龙门山重力滑脱作用形成挤压性构造的物理模拟实验

研究龙门山构造带在晚印支早期阶段的构造动力学作用机制,以及在此机制下的重力滑脱作用形成局部挤压环境的可能性。通过以重力为动力的构造物理模拟实验研究,表明在板内的差异隆升背景下可以导致重力滑脱作用发生,在重力滑脱作用下在滑脱体前缘形成挤压性构造变形可能性是存在的。结合龙门山构造带前人的研究资料和国内外近年相关研究成果,龙门山构造带的形成过程可能是在晚印支早期历经了拉张性构造环境后叠上冲推覆过程,从而形成现今的构造格局。     

鲁西隆起晚中生代以来北西向正断层特征及物理模拟

鲁西隆起区伸展构造极为发育,通过野外地质调查对隆起区北西向正断层的几何学特征进行研究,采用平衡剖面演化方法,选取横穿该区北西向断层的一条剖面,定量计算正断层横向上和垂向上晚中生代以来各主要构造演化阶段的构造运动学参数,并通过构造物理模拟实验详细解析鲁西隆起区伸展变形过程。研究结果表明,北西向控凹断层在三叠纪后皆发生负反转,晚中生代鲁西隆起受到强烈拉伸,伸展构造主要发生在19~20 km以下的深尺度范围内,断层切割深度加大。断裂带上普遍发育断层角砾岩、碎裂岩及断层泥。古近纪伸展作用以浅层拉伸为主,鲁西伸展量和伸展率最大,伸展作用强烈,对应北西向正断层的活动速率值也达最大值,同时发育大规模、范围广的半地堑。新近纪,伸展率很小,北西向正断层活动性大大减弱,至第四纪,断层几乎不再活动,反映鲁西隆起基本处于稳定。鲁西隆起晚中生代的伸展与华北克拉通构造变革相一致,而新生代的强烈伸展主要受控于太平洋板块与欧亚板块俯冲方向与速度的改变以及印度板块与欧亚板块的碰撞。     

破火山口塌陷构造的物理模拟研究

用聚合硅胶模拟塑性岩浆、用干燥松散石英砂模拟脆性围岩和顶板层，研究了由岩浆房的萎缩下沉所引起的破火山口塌陷构造.模拟岩浆房的初始形状包括平顶圆柱体及剖面呈长方形、半圆形、等腰三角形的条状体。实验中，圆形岩浆房的下沉形成圈环形塌陷构造；长条状岩浆房的下沉形成线形塌陷构造．塌陷构造在平面上通常呈对称的圈环状或条带状分布，从里向外一般由中央凹陷带、逆断层带、侧绕斜坡带以及周边正断层带组成．塌陷构造在剖面上呈上宽下窄的漏斗状，其中所有的断层都呈上缓下陡的凸弧形．周边正断层与其内侧的逆断层在深部合并、向下延伸、并消失于岩浆房与围岩的接触带内．塌陷内拉伸正断层与压缩逆断层或褶皱的共生及其分布方式、断层面上缓下陡的凸弧形几何形态等是厘定该构造的重要标志．     

秋立塔克构造带盐构造形成的传力方式的构造物理模拟

库车坳陷第三系下部库姆格列木群是一套巨厚的膏 (盐 )层 ,该层系不管是在应力传递方面 ,还是在控制构造样式方面都有重要的作用 .秋立塔克构造带是库车前陆褶皱冲断带的变形前缘 ,盐上、盐下构造极不协调 ,盐上层变形强烈 ,发育滑脱断层、大型推覆构造、突发构造和三角带构造 ;盐下变形弱 ,发育小规模的冲断层 .根据构造分析推断 ,在盐上层中 ,应力从变形后缘 (克拉苏构造带 )向变形前缘秋立塔克构造带的传递有 2种方式 ,即重力滑动传递和顺层挤压传递 .构造物理模拟实验证明这种推断是合理的     

通过物理模拟实验对重力滑脱作用形成挤压性构造的可能性研究——以龙门山地区为例

构造物理模拟实验是地质学领域中一种重要研究手段。重力滑脱作用可能对于一些挤压性构造的形成起到了重要的作用。在龙门山前陆盆地,存在着大量的自晚三叠世以来的挤压性构造,根据前人所取得的勘探成果以及构造物理模拟实验,验证印支早期,龙门山地区经历由差异隆升所致的重力滑脱形成挤压性构造的可能性是存在的。     

准噶尔盆地南缘构造物理模拟实验

根据准噶尔盆地南缘地质构造特征和相似理论 ,成功地设计并进行了两组实验 :①利用砂箱模拟了该区剖面中可见的三排背斜带以及背斜紧闭、向斜开阔的特征 ;②利用湿粘土模拟了南缘几排背斜带与边界断裂斜交成“入”字型的平面特征 ,对西南缘存在东、西分段性的形成机制给予了很好的解释。模拟实验结果表明 ,压扭性走滑作用可以产生准噶尔盆地南缘的复杂构造现象 ,在右行压扭的区域动力学背景下可以产生与主位移带呈高角度斜交的张扭性断裂 ,以此可以解释南缘地区东、西分带的原因     

准噶尔盆地中4区块构造解析及物理模拟实验

准中4区块位于准噶尔盆地腹部地区,发育多个含油构造,油气勘探潜力巨大,但勘探程度较低。综合应用地震、钻井等资料,通过构造精细解释、平衡剖面回剥、断层落差等方法,系统研究准中4区块的几何学、运动学及动力学特征,在此基础上基于相似性原理,通过构造物理模拟实验再现了研究区构造演化过程,从而对研究区动力学成因取得了新的认识。研究表明,准中4区块断层呈带状分布,可划分为董3～董1井断层区、董7～董8井断层区和董6井断层区3个构造分区。其中,董3～董1井区断层为高角度逆冲断层,在J_1s～J_2t沉积期强烈活动;董7～董8井区断层为高角度正断层和斜滑断层,董6井区断层为高角度"卷心菜式"正断层,均在J_1s～J_2x沉积期强烈活动。进入白垩纪,研究区内各分区断层活动减弱,代之以区域整体沉降,至新近纪,构造变形以单斜挠曲为主要特征。构造物理模拟实验进一步证实了董3～董1井区断层受控于准南缘冲断和白家海凸起的阻挡,董7～董8井区断层受控于走滑变形机制下三台凸起冲断的后缘拉张。     

西湖凹陷反转构造物理模拟研究

反转构造是东海盆地西湖凹陷特征构造。由北向南反转构造呈明显分段性变化,北段是"Y"字型构造,中段为膝折带构造,南段为高角度叠瓦状逆冲构造。通过构造物理模拟实验再现了反转构造形成过程和控制因素。实验结果表明:反转构造由北向南规律性变化受控于不同的边界条件,北段和南段为弱边界条件,中段为刚性边界条件;挤压边界与先存正断层之间距离对反转构造样式具有明显影响。挤压边界距离早期正断层越远,反转背斜核部离早期正断层越近,反之越远。     

红旗凹陷典型构造变形特征及物理模拟

红旗凹陷是经历了多期建造与改造的叠合盆地,现今难以见到原型盆地的面貌,导致断裂体系的形成机制复杂,在建造期、改造期断裂系统的发育机制,断裂系统之间的迁就、利用、切割改造关系尚不清楚。因此其构造演化及形成机制至今仍然存在较大的分歧。基于相似性原理,首次在研究区运用构造物理模拟实验方法,对凹陷北西边界红西断层控制作用下的伸展和挤压形成的构造样式及演化规律进行研究,以再现动力学演化过程,并取得了与实际地质情况较高的吻合度。结果表明,凹陷受到间歇性的伸展和挤压力的影响,共经历了断陷期(塔木兰沟组-南屯组一段)、断坳转换期(南屯组二段-伊敏组)和坳陷期(青元岗组)三个构造演化阶段。在变形过程中,内部形成的调节断层发育具有期次性,断陷期的发育的断层终止在南屯组一段顶面,断坳转换期发育的断层终止在伊敏组顶面。可见凹陷的构造样式主要受犁式控陷断层和区域伸展、挤压作用的共同影响。     

东营凹陷辛镇构造带构造变形的物理模拟研究

东营凹陷辛镇构造带底辟动力机制及"负花状"断裂形成的主控因素一直存有争议。通过地震资料精细构造解析,结合地层组合特征,设计含塑性层构造物理模拟实验,开展辛镇构造带构造沉积演化研究。根据构造带的地质特征及构造物理模拟结果,分析其深部底辟构造的动力机制,探讨伸展构造背景下塑性层的变形特征及其与上覆岩层的相互作用。取得了以下主要认识:(1)在盆地伸展构造背景下,坡坪式基底断层活动导致上盘岩层的地势起伏,后期同构造沉积产生的差异沉降诱发底辟发育;(2)辛镇构造带"负花状"断裂是底辟和区域伸展共同作用的结果,塑性层为断裂发育提供了良好的滑脱条件。     

基于物理模拟实验的超压碳酸盐岩电性特征与应用

为解决传统碎屑岩超压预测模型和方法不适用于具有刚性岩石骨架的碳酸盐岩地层超压预测难题,通过超压碳酸盐岩岩石物理模拟实验,分析岩石电性参数对不同压力的响应特征;模拟地层在封闭压力系统条件下,致密碳酸盐岩孔隙流体发育超压引起孔隙度增大,电性参数响应特征明显,建立基于电性特征的碳酸盐岩超压预测模型;开展典型地区单井碳酸盐岩地层超压预测应用研究,结果表明:超压碳酸盐岩地层孔隙压力增加,孔隙流体膨胀,岩石骨架受到压缩,孔隙体积增加,岩石孔隙度增大;超压碳酸盐岩地层孔隙度增大,导电离子通过岩石的通道增大,导电性变好,电阻率变小,孔隙度的变化量与岩石电性参数变化之间存在明显相关性;基于电性参数对超压的响应特征建立了碳酸盐岩超压预测模型,通过实例验证取得了较好的应用效果。可见电性参数对碳酸盐岩超压具有明显响应特征,未来可进一步研究利用地震资料与电性参数的相关性,实现三维区域碳酸盐岩地层钻前超压预测。     

作用于正倒锥结构上冰力物理模拟试验研究

利用新型非冻结可碎合成模型冰材料,进行了冰排对正倒锥体结构物作用的物理模型试验研究;试验中测量了作用于锥体结构物上的冰力,并观察记录了冰排作用于结构物的破坏过程。综合分析试验结果,发现冰速的变化对冰力没影响。而随锥角、水线直径的增加以及冰排弯曲断裂模式由下弯变为上弯,作用于锥体结构物的冰力显著增加。试验得到的总冰力结果与Croasdale和Ralston的理论预测结果符合较好。     

基于热模拟实验的富有机质泥页岩孔隙演化研究进展

富有机质泥页岩是非常规油气领域重要的研究对象,揭示其孔隙演化特征对于研究页岩油气赋存机理具有重要意义,并为页岩油气资源评价以及勘探开发提供参数。热模拟实验结合扫描电镜,气体吸附和高压压汞等实验技术手段可应用于泥页岩孔隙演化的研究。相比于开放体系和封闭体系,半封闭半开放实验体系的设计是更接近地下真实地质过程,其更适用于孔隙演化的研究。富有机质泥页岩孔隙演化是有机质和矿物在高温高压及流体等多因素长时间共同作用的结果,基于热模拟实验条件下总结归纳了富有机质泥页岩孔隙演化特征(有机孔和无机孔两个方面)、孔隙演化主要控制因素(有机质生烃作用,矿物转化和压实作用)以及孔隙演化模型。尽管热模拟实验实现了对同一泥页岩样品全孔隙演化阶段的研究,但孔隙演化的研究还不够系统,问题在于:泥页岩样品在热模拟实验高温高压条件下易碎裂,导致样品制备上的困难;热模拟实验温压条件很难模拟地下真实成岩和生烃的过程;热模拟实验成本较高导致其不能大量开展,因此得到的样品和孔隙相关参数的数据也不够充足。如何系统地研究富有机质泥页岩孔隙演化也正是未来需要关注和研究的重点。     

基于固—气耦合物理相似模拟的实验装置研究

采动裂隙演化与卸压瓦斯渗流耦合的物理相似材料模拟实验是研究采动影响下煤岩体渗透率变化规律及分布特征的基础,文中通过研制"固—气"耦合物理相似模拟实验台,设计耦合实验中的开采系统、充气系统和测试系统,进行了相似模拟实验及渗透率测定。开采系统保证箱体气密性的同时实现了煤层的模拟开采,测试系统验证了试验箱内气体在岩层中的流动规律符合达西定律,进而验证了实验装置的可行性,从而为研究采动裂隙场时空演化与卸压瓦斯渗流耦合规律的相似模拟实验奠定实验基础。     

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。     

基于物理模拟试验的火山泥石流运动特性研究

针对火山泥石流实验研究的空缺,基于对长白山火山泥石流的研究,研制了一种火山泥石流室内物理模拟实验装置。与国内外同类实验室相比,实验装置具有变坡幅度大、操作简便的特点。用该装置不仅可以进行实验测试泥石流体积浓度影响因素,还能重现泥石流暴发过程及特征,并以此为基础进行泥石流堆积范围实验。     

坚硬顶板大采高采场支架阻力的确定

陕西彬长公司大佛寺煤矿40104工作面是大佛寺煤矿布置的第1个大采高综采工作面。为了确定工作面支架合理的工作阻力,采用物理相似模拟实验的方法,对该工作面的支架阻力与支承压力分布进行了分析研究。通过实验分析,确定了坚硬顶板条件下采高3.8 m时综采支架的合理工作阻力为6 000 kN左右。将实验结果与理论计算的结果进行对比,两者具有较好的一致性,同时实验还得出了工作面支承压力的峰值、峰值压力位置与影响范围。     

正断层伴生裂缝物理模拟实验研究

断层伴生裂缝是重要的油气运移通道和储集空间类型,实验室进行了正断层与其伴生裂缝形成的物理模拟实验。结果表明,伴生裂缝主要发育于断层面两侧,距离断层面越远,裂缝密度变小,其中上盘（主动盘）裂缝发育较下盘（被动盘）密集。裂缝的形成演化可以划分为3个阶段：①当断层断距较小时,在断层顶底部应力集中区产生微裂缝;②随着断距增大,沿断层面出现几组微裂缝,同时裂缝的发育范围向断层两侧扩展;当断距增大到一定程度时,剪切带中微裂缝扩展、连通形成大裂缝并发展成断层;③随着断距进一步增大,断层面上形成塑性涂抹,裂缝数量无明显增多。岩层厚度、断移速率、岩性变化、距断面距离等因素对裂缝发育均有一定的控制作用。     

石油构造物理模拟实验室建设的探讨

依据地质和石油高等院校本科石油构造分析课程理论教学内容,提出了针对含油气盆地不同构造变形样式和圈闭类型形成演化的石油构造物理模拟实验室建设的内容、思路与标志性成果。     

一个验证性物理实验的准备与仪器故障处理

明确提出物理实验准备的要求:第一,准备好学生实验用的仪器和材料,保证每台仪器都能正常使用。第二,对仪器进行初步的调节,对材料进行初步的处理,使大部分学生能在规定的时间内完成实验,但是又要保留学生必要的实验操作训练。同时用一个验证性物理实验用光栅测定光波波长为例,陈述了具体的实验准备工作步骤和仪器故障处理方法,使实验准备工作具体化,使实验室工作更加规范。