时间要求。结合前人已有的相关研究,对利用磷灰石裂变径迹热年代学对地震断层滑动摩擦生热进行探测或测量存在的主要问题及可行性进行了初步总结和探讨,认为只适应于对震级大、断层滑动距离和速率大,摩擦强度强,位于一定深度有大量摩擦热生成,并使断层附近增温达到或超过磷灰石裂变径迹部分或完全退火温度的断层进行滑动摩擦生热的探测或测量,将是一种潜在的能对地震断层滑动摩擦生热或增温进行测量的“热量计或温度计”。     

塔里木盆地北部地区主要断裂带构造应力场与油气运移

塔里木盆地北部地区的断裂构造对油气的形成、运移、储集和保存具有极为重要的控制作用。大型多期活动断裂控制了大型隆起和拗陷的形成、发展和演化,是各时期油源纵向运移的良好通道;小型或次级断裂以及由断裂产生的节理、裂隙等,可改善储层的性能,是该区各种储油构造形成的主要构造条件。
笔者认为,油气的运移和聚集最主要的条件是构造应力驱动。为了将断裂构造活动的构造应力场与油气运移的物质场结合起来,建立了构造应力驱动与岩内流体运动的理论方程,这个方程反映了构造应力、流体内压和运移势之间的微分关系。
笔者对该区已知油田不同类型断裂机制的储油构造型式、油气富集条件及部位进行了理论分析和模拟计算,进而对主要构造区块选择典型剖面模拟计算运移势状态,并与已知油田进行类比,找出油气运移和储集的有利地区,为塔北地区油田勘探提出了预测意见。      

Compressive Tectonics around Tibetan Plateau Edges

Various earthquake fault types, mechanism solutions, stress field, and other geophysical data were analyzed for study on the crust movement in the Tibetan plateau and its tectonic implications. The results show that numbers of thrust fault and strike-slip fault type earthquakes with strong compressive stress near NNE-SSW direction occurred in the edges around the plateau except the eastern boundary. Some normal faulting type earthquakes concentrate in the Central Tibetan plateau. The strikes of fault planes of thrust and strike-slip faulting earthquakes are almost in the E-W direction based on the analyses of the Wulff stereonet diagrams of fault plane solutions. This implies that the dislocation slip vectors of the thrust and strike-slip faulting type events have quite great components in the N-S direction. The compression motion mainly probably plays the tectonic active regime around the plateau edges. The compressive stress in N-S or NE-SW directions predominates earthquake occurrence in the thrust and strike-slip faulting event region around the plateau. The compressive motion around the Tibetan plateau edge is attributable to the northward motion of the Indian subcontinent plate. The northward motion of the Tibetan plateau shortened in the N-S direction encounters probably strong obstructions at the western and northern margins.     

构造动力在油气形成中的作用

构造动力在油气形成中的作用表现为：一方面，可为有机质的热演化和转化过程提供能量，从而促进有机质向烃类的转化。另一方面，也是油气运移、聚集的驱动力。研究油气形成的构造动力学具有重要意义     

COMPLEXITY AND CHAOTIC DYNAMICS OF ROCK FAULTING

Fault is a complex dynamic system controlled by the coupling of rock texture, reaction, fluid flow, stress, and rock deformation mechanism. A coupled reaction-transport- mechanical dynamic model for fault system is established and described in this paper. An example is presented for the Shuikoushan deposit, Hunan. The results of dynamic simulation indicate that the evolution and magnitude of fracture permeability of different rocks are different, and that faulting can enhance the spatial heterogeneity of rock permeability and facilitate fluid flow and mineralization in local fault zone. The pressure for a fault usually shows a variation mode of aperiodic oscillation with time, which reflects the chaotic behavior of the evolution of a fault.     

石槽矿区不同力学性质结构面中岩浆岩的某些变异问题探讨

本文首先研究了一中酸性杂岩体在不同的构造环境中,在不同力学性质结构面中的侵位特征,进而,侧重分析了处在不同力学性质结构面中的同一岩浆岩石在结构、构造、矿物组成、岩石化学成分及矿物稳定性等方面的变异特征。在考虑差应力作用之外探讨了这种构造岩浆岩相的力学原因,即是由于构造应力所产生的附加静水压叠加在这一深度上的静水压(围压)上,使得不同力学性质结构面中产生不同的局部总静水压而造成的。     

构造差应力与构造附加静水压力关系研究

构造差应力究竟能够产生多大的附加静水压力在地学界一直有很大争议。本文通过大别山东端郯庐韧性剪切带中糜棱岩的构造差应力测量和同构造新生白云母的电子探针分析,对这一科学问题进行了初步探讨。对该断裂带12个糜棱岩样品进行了20次构造差应力测量,获得了114.6~149.6MPa的差应力值;对同构造新生白云母的电子探针分析获得岩石的形成时的围压为291.7~531.3MPa。通过构造差应力与岩石围压的对比分析,笔者认为岩石中的“构造超压”并不完全是构造差应力产生的附加静水压力造成的,还应包括了岩石中流体压力的贡献。在中-上地壳,附加静水压力主要由流体压力构成;而在下地壳和岩石圈深部,岩石的构造超压主要来自于由构造差应力产生的附加静水压力。但由于岩石圈深部构造差应力的急剧减小,产生的构造附加静水压力对围岩的贡献量极小,并不能使超高压岩石的形成深度明显变浅。     

库车坳陷东部异常流体压力特征及其对构造变形的控制

为探究库车坳陷东部异常流体压力特征及其对构造变形的影响,在研究区25口井的钻井、完井及测井资料基础上,利用“等效深度法”计算出泥岩段流体压力,并结合实测流体压力对其进行校正,从而刻画出该地区依奇克里克构造带、秋里塔格构造带以及阳霞凹陷超压发育特征,在此基础上拟合流体压力随深度的变化规律,估算出在依奇克里克构造带以及秋里塔格构造带基底滑脱层有效摩擦系数为0.138∽0.238;通过解释过井的地震剖面,运用构造楔相关理论计算出基底滑脱层强度F = 0.103 4∽0.172 9,将其与利用基底滑脱层流体压力比计算出来的有效摩擦系数进行比较,发现两者之间存在比较好的吻合性,以此证明估算基底滑脱层有效摩擦系数的可信度;计算出若研究区不发育流体超压,则基底滑脱层有效摩擦系数应为0.342∽0.485,说明研究区广泛发育的流体超压有效降低了原基底滑脱层有效摩擦系数的59.1%∽69.8%,意味着在研究区沿基底滑脱层发生剪切作用所需要的构造应力大幅度减小。     

利用微裂隙内流体包裹体面研究构造运动——以苏北盆地富民、花庄油田为例

流体包裹体面（FIP）研究是当前的热点研究对象之一,已经取得了较为丰硕的成果,但利用FIP研究构造运动的文献为数不多。以苏北盆地富民、花庄油田为例,利用FIP研究了该油田的构造活动。结果表明：研究区至少经历了4次主要构造运动,主要发育3种类型的FIP。结合构造演化史、埋藏史及热史,确定了构造运动与油气成藏的时间与期次。     

Normal Faulting Type Earthquake Activities in the Tibetan Plateau and Its Tectonic Implication

Abstract: This paper analyzes various earthquake fault types, mechanism solutions, stress field as well as other geophysical data to study the crust movement in the Tibetan plateau and its tectonic implications. The results show that a lot of normal faulting type earthquakes concentrate in the central Tibetan plateau. Many of them are nearly perfect normal fault events. The strikes of the fault planes of the normal faulting earthquakes are almost in the N-S direction based on the analyses of the equal area projection diagrams of fault plane solutions. It implies that the dislocation slip vectors of the normal faulting type events have quite great components in the E-W direction. The extension is probably an eastward extensional motion, mainly a tectonic active regime in the altitudes of the plateau. The tensional stress in the E-W or WNW-ESE direction predominates the earthquake occurrence in the normal event region of the central plateau. A number of thrust fault and strike-slip fault type earthquakes with strong compressive stress nearly in the NNE-SSW direction occurred on the edges of the plateau. The eastward extensional motion in the Tibetan plateau is attributable to the eastward movement of materials in the upper mantle based on seismo-tomographic results. The eastward extensional motion in the Tibetan plateau may be related to the eastward extrusion of hotter mantle materials beneath the east boundary of the plateau. The northward motion of the Tibetan plateau shortened in the N-S direction probably encounters strong obstructions at the western and northern margins. Extensional motions from the relaxation of the topography and/or gravitational collapse in the altitudes of the plateau occur hardly in the N-S direction. The obstruction for the plateau to move eastward is rather weak.     

渤海中部郯庐断裂带的近期活动与渤海新近纪新生断裂

渤海中部的郯庐断裂带在平面上表现为不连续的几条北北东走向断层,地震反射剖面和钻探资料显示断层两侧沉积厚度的巨大差异,表明新近纪以来它们是在沉降运动背景下活动的具有大幅度倾滑位移的正断层,构成渤海盆地内凹陷与凸起的边界。这些断层在剖面上有一定弯曲和倾斜,向下延伸深度不超过10~12km。在此深度以上的地壳浅部,没有水平方向位移以及其它直接变形证据表明郯庐断裂带有走滑运动分量。从地震机制解得到的走滑断层运动反映渤海地区地壳深部的变形及相应的构造应力状态,与浅部残留的伸展构造应力同时存在。根据断裂力学分析,认为中新世末以来渤海浅层新近系内出现的大量近东西向小断裂可能是现代构造应力场作用的结果,与郯庐断裂带或其它基底老断裂没有继承性或派生的成因关系。