深层碳酸盐岩储层溶洞围岩应力分布研究

以冀中凹陷任北奥陶系碳酸盐岩储层为例,基于油田测井资料及岩石力学实验确定了研究区岩石力学参数,对目标储层典型的长椭圆形孤立落水溶洞围岩应力进行了数值模拟,并根据第三强度理论研究了围岩破坏情况。研究结果表明,（1）溶洞在上覆岩层压力和侧向压力的共同作用下,长椭圆形溶洞围岩的应力集中效应带为9倍的半径范围;（2）长椭圆形溶洞围岩应力以压应力为主,主要集中分布在洞顶和洞底;（3）溶洞填充性对其围岩主应力差及破坏范围影响很大。当填充压力小于0.1 MPa时,溶洞围岩主应力差及破坏区域范围随填充压力的增大而增大;而当填充压力大于0.1 MPa时,溶洞围岩主应力差及破坏区域范围随填充压力的增大均呈减小的趋势。      

川西北地区中三叠统顶部溶蚀型喀斯特特征及地质意义*

中三叠统顶部溶蚀型喀斯特在什邡金河剖面及四川盆地大部分地区已有报道。在近期的野外工作中,在川西北地区绵竹汉旺观音崖、江油黄莲桥和江油马鞍塘剖面天井山组近顶部、顶部也识别出这一古特提斯面,其形成与强烈的构造活动或全球海平面下降造成的岩层长时间的暴露有关。其表现形式主要为: (1)暴露溶蚀间断沉积面;(2)溶沟、溶缝及其内的碳酸盐、陆源碎屑充填物;(3)暴露期黏土层;(4)喀斯特角砾。其中暴露溶蚀间断沉积面上的沉积构造以鸟眼、层状孔洞构造最为典型,在绵竹汉旺观音崖剖面最为发育,孔、洞充填物主要为亮晶方解石和白云石;溶沟、溶缝及其内的碳酸盐、陆源碎屑充填物在江油马鞍塘、汉旺观音崖、什邡金河等剖面均有发育,这些溶缝、溶沟一般近于竖直发育,宽度及深度不一,被碳酸盐角砾、亮晶方解石、白云石或陆源黏土等所充填;暴露期黏土层主要见于江油黄莲桥剖面,共发育2套,厚5~20 cm,与铁质矿物共生,其上下发育深灰色潟湖沉积;喀斯特角砾主要见于汉旺观音崖剖面,喀斯特角砾最大可达15×20 cm大小,呈棱角状充填于富含泥质和有机质的暗色碳酸盐基质中。天井山组近顶部溶蚀型喀斯特的发现可为区域地层等时对比提供依据,与其有关的古岩溶作用可在天井山组(或雷口坡组)顶部碳酸盐岩中形成以溶蚀孔、洞、缝为主要储集空间的古岩溶型储集层。     

渤海湾盆地渤中凹陷西南环古生界沉积微相及其对岩溶储集层的控制作用*

渤海湾盆地渤中凹陷西南环古生界深埋碳酸盐岩潜山天然气获得重大突破,钻井资料揭示该地区碳酸盐岩岩溶储集层具有很强的非均质性。由于沉积相是岩溶储集层发育的主控因素之一,因此文中根据岩心和薄片资料、测井相、微量元素和古生物特征等多种手段综合分析沉积相特征。结果表明,研究区现存奥陶系纵向上表现为1个较为完整的海退— 海进序列,主要发育开阔台地和局限台地2种沉积亚相,并可进一步划分为台内滩、滩间、潮下带和潮间带4种沉积微相。台内滩和潮下带微相横向分布连续稳定,水动力条件强,形成的储集层早期溶孔发育,且这2种沉积环境里发育的碳酸盐岩较纯净,经后期风化淋滤形成的岩溶储集层厚度大、质量好,因此是有利的岩溶储集层发育相带。该研究明确了研究区台内滩及潮下带的发育特征,对下一步油气勘探具有一定的指导意义。     

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面(~80°E,TW-80试验).利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为:印度板块向北俯冲可能已到达班公湖—怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖—怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.     

青藏高原东北部多尺度重力场及其地球动力学意义

由于受到SN和EW双向挤压作用的综合影响,处于年轻高原与古老地块交接区的青藏高原东北部岩石圈强烈变形,构造活动十分活跃.为了整体性地了解青藏高原东北部重力场和深部动力学机制,本文基于EGM2008全球重力场模型数据,利用小波多尺度分析获得不同尺度的重力异常信息;同时反演了研究区的地壳厚度;通过构建穿越龙门山造山带和西秦岭造山带两条剖面的岩石圈密度结构模型,分析了地壳上地幔内不同介质的分布特征.研究结果表明,青藏高原东北部岩石圈显示十分复杂的塑性体的特征,其重力异常走向多以EW或SSE为主,反映了高原岩石圈物质向东运移的趋势;地壳厚度由西向东逐渐减薄,边缘造山带深部并没有发现"山根"痕迹,结合该地区低重力的特征,推测西秦岭—松潘构造结岩石圈发生过大规模地幔流底侵作用;地幔流上涌的动力可能来源于印度板块向欧亚大陆板块俯冲,激发了地幔流体侧向移动,在扬子地台和华北地台附近受到坚硬岩石圈的阻挡而被迫上移,并因此造成龙门山与西秦岭的隆升.     

柴达木盆地东部新生代盆地结构与演化

本文对柴达木盆地东部新生代盆地结构和构造演化进行了研究.地震剖面揭示柴达木盆地东部新生界分别向南、北盆地边缘变薄和尖灭,盆地北部被欧龙布鲁克山和埃姆尼克山隆起强烈改造.通过对新生代地层厚度横向变化以及地层剖面分析,确定欧北断裂自中新世晚期开始向北逆冲,导致欧龙布鲁克山发生隆升和德令哈凹陷的形成.埃北断裂从上新世开始活动,与欧北断裂同时向北逆冲,导致德令哈凹陷进一步沉降,形成厚度达2600m的狮子沟组.埃南断裂在第四纪开始大规模向南逆冲,不仅造成其北侧的欧龙布鲁克山和埃姆尼克山隆起强烈抬升和向南推覆,而且导致南侧霍布逊凹陷的形成,成为柴达木盆地第四纪沉积中心.早期提出的前陆盆地和背驮式盆地模型显然不能解释柴达木盆地东部新生代构造格架和演化历史.本次研究认为柴达木盆地东部的形成是强烈的水平挤压作用导致地壳发生大规模褶皱的结果,即柴达木盆地东部新生代是一个大规模向斜.该向斜盆地模型很好地解释了新生代地层向盆地边缘减薄以及沉积中心主要位于盆地中部等现象.了解柴达木盆地东部构造发展对了解青藏高原侧向扩展具有重要意义.     

青藏高原地壳密度变形带及构造分区

将区域重力场多尺度刻痕分析用于提取青藏高原地壳变形带的信息,可了解高原内地壳变形带从浅到深的变化和平面分布特征,并对青藏高原主要地体的空间分布定位,为岩石圈研究提供地表地质难以取得的新信息.多尺度脊形化系数的图像刻划不同深度平面上的地壳变形带.青藏高原地壳变形带从上到下由细密逐渐变为粗稀型,而且细密型变形区分布的范围逐渐缩小,到下地壳完全消失.从这种情况可以推测,以垂直地面方向上看,地壳变形带应该是树形的,下地壳粗稀型的变形带为树的主干,而中地壳粗稀型的变形带为树的分枝,上地壳的变形带为树枝的小枝杈.上地壳细密型变形分布区反映了与中新生代地壳缩短变形区的范围,下地壳清晰连续的变形带反映了青藏高原的构造骨架.多尺度边界刻痕系数的图像刻画不同深度平面上的地体边界,下地壳的刻痕边界系数与密度剧烈变化带位置吻合;因此,由多尺度刻痕分析划分地体时同时取得地体密度信息.青藏高原内密度较高的地体包括喜马拉雅地体、克什米亚地体、察隅河地体、柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体.柴达木地体、巴颜喀拉地体和羌塘地体是青藏高原中有壳根的核,而密度最高的克什米亚和察隅河地体在大陆碰撞时不易碎裂,对东西两个构造结的形成起了关键作用.     

Heterogeneous distributions of CO2 may be more important for dissolution and karstification in coastal eogenetic limestone than mixing dissolution

Mixing dissolution, a process whereby mixtures of two waters with different chemical compositions drive undersaturation with respect to carbonate minerals, is commonly considered to form cavernous macroporosity (e.g. flank margin caves and banana holes) in eogenetic karst aquifers. On small islands, macroporosity commonly originates when focused dissolution forms globular chambers lacking entrances to the surface, suggesting that dissolution processes are decoupled from surface hydrology. Mixing dissolution has been thought to be the primary dissolution process because meteoric water would equilibrate rapidly with calcium carbonate as it infiltrates through matrix porosity and because pCO₂ was assumed to be homogeneously distributed within the phreatic zone. Here, we report data from two abandoned well fields in an eogenetic karst aquifer on San Salvador Island, Bahamas, that demonstrate pCO₂ in the phreatic zone is distributed heterogeneously. The pCO₂ varied from less than log ?2.0 to more than log ?1.0 atm over distances of less than 30 m, generating dissolution in the subsurface where water flows from regions of low to high pCO₂ and cementation where water flows from regions of high to low pCO_2. Using simple geochemical models, we show dissolution caused by heterogeneously distributed pCO₂ can dissolve 2.5 to 10 times more calcite than the maximum amount possible by mixing of freshwater and seawater. Dissolution resulting from spatial variability in pCO₂ forms isolated, globular chambers lacking initial entrances to the surface, a morphology that is characteristic of flank margin caves and banana holes, both of which have entrances that form by erosion or collapse after cave formation. Our results indicate that heterogeneous pCO₂, rather than mixing dissolution, may be the dominant mechanism for observed spatial distribution of dissolution, cementation and macroporosity generation in eogenetic karst aquifers and for landscape development in these settings. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前后重力场动态变化

利用青藏高原东北缘2011-2013年期间的流动重力观测资料,系统分析了区域重力场动态变化及其与2013年7月22 H岷县漳县6.6级地震发生的关系.结果表明:1)测区内重力场异常变化与主要断裂带在空间上关系密切,反映沿主要断裂带(段)在2011-2013年期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形.2)岷县漳县6.6级地震前,测区内先出现了较大空间范围的区域性重力异常,后在震源区附近产生了局部重力异常及重力变化高梯度带,其中,甘肃临夏与岷县一带重力差异变化达150×10 8ms-2以上;这些可能反映岷县漳县地震前,区域及震源区附近均产生与该地震孕育、发生有关的构造运动或应力增强作用.3)重力场1a尺度动态变化图像和差分动态演化图像均反映岷县漳县6.6级地震孕育过程的最后2a出现较显著的流动重力异常变化,地震发生在NE向重力变化高梯度带上、重力变化零值线附近和等值线的拐弯部位.4)基于流动重力异常变化在岷县漳县6.6级地震前做过一定程度的中期预测,尤其是地点判定.     

Effect of catchment properties on runoff coefficient in a karst area of southwest China

Frequent human activities and climate change in the karst region of southwest China since the 1950s have led to the investigation of response of runoff to climate and catchment properties. Runoff coefficient (Rc) as an expression variable of the catchment response to rainfall is important to describe runoff dynamics and to estimate available streamflow for utilization. In this study, the equations of Rc associated with its attributors of climate condition and catchment property were derived using the Budyko framework. The equations were used to estimate relationship between the Rc and the attributors in the karst catchments in Guizhou province of southwest China. Analysis in the selected 23 karst catchments demonstrates that the spatial distribution of Rc is dominated by the catchment properties, such as the catchment properties of geology, slope and land use and land cover, rather than climate condition of drought index. Correlation analysis indicates that the catchment with a large slope usually has a high value of Rc, and a large proportion of carbonate rock in a catchment reduces Rc in the study area. Temporal increasing trend of Rc during 1961–2000 was found for most catchments in the study area. This increasing trend was primarily resulted from changes of catchment properties, e.g. deforestation in large areas of Guizhou province during the 1950s–1980s. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.