非弹性应变恢复法三维地应力测量——汶川地震科学钻孔中的应用

随着地球动力学和深部能源开发利用等研究工作的不断深入,深部应力状态的研究越来越重要,但目前尚没有即经济又简便完善的深部三维地应力测量方法.基于岩芯的非弹性应变恢复法是近年来发展起来的深部三维应力测量方法.汶川5·12地震后,中国大陆首次将该方法应用于科学钻孔的地应力测量.本文详细介绍了这一方法现场测量岩芯非弹性恢复应变的基本流程,并对此法测量的岩芯首次开展了岩石非弹性应变恢复柔量的实验研究,将现场非弹性应变测量与室内非弹性应变恢复柔量实验相结合,确定汶川地震科学钻一号孔(WFSD-1)1173 m处最大主应力方向为NW64°,实测得到岩石的剪切与体积模式非弹性应变恢复柔量的比值为2.9,计算得到最大、中间和最小主应力分别为43,28和25 MPa.结合龙门山地区其他方法的地应力测量结果,表明龙门山断裂带从NE到SW现今最大主应力作用方向表现为由EW→NEE→NWW的变化规律,龙门山断裂带现今地应力作用方向的分段性特征与5·12汶川地震时龙门山断裂带西南段逆冲为主,东北段走滑为主的运动特点相吻合,研究结果对于认识汶川地震的动力学机制具有一定参考价值.     

中国大陆科学钻探主孔钻孔崩落与现场应力状态的确定

中国大陆科学钻探主钻孔在1200m深度以下出现了钻孔崩落现象,我们在1200m至2015m的范围内采集了82个钻孔成像测井图象资料。对钻孔崩落长轴方位进行了方向统计,结果表明近似对称的崩落平均方位为324.8°±3.3°,对应的平均最大水平主应力方位为54.8°±3.3°。利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度)以及岩石力学实验确定的岩石内聚力和摩擦系数,计算了1269m、1500m、2000m等16个深度上的最大和最小水平主应力的大小。根据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力。三个主应力的大小和方向反映出主钻孔位置的应力场处于走滑应力状态,与地震震源机制解得到的走滑应力场一致。     

青藏高原的构造分区及其边界的变形构造特征

宏观构造特征的确立对青藏高原隆升和“动力学建模”具有重要意义。青藏高原是由来自塔里木-中朝板块的北昆仑-阿尔金-祁连地体,华南-东南亚板块的南昆仑地体、可可西里-巴颜喀拉地体和冈瓦纳古陆的羌塘地体、冈底斯地体及喜马拉雅地体等3大板块(或古陆)的6个地体经多次裂解、会聚和陆内俯冲作用拼合而成的巨型“会聚-陆内俯冲型”岩石圈块体,它以青藏高原南缘结合带、青藏高原北缘结合带和青藏高原东缘结合带依次与印度岩石圈块体、塔里木-阿拉善-鄂尔多斯岩石圈块体和扬子岩石圈块体相隔。按现今动力学特征,这一巨型岩石圈块体(一级构造单元)又可进一步划分为喜马拉雅、藏北、青南和昆仑-阿尔金-祁连等4个二级构造单元(地块),它们依次以雅鲁藏布江结合带、西金乌拉-金沙江结合带、中昆仑结合带为界。4个地块又可进一步划分为若干以断裂为界的三级构造单元(地体)。组成青藏岩石圈块体的各构造单元处于统一的地球动力学系统,它总的表现为:在印度板块向欧亚板块持续、强烈俯冲和热的、具柔性流变学特征的青藏块体整体向北北东方向移动的区域构造背景上,其南、北两侧的喜马拉雅地块、昆仑-阿尔金-祁连地块分别向冷的、刚性的印度岩石圈块体和塔里木- 阿拉善-鄂尔多斯岩石圈块体不对称逆冲叠覆。位于青藏高原腹部的藏北地块和青南地块,在深部存在大量低速体向上涌动和整体自西向东扩展的区域构造背景上,前者叠置近南北向挤压,形成以南北向断陷带及北西和北东向共轭走滑为主的构造格局,而青南地块除松潘-甘孜地体显示自北而南的逆冲叠覆外,可可西里-巴颜喀拉地体以逐一向东挤出的左行走滑作用为主,以致整个青南地块呈现向扬子岩石圈块体逆冲扩展和向三江构造带平移扩展。因此,就现今动力学而言,青藏高原在随着时间推移、隆升速度不断加快的同时,还逐渐向外缘的刚性地块扩展,即高原面积在不断增大。因此青藏高原的边界具有扩展性质,按扩展机制可区分两类扩展型动力边界:走滑型扩展边界和逆冲型扩展边界。典型的走滑型扩展边界位于青藏高原北缘的阿尔金山和青藏高原东缘的三江地区,青藏高原南缘的动力边界属典型的逆冲型扩展边界,而位于祁连山和龙门山的动力边界兼有逆冲和走滑双重扩展性质。     

塔里木盆地新元古代裂陷群结构构造及其形成动力学

塔里木盆地新元古界的构造属性及结构构造长期以来存在争议,也是深层研究的重点及难题.通过区域探井和地震资料联合解释,结合航磁资料综合研究发现,塔里木盆地深层存在近20个大小不等的南华纪-晚震旦世裂陷.裂陷发育在前寒武纪变质结晶基底上,与上覆显生宙盖层构造格局迥异.受正断层控制呈半地堑、不对称地堑及垒堑相间的构造样式,从东北到西南可分为NWW、NEE、NW向展布的三个裂陷群,地层最大厚度可达4100m.从南华纪到震旦纪主要断裂继承性活动,断陷沉降中心沿断裂向东迁移,震旦纪末期至早寒武世断裂活动减弱至停止.断裂走向及沉降中心展布表明,新元古代塔里木陆块不同部位分别处于NNE-SSW、NNW-SSE向拉张古应力场(相对现今),并伴有顺时针旋扭作用.根据同沉积断裂的活动性差异、岩浆活动、裂陷充填沉积物及与航磁异常的协调性分析,裂陷的构造属性多以大陆裂谷及陆内断陷为主.裂陷的主要发育期在0.8～0.61Ga,其形成与南阿尔金-西昆仑洋、南天山洋的初始打开为响应,且是Rodinia超大陆主要裂解期的产物.     

青藏高原北缘重力场特征与深部地壳构造

以老茫崖—阿尔干和格尔木—额济纳旗 2条 1∶5 0万实测重力剖面数据为基础 ,研究了青藏高原北缘的重力场特征 ,划分了 5个地质构造单元 ,计算并分析了研究区Airry均衡异常 ,推测阿尔金断裂带和北祁连断裂带为青藏高原北缘的动力边界。     

西藏和云南三江地区特提斯洋盆演化历史的古地磁分析

通过对华南、思茅、保山、缅泰、印支、羌塘、拉萨和喜马拉雅地块进行了古纬度和纬度运移量的对比分析,以确定西藏和云南西部三江地区主要地块的碰撞拼合历史,以及相应的特提斯洋盆演化时限。结果表明:①分隔保山和思茅地块的古特提斯洋可能于早志留世张开;②保山与思茅地块于晚二叠世碰撞,然后继续和华南地块、缅泰地块一起向北漂移,直到晚三叠世;③古特提斯洋年龄范围在早志留世至晚二叠世之间;④中特提斯洋年龄范围在早二叠世至早白垩世之间,在晚三叠世达到其最大纬度宽度,约42°;⑤雅鲁藏布江缝合带所代表的新特提斯洋于晚三叠世张开。     

柴达木地块新生代古地磁新数据及其构造意义

5个新的古地磁数据结合已发表的成果反映了柴达木地块晚第三纪以来的旋转运动特征。东西部旋转运动的差异性反映了不同地区应力场方向变化特征，即从西到东从北转向北东，与震源机制解有很好的对应性。与塔里木南缘相对照，则更进一步说明了青藏高原北缘旋转变形的差异性。柴达木盆地和酒泉，肃北旋转方向的差异预示了两地区间存在左旋错动。     

雅鲁藏布江断裂带的构造特征

雅鲁藏布扛断裂带是印度板块与欧亚板块俯冲、碰撞的界面。通过对断裂带及邻近地质体的构造变形及大地构造背景研究，可将断裂带的发展划分成4个阶段：1)蛇绿岩侵位前的板块俯冲阶段（90Ma以前）：2)蛇绿岩侵位时的板块俯冲阶段（90Ma左右—始新世）；3)板块碰撞阶段（始新世以后)；4)走滑阶段（现代）。