光弹物理模拟实验法在古应力场研究中的应用

古应力场的研究是当今构造地质学和石油构造地质学的研究热点。作用在岩石或地层中的应力可以导致其不同样式和特性的变形 ,并且驱动油气的运移和成藏。从地质体中直接获得古应力场各项参数相当困难。将光弹物理模拟实验方法应用于古应力场研究中 ,介绍了光弹物理模拟实验的装置、材料、边界条件和相似理论 ,给出了实验结果。对该实验结果进行了物理学和动力学分析 ,结果表明 :①最大主应力σ1作用方向和强度控制着非均匀介质中应力集中区和高势能区的分布 ;②应力轨迹描述了应力传递方向与油气运移方向之间的几何关系 ;③应力级值区图对于确定低势能区和预测有利成藏区是非常重要的     

复合超压生烃系统内不同成因油气的运移流向分析

牛庄洼陷2套生油岩纵向上叠置,有机地球化学特征、成烃期次及油气运聚过程都存在差异,并伴有异常流体压力,这就构成了复合型超压生烃系统.基于油-源对比和同源油气藏空间分布规律,对叠合型超压生烃系统油气运移流向的差异性进行了分析.研究表明,在断层活动的诱发下,超压驱动"沙三下源型"油主要发生纵向运移;但在超压带盖下"沙四上源型"油主要发生侧向运移,而纵向运移在超压系统发育区相对不活跃.超压系统的自组织行为对油气运移流向具有重要的控制作用,导致"沙三下源型"和"沙四上源型"油气运移及分布规律差异较大.通过复合型超压生烃系统内不同成因的油气运移流向分析,可以进一步认识研究区油气运移和富集规律,进而"分源"挖掘油气勘探潜力.     

楚雄盆地北部T3-J地层天然裂缝形成期次确定

楚雄盆地T3-J地层经历了多期复杂的构造运动,裂缝形成期次多、特征复杂.通过野外地面裂缝调查和样品的实验室分析测定,采用4种方法研究和确定了T3-J地层裂缝的形成期次.野外地面裂缝调查见4组裂缝发育;裂缝样品的声发射实验表明地层至少存在4个构造应力破裂期,应力作用历史复杂.燕山期构造应力场方向以NE向为主,喜马拉雅构造应力场变为SE向.晚期构造应力(喜马拉雅期)强度大,为主要的破裂期.ESR测试分析表明该层存在5个破裂期;碳氧同位素测定表明研究区地层天然裂缝存在3期以上成因序列;包裹体测定结果按均一温度大小分布可划分出5个破裂期.综合研究区天然裂缝特征、地质构造演化历史,确定出该区地层中天然裂缝为构造裂缝,且组系清楚.裂缝有5~6个破裂期,与构造活动期对应较好,主要破裂期为燕山期、喜马拉雅期.     

深切河谷应力场分布特征研究

利用数值模拟分析软件,研究了构造应力及卸荷带存在情况下深切河谷应力场分布特征及应力场分带标准。结果表明:1)结合初始应力场特征,可自自重应力与构造应力角度提出应力场分区标准。2)对于无卸荷带的均质弹性边坡,无构造应力作用时,可分为应力释放及应力平稳2个区。有构造应力作用时,可分为应力集中及应力平稳2个区。3)对于存在卸荷带的边坡,则从坡表到坡里可分为应力降低区、应力升高区及应力平稳区3个区。4)由于构造应力场的存在,使得河谷内应力集中的水平明显提高,集中的范围明显变大。5)随着卸荷带厚度的增加,应力集中区向坡体内部相应移动。     

济阳坳陷三合村洼陷油气运移与聚集规律

利用钻井、地化等资料,通过油气运移路径恢复、油源对比等方法,对渤海湾盆地三合村洼陷油气的运移与聚集规律进行研究。结果表明,在东营期和馆上—明化镇期,北部渤南洼陷沙河街组油气对三合村洼陷进行过两期充注,具有"泾渭分明"的运移路径和油气聚集特征。东营期,渤南洼陷沙四段烃源岩油气沿Tr不整合面运移至三合村洼陷,再沿沙河街组沙三段骨架砂体横向运移,在沙三段地层圈闭和岩性圈闭中聚集成藏。馆上—明化镇期,渤南洼陷沙三段烃源岩油气先沿断层纵向运至新近系馆陶组,再沿馆陶组骨架砂体横向运移至三合村洼陷,在馆陶组构造圈闭、岩性圈闭和地层圈闭中聚集成藏。     

深水浅层破裂压力计算方法

假设深水浅部地层为均质、各向同性的理想弹塑性材料,将井眼周围的地层分为弹性区和塑性区两部分,地层屈服后服从Mohr-Coulomb强度准则,推导出深水浅层不排水时的塑性区半径和井周应力场的理论解答,引入土力学中的超孔隙压力理论,得出井眼钻开引起的超孔隙压力在井眼周围的分布规律,结合水力压裂理论分析了深水浅部地层的破裂机理并推导出破裂压力的理论公式。该理论的计算结果与工程实测结果接近,证明该理论的可靠性的。深水浅部地层未成岩,在分析深水浅部地层的地质力学问题时,应当考虑引入土力学中的相关理论进行分析。     

油田注水诱发应力场演化及地层活动机制研究

基于多孔介质理论建立注水诱发应力场变化定量评价的力学模型,利用有限元方法对耦合模型进行求解,分析注水过程中超孔隙压力与应力场演化规律,揭示注水诱发地层活动的力学机制。计算结果表明:注水形成的超孔隙压力控制局部应力场分布,一方面导致垂向、水平有效应力减小,Mohr应力圆左移,地层活动趋势增加;另一方面削弱注水层段水平地应力的作用效果,导致主应力差值减小、Mohr应力圆直径缩小,易于地层稳定。注水诱发地层活动与岩层渗透性能、吸水软化与构造应力环境等组合因素密切相关。     

异常地层压力成因分析及地震预测

地层压力对烃类的生成、运移、聚集均有着极为重要的影响,它是评价油、气藏形成条件不可缺少的资料。地震压力预测是以地震速度分析为基础,以地震速度的分布特征预测地下流体压力分布,在平面上具有独特的优越性,因而具有良好的应用前景。本文以东营凹陷西部沙四上亚段为例,分析了异常压力(主要是异常高压)的形成机理,详细阐述了异常地层压力预测模型的建立过程,通过地层有效应力计算进行孔隙流体压力预测,并对预测结果、误差校正及应用前景进行了讨论,在理论与实践上都有一定的借鉴意义。     

东濮凹陷濮卫地区地层压力演化及其与油气运聚的关系

根据实测资料,对东濮凹陷濮卫地区地层压力的纵向分布特征进行分析,并运用盆地模拟方法对古近系沙三、沙四段古地层压力进行恢复;在油气分布与主成藏期地层压力平面和剖面分布关系研究的基础上,探讨异常地层压力演化与油气运聚的关系.结果表明:研究区纵向上发育常压、过渡和超压3种类型的压力带,异常高压的分布受构造背景和盐岩控制,其发育和演化经历了超压原始积累、超压释放和超压重新形成3个阶段;异常高压为油气初次和二次运移的主要动力,垂向上泥、砂压力差促进油气的初次运移,在剩余压力差的作用下,油气近距离运移并围绕洼陷中心区呈环状分布;与油气的充注过程相对应,濮卫地区常压带油气藏是沿活动断层长期运移和沿后期开启断层幕式运移的结果,以早期成藏为主,压力过渡带的油气藏在断层封闭条件下形成,以晚期成藏为主.     

弱胶结油藏拟三维出砂预测模型及方法

根据有效应力定律和连续介质力学理论,建立了应力场和渗流场耦合作用的弱胶结油藏拟三维出砂预测模型,并应用顺序Galerkin有限元进行了求解.对复杂地质区域网格自动剖分、地层变形或破坏、液化砂运移、出砂动态预测等问题进行了数值模拟研究.结果表明:随着地层破坏和出砂,炮眼和井筒周围应力会重新分布;地层参数的变化受出砂和应力作用的复杂影响;出砂量是一个波动变化的过程--这一现象与现场和室内的观测是基本一致的.研究证明了该模型的可靠性,初步解决了弱胶结砂岩油藏的出砂预测数值模拟问题.     

四川LZ页岩储层现今地应力方向及主控因素——以龙一段为例

现今地应力场方向是影响页岩储层压裂改造效果的主要因素之一,进行现今应力场方向展布特征及其主要影响因素分析对页岩气开发应用具有重要的意义。利用古地磁结合波速各向异性法、微地震监测法、测井资料三种方法来判别地应力方向,对LZ地区地应力方向平面展布特征及主控因素分析。结果表明,宽缓向斜处三种解释方法都适用,准确度和可信度排序为岩心实验测试、偶极横波测井、电成像测井。断裂影响区域偶极横波测井不再适用,岩心实验测试结果可信度大于电成像测井。裂缝发育强构造变形区域对三种方法解释结果均有影响,需多种方法结合分析;LZ地区龙马溪组现今最大主应力方向变化范围在90°～125°之间。得胜、宝藏、云锦向斜的最大主应力方向在115°左右,福集向斜最大水平主应力方向偏转最大,在80°～100°之间,可能与西侧华蓥山断裂逆冲兼具走滑有一定关系。断裂规模越大其扰动范围和强度越大。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级断裂最大扰动范围分别为1100 m、850 m、500 m、300 m。紧闭背斜褶皱变形区,受褶皱顶部派生的拉张应力影响,地应力方向沿着褶皱轴向偏转,靠近褶皱顶部,受拉张应力影响大,偏转角度最大。该研究成果可为后期水平井井位轨迹优化及压裂改造工程提供理论支撑。     

渤南油田义176区块三维应力场智能预测

为提高应力场数值模拟的运算效率，基于ANSYS中的APDL语言编译自适应边界程序，将边界条件的人为调整过程自动化，并借助Petrel与ANSYS的联合建模技术以及三维非均质岩石力学场的构建技术，开展了渤南油田176区块三维应力场的智能预测。结果表明，自适应边界程序大幅且有效地缩短了人工反复尝试边界条件的时间，提高了应力场模拟的效率，且保证了预测精度。义176区块现今最大水平主应力方向总体呈近EW-SEE向，边界断层对应力方向影响较为显著，引起了约5 °~10 °的偏转。现今地应力数值变化较大，离散性高，平面上呈带状展布，具有北高南低的分布趋势，在目的层范围内属于I_a类地应力，岩石的非均质性是造成应力数值差异的主要原因。在义176区块中部存在一片条带状展布的“应力甜点”，可以作为井位部署和压裂作业的优势区域。     

沁水盆地东部构造演化特征及构造物理模拟

沁水盆地东部煤层气勘探潜力巨大,构造演化特征相对独特。依据野外地质踏勘资料,对沁水盆地东部的构造特征进行系统研究。利用平衡剖面回剥方法,定量分析典型剖面的运动学参数。在研究区构造几何学、运动学特征分析基础上,基于构造物理模拟实验,再现了沁水盆地东部的构造演化过程,从而对研究区构造演化取得了新的认识。研究表明,沁水盆地东部依次经历了弱挤压-强挤压-弱伸展-强伸展的演化过程,可将其构造演化划分为板块拼合盖层沉积(J_1前)、陆内强烈挤压变形(J_2～J_3)、微弱伸展活化(K-E)和陆内伸展裂谷(N-Q)4个阶段。此构造演化对沁水盆地东部煤层气的聚集与勘探开发具有重要影响,其动力来源主要受控于区域构造应力场的重大转变。早侏罗世以前,板块碰撞拼合及印支运动的辐射将沁水盆地东部置于NNW-SSE向挤压应力场;中-晚侏罗世,研究区开始出现重要构造分异与转折,整体转向NW-SE向强挤压应力场,逆冲断裂雏形在此阶段形成;白垩纪-古近纪,区域应力场由NW-SE向挤压应力场转变为NW-SE向伸展应力场,研究区构造体制发生重大转折;21世纪以来,研究区进入陆内伸展改造,构造格局至此基本定型。     

超深层走滑断裂带应力场模拟及其开发意义: 以顺北5号断裂带南段为例

为了分析顺北5号断裂带南段应力场平面分布及其开发意义，选取一间房组为研究对象，在岩石力学实验基础上，通过ANSYS软件进行应力场数值模拟，结合地应力驱油理论，对应力场进行了平面分布预测。结果表明：顺北地区一间房组地应力受断裂带控制，最大水平主应力方向为北东-南西向为主，断裂带周围地应力方向变化快，断裂带内最大主应力方向趋向于与断层走向向平行。地应力分布与流体势分布具有一致性，断裂带对应低流体势分布区，为油气有利聚集带。结合一间房组储层发育类型，井轨优化方位根据储层的差异而变化，天然裂缝性储层、基质低渗透性薄储层油气藏水平井的钻井方位应平行于最小主应力方位，基质低渗透性厚储层水平井的钻井方位应与最大主应力方向平行。     

阿克陶MW6.6地震的发震构造及滑动特征

2016年11月25日新疆阿克陶发生了M_W6.6地震。通常震中所处断层的破裂特性与周围区域应力场的动力学特征具有紧密的联系。通过对发震构造断层的精确刻画以及区域地壳中应力释放细节的深入探究,可以加深对发震构造周围地震动力学特征的认识,同时也对判定当地未来一段时间内的地震活动趋势提供了重要参考。首先搜集整理了震源附近的26条余震震源机制,利用网格搜索法反演得到震中附近的应力场,发现该地区主压应力方向为157.36°,倾伏角为1.15°,主张应力方向为66.56°,倾伏角为34.98°,与该地所处的帕米尔高原陆内俯冲形成近东西向断裂的右旋走滑兼有逆冲的背景相一致;然后利用389条余震精定位数据,结合高斯-牛顿算法和模拟退火算法拟合得到发震断层面的走向为103.64°、倾角为65.65°,这与木吉右旋走滑断裂的几何特征基本重合;将所求应力场投影到断层上,得到滑动角为152.77°,该地震表现为右旋走滑断层;最后利用本研究获得的区域应力张量模拟得到的该状态下的各种形状断层面的相对应力分布,发现该地震发生的断层面的相对剪应力接近1,破裂方向与震源区的最优剪切力方向相同,表明...     

黔南坳陷节理发育特征及其对构造应力场转换的指示

通过野外地质调查,统计和分析黔南坳陷节理产状、几何样式及序列关系等,探讨古构造应力场特征.结果表明:根据节理切割及其与断层的先后关系,可将黔南坳陷节理组分为5个序列,NNE与SEE向"X"型平面共轭剪节理在加里东末期首先发育,在燕山晚期发育NW-NE方向共轭剪节理和NNE-NEE方向共轭剪节理,且前者发育时间先于后者, EW向节理在喜马拉雅期形成;构造应力场主方向经历了NEE-NS-NE-EW的先逆时针后顺时针的应力场转换;燕山期和喜马拉雅期在黔南坳陷构造应力场转换中起着重要作用.     

东辛地区营26断层变换带形成机制模拟

为了分析叠覆型断层变换带的形成机制,揭示变换带内断裂体系的发育规律,根据区域应力机制设计相应的张扭及底辟复合作用实验装置,从湿度不同的砂、黏土及砂泥混合物中选取微湿的细砂作为实验材料,并与应力场数值模拟相结合,对东营凹陷东辛地区营26变换带沙河街组沉积期进行构造物理模拟。结果表明:营1与营31断裂是沙河街组沉积前由NE10°的伸展作用同时形成的两条平行断裂,二者向两侧的伸展位移在叠覆带边缘诱导出一条与伸展方向呈50°斜交的张扭性变换断层,随着二者叠置程度的增大,变换断层的发育程度也增大。之后,区域性的右旋走滑运动形成一系列雁列式分布的变换断层,其优势走向与剪切应力场方向一致,后期的底辟作用加剧了断裂系统的复杂程度。断层的转折端、交汇和分叉处以及次级断层形成的局部小断块内,最大主应力和最小主应力差值较大,为低级序断层的优势发育区。另外,平面上斜交的剪切断层在不同方向的走滑活动造成的局部断块的掀斜运动加剧了低级序断层复杂程度。     

玉维高速科色特长隧道地应力特征及工程地质意义

玉维高速紧邻金沙江西岸,全程共30座隧道,隧道占总里程的52.55%,隧道建设中极有可能遇到复杂地质问题及地应力的影响。以玉维高速科色特长隧道地应力特征为研究对象,完成了6个点的地应力测试工作及岩石室内物理力学测试,结合构造稳定性、岩爆分级、隧道空间布置分析理论完成了该隧道工程地质意义研究。研究结果表明：地应力在垂直方向上随深度以似线性增长趋势,整体表现为“浅部以走滑型地应力场为主、深部以正断型地应力场为主”的规律;地应力特征表现为“浅部区域以水平构造应力为主,深部以垂直应力为主”;各测点的最大剪应力与平均应力之比值均未达到稳定临界值,隧道周边的构造相对稳定;岩爆级别随深度逐渐增大,但级别为中等至轻微;隧道方位分析表明,隧道（右幅）K24+995至K25+730段隧道方位不利,K25+730至K28+200段隧道方位有利。     

基于ANSYS的构造应力场模拟分析——以任楼煤矿72煤层为例

为判别井田内主要构造断裂的导水性,利用ANSYS软件,对任楼井田72煤层构造应力场和断层受力状态进行了模拟分析,表明该井田断层导水性受多期构造应力场,尤其是燕山二期构造NEE向主压应力控制,使井田南部F3至F5之间大中型断层及井田北部NE向断层普遍出现淋水现象。     

巢湖地区构造应力场研究及动力分析

对巢湖地区地质构造的展布规律进行了分析和研究.通过大量的观测资料,利用各种地质构造形变痕迹反推变形作用时期的古应力场方向.在此基础上,对该地区的构造形成机制及其动力学背景进行分析,提出了不同地质时期动力学机制.