利用深地震反射剖面开展矿集区深部结构的探测:现状与实例

深地震反射剖面技术以其探测精度高的优势被作为岩石圈精细结构研究的先锋技术,并在全球典型矿集区结构探测中发挥了重要作用.为深入研究青藏高原碰撞造山成矿系统深部结构与成矿过程,本文系统总结了深地震反射技术发展现状,梳理了该技术在加拿大、澳大利亚、中国、俄罗斯、瑞典等全球多个国家的典型矿集区的应用实例,归纳总结了地壳深部结构对矿集区控矿因素的影响,阐述了地壳、上地幔深部结构与深部成矿过程的关系.从全球实例看,深地震反射剖面探测成果为大型矿集区的形成提供了深部线索,反射透明区可能是地幔流体向上运移通道,形成矿集区的成矿物质与能量来源,表明地幔物质参与了成矿作用;具有很强反射特征的断裂系统,包括大型断层、滑脱面和剪切带,是成矿流体从下地壳向上迁移的通道;矿集区深地震反射剖面中“亮点”反射可能是火山活动的深部岩浆上涌至中地壳后而形成的残余岩浆囊的反映.揭露精细的矿集区深部结构不但对矿集区构造历史演化的重建具有重要作用,还对未来成矿潜力和前景靶区的确定具有重要指导意义.     

雪峰山西侧北缘五峰组-龙马溪组含笔石页岩热成熟度特征

五峰组-龙马溪组含笔石富有机质页岩是中国目前最成功和最重要的页岩气勘探目标.由于缺乏镜质体,该地层的成熟度一直存在争议.以雪峰山西侧北缘富含笔石的五峰组-龙马溪组页岩为例,采用笔石表皮体反射率来表征其成熟度特征.该套页岩笔石含量丰富,以非粒状笔石表皮体为主,其具有二轴晶光性特征,最大反射率（GR_max）和双反射率之间表现出正相关关系,成熟度越高的笔石表皮体表现出更强的各向异性.同时,该套地层中也含有丰富的沥青颗粒,其随机反射率与笔石表皮体的最大和随机反射率也呈现了正相关性,其各向异性更弱,但其成因复杂,且颗粒细小,测定较困难,因此,相对而言,作为热成熟指标,笔石表皮体反射率更占优势.雪峰山西侧北缘五峰组-龙马溪组含笔石页岩的成熟度较高,EqVR_o值均为3.10%以上,达到了过成熟阶段,是页岩气勘探的有利区.      

基于压机热模拟实验的页岩孔隙演化特征

富有机质页岩微观孔隙结构是影响页岩油气富集的重要因素,但热演化过程中的孔隙结构变化特征不甚清楚,是当前领域研究的难点.用新疆三塘湖盆地中二叠统芦草沟组低成熟油页岩样品开展高温高压半封闭体系热模拟实验,对各温度阶段的样品进行抽提,利用低温吸附技术定量表征未抽提和抽提样品的孔隙结构,揭示低熟到过成熟页岩样品的孔隙演化特征.结果表明:低熟-成熟阶段,中、大孔量随热模拟温度上升而降低,微孔量先降低再升高,高压及滞留油/沥青对所有孔隙均有一定的抑制作用;高-过成熟阶段,孔含量明显上升,残留沥青中会产生微孔及中、大孔.在热模拟实验中温度、压力条件对孔隙结构具有重要影响,有机质演化产物与孔隙演化趋势紧密相关.      

琼东南盆地深水区烃源岩沉积模式及差异热演化

琼东南盆地深水区是目前的天然气勘探热点,但其烃源岩沉积模式和演化特征认识的不足制约了勘探成效.为识别和评价琼东南盆地深水区烃源岩,综合应用地震沉积学、有机地球化学及构造地质学分析方法,对比剖析渐新统含煤三角洲~浅海相泥岩的生烃母质、沉积背景及与已发现油气的对应关系.研究表明,渐新统三角洲的发育规模及古地貌控制了海陆过渡相煤系和海相陆源型烃源岩的分布,断-拗转换期凹凸相间的半封闭浅海环境有利于形成生气为主、油气兼生的渐新统海相陆源型烃源岩;深水区海相陆源型烃源岩分布、热演化及生排烃过程控制了天然气资源潜力,据此对生气凹陷进行分类评价并提出乐东、陵水及松南等Ⅰ类富生气凹陷.      

基于断裂及高温损伤的岩石蠕变模型研究

为了反映热-力耦合作用下岩石蠕变变形的全过程,依据断裂力学原理提出了岩石裂纹扩展的临界损伤应力和一个新的可描述岩石在稳态蠕变阶段与临界损伤应力相关的非线性黏性分量,在传统西原模型和Burgers模型的基础上,将指数形式的损伤变量、临界损伤应力以及与其有关的非线性黏性分量引入到流变微分方程,通过叠加原理推导了考虑温度效应的单轴和三轴压缩条件下岩石的流变本构关系,建立了岩石的热-力耦合损伤蠕变本构模型。利用不同温度、不同应力条件下花岗岩的三轴蠕变试验曲线和本文蠕变模型的计算曲线进行比较,结果表明本文蠕变模型能够较好地模拟岩石在初始瞬态、稳态和加速蠕变阶段全过程的变形规律,验证了所建模型的有效性和合理性。该模型为分析高温、高应力环境下岩石工程的长期变形和稳定情况提供了理论依据。     

深部地质钻探钻孔结构设计与施工分析

根据长期深部钻探施工经验,分析了深部地质钻探钻孔结构设计的主要依据和原则,通过典型深孔钻孔结构设计与实施的案例,总结了几种钻孔结构实施程序：（1）在地质预测与实际相差不大的熟悉工区,根据经验有针对性地选择钻孔结构进行施工的按设计施工法;（2）在不能预测下部地层复杂情况的条件下,采用探索、扩孔并根据实际调整钻孔结构的探索施工法;（3）利用大口径尽可能向下钻进的充分施工法等。通过实际案例分析,为深孔、超深孔钻探钻孔结构设计与施工提供一定的经验参考。     

新疆哈图齐Ⅲ金矿成矿指示元素的分类与深部预测

通过与国内外及哈图齐Ⅰ热液型金矿的对比,筛选出齐Ⅲ成矿成晕指示元素Hg、Au、Ni、Pb、As、Sb、Cu、W、Zn、Ag、Mo、Bi等。利用格氏分带指数法和相关性聚类分析,获得齐Ⅲ金矿矿体原生晕轴向分带序列为:(Sb)-(Ni-Cu-Zn-Ag-Pb-Bi)-(Mo-As)-(Au-Hg-W),相关性聚类为:Pb-Bi,W-Au-Sb-As,Cu-Zn-Ni和Hg-Ag。结合前人研究成果和剔除叠加结构的影响,获得该矿前缘晕指示元素组合是Hg-As-Sb,近矿元素组合Pb-Ag-Cu-Zn-Bi,尾晕组合W-Ni-Mo。根据原生晕分布特征及前沿晕与尾晕元素累加比的变化趋势,推测深部可能存在隐伏矿体。     

赫章片区地热地质条件特征及勘查远景探讨

区域性北西向紫云-垭都深大断裂带斜贯县境,其上下盘次级构造,层间破碎带及挽近期构造发育,具有中低温地热资源有利地热地质条件;潜在地热资源丰富,具有开发价值热储层为第一热储单元和第二热储单元的白云岩,以混合热储构造类型为主,其次是层状带状热储构造类型。根据地热地质条件,结合已成井成果资料,预测了六个靶区。     

深部巷道软弱围岩破裂碎胀过程及锚喷-注浆加固FDEM数值模拟

针对深部巷道软弱围岩的破裂碎胀大变形预测及围岩控制存在的难题,采用了有限元与离散元耦合程序(FDEM)数值模拟方法对上述问题进行了研究。首先阐述了FDEM的基本原理;然后采用单轴压缩、巴西劈裂和三轴压缩模拟试验与室内试验对比,进行了输入参数的标定;最后对深部高地应力条件下的巷道开挖后软弱围岩破裂碎胀大变形进行了模拟,并基于实体建模的方法采用了锚喷(锚杆+喷浆)-注浆对巷道围岩加固进行了模拟。研究结果表明:巷道的大变形主要是由于围岩的破裂、碎胀造成的,浅部以拉伸破坏为主,向深部过渡到剪切破坏;剪切破坏角与单轴压缩试验结果一致,为58°;裸巷的裂纹最大扩展范围为10.6 m、表面最大位移收敛量20.7 cm。采用锚喷和锚喷-注浆加固后能有效地控制围岩的变形,抑制了裂纹的扩展范围(减小到5.8 m、5.1 m),且围岩表面收敛量大幅减小(5.1 cm、4.2 cm)。     

基于应力多边形与震源机制解的深部岩体应力状态预测方法初探

深部岩体应力量值确定一直是区域地应力场研究中的热点和难点问题,常用的深部岩体应力量值预测方法多以拟合经验公式外推确定为主,缺乏理论依据且可靠性低。研究工作基于应力多边形理论,结合侧压力系数K与震源机制解应力形因子R,在大范围应力预测结果基础之上,对深部应力量值进行了精细限定。以河北易县紫荆关地区的原地应力测量为参考,结合震源机制解资料,估算获得6、11、19km深度处最大侧压力系数K_(max)分别为1.07±0.07、1.14±0.14、1.09±0.09,最小侧压力系数K_(min)分别为0.85±0.15、0.88±0.12、0.86±0.14,并以此计算最大、最小水平主应力,结果的相对偏差在6%～17%之间;利用震源机制解和水压致裂法联合确定的研究区最大水平主应力方向为N44.4°E。研究提出并建立的联合震源机制参数R和应力多边形限定深部应力状态为深部岩体应力状态估算提供了新的途径。