燕山地区印支期构造应力场的计算分析

在区域构造解析的基础上,作者建立起燕山地区印支期古构造应力场,并利用有限元迭代法进行了构造应力场的数学模拟,取得了较为满意的结果。      

燕山地区印支期构造相研究

本文简单回顾了构造相的研究概况，分析了构造相的控制因素；笔者从岩石的能干性出发，提出了地层能干性的新概念，计算了燕山地区前中生代各地层的能干性和印支期变形的温压条件，并对燕山地区印支期构造相进行了系统的划发，建立了印支期的相结构。提出了本区印支期构造相以变流相为主的观点。     

下扬子区印支期后构造演化与有利勘探区预测

通过恢复下扬子区白垩纪末期与古近纪末期的剥蚀厚度及分析印支不整合面Tg0的最大埋深,结合古地温条件得出下扬子区中生界、古生界均发生过晚期生烃和成藏。白垩纪末期,黄桥、句容和无为地区最大剥蚀厚度分别为1 000m、1 500 m和800 m。古近纪末期,黄桥地区最大剥蚀厚度约450 m,句容和无为地区无剥蚀。在3.3℃/100 m～4℃/100 m的古地温梯度下,白垩纪末期,无为地区约70%面积的二叠系—下三叠统烃源岩埋深达到2 000～4 000 m,进入生油阶段,但未进入生气阶段;句容地区二叠系—下三叠统烃源岩几乎全部进入生油阶段,次凹区进入了4 000 m以下的生气阶段;黄桥地区约70%面积的二叠系—下三叠统烃源岩进入生油阶段,主要位于北部深凹区和西部次凹区,凹陷深处烃源岩进入生气阶段。印支不整合面Tg0自白垩纪末期油气生成以来的多个古鼻凸轴线指示了油气运移路径、方向和聚集区,从喜山期至今的迁移变化指示了有利勘探区。     

江西于都-宁都一带印支期构造特征

在武夷山中段西侧，即赣南于都—宁都一带，发育北北东向中生代逆冲构造系。该逆冲系由南东往北西逆冲，对其进行构造解析发现，是印支期和燕山期构造的叠加。其中印支期逆冲构造表现有构造窗和飞来峰等，显示缓倾角特征，在空间展布上呈叠瓦状，与晚古生代地层的褶皱相伴生，构成一种褶皱逆冲带型式的构造样式，这期构造被燕山期构造强烈破坏。     

从中下三叠统膏盐特征看中下扬子早印支运动

中下扬子早 中三叠世膏盐层是对早印支运动的沉积响应,本文从膏盐的成因、中下扬子膏盐层位的差异、沉积环境的变迁、膏盐的厚度变化和产状特征、沉积中心和沉降中心的分布等方面,分析早印支运动的表现形式。中下扬子早 中三叠世依次出现陆棚台地（碳酸盐岩）、潟湖—潮坪（白云岩与膏盐）和滨海（碎屑岩）,这种大规模海退,正是早印支运动表现为构造抬升的结果。抬升过程中,残留海水在炎热干燥的气候条件下蒸发形成膏盐层,而中扬子的膏盐层位比下扬子低,据此推测中扬子先于下扬子与华北板块碰撞而抬升。平面上,现今构造格局（主要由中印支—早燕山运动形成复向斜、复背斜和推覆构造）的坳陷区主要为白云岩与（硬）石膏互层或石膏夹少量白云岩或云质石膏,膏盐层厚度大,现今构造的隆坳过渡区主要为石膏假晶、含膏云岩、石膏质白云岩、白云岩夹石膏等,膏盐层厚度小,而膏盐的厚度和产状与沉积时的水深和地势直接相关; 另外,地层等厚图显示膏盐层主要分布于当时的沉降中心。这些沉积特征显示膏盐沉积时的地势与现今隆坳相间的构造地貌存在一定程度的吻合,说明膏盐沉积时的地层已经发生了轻微的褶皱变形（未见角度不整合和地层缺失）。     

从中下三叠统膏盐特征看中下扬子早印支运动

中下扬子早-中三叠世膏盐层是对早印支运动的沉积响应,本文从膏盐的成因、中下扬子膏盐层位的差异、沉积环境的变迁、膏盐的厚度变化和产状特征、沉积中心和沉降中心的分布等方面,分析早印支运动的表现形式。中下扬子早-中三叠世依次出现陆棚台地(碳酸盐岩)、潟湖—潮坪(白云岩与膏盐)和滨海(碎屑岩),这种大规模海退,正是早印支运动表现为构造抬升的结果。抬升过程中,残留海水在炎热干燥的气候条件下蒸发形成膏盐层,而中扬子的膏盐层位比下扬子低,据此推测中扬子先于下扬子与华北板块碰撞而抬升。平面上,现今构造格局(主要由中印支—早燕山运动形成复向斜、复背斜和推覆构造)的坳陷区主要为白云岩与(硬)石膏互层或石膏夹少量白云岩或云质石膏,膏盐层厚度大,现今构造的隆坳过渡区主要为石膏假晶、含膏云岩、石膏质白云岩、白云岩夹石膏等,膏盐层厚度小,而膏盐的厚度和产状与沉积时的水深和地势直接相关;另外,地层等厚图显示膏盐层主要分布于当时的沉降中心。这些沉积特征显示膏盐沉积时的地势与现今隆坳相间的构造地貌存在一定程度的吻合,说明膏盐沉积时的地层已经发生了轻微的褶皱变形(未见角度不整合和地层缺失)。     

南秦岭陆内造山构造变形特征与演化:石泉—汉阴北部一带晚印支—燕山期构造变形分析

陆内造山是一个非常复杂的地质过程。南秦岭造山带安康石泉—汉阴—旬阳一带研究区处于南秦岭陆内复合造山带与扬子板块北部衔接部位,早古生代志留系变形变质岩片发育,以逆冲推覆构造和多层次韧性滑脱逆冲推覆岩片为主。印支期以来广泛发育多期新生面理,可分出3期,面理置换清晰,盖层区以S2面理置换S1最为显著。从该区多期构造变形、晚期盖层花岗岩脉侵入、基底岩浆底劈-伸展热穹隆上升、与晚期花岗岩脉相伴的热变质及次生加大黑云母变斑晶和石榴子石斑晶高温矿物对、多类型热液蚀变的发育、不同期次面理产出的石英脉流体包裹体温压特征差异、石泉一带韧性剪切变形面理中黑云母Ar-Ar测年161~169 Ma、凤凰山穹隆北缘韧性剪切变形面理中云母Ar-Ar测年178~163 Ma等分析,表明该区至少经历过印支期和燕山期两期构造变形,尤其是S2期面理大致对应燕山期,为明显的陆内造山期构造变形,固态塑性流变和脆-韧性剪切变形特点显著。野外构造-岩相填图确定S2期面理最发育,优势走向为北西向,大部分新生矿物岩石沿S2面理分布,表明燕山期与陆内造山作用密切相关。构造变形强烈部位可形成脆-韧性剪切带。晚印支期—燕山期为褶皱-S2+3面理-逆冲推覆断裂组合样式,新生代为不同程度走滑-隆升差异的断块构造组合。陆内造山演化期分为三个亚阶段:(1)晚印支—早燕山期(T3-J1+2)陆内造山垮塌阶段;(2)中晚燕山期(J3-K2)陆内造山挤压推覆阶段;(3)喜马拉雅期断块隆升改造阶段(K2-Mz)。受陆内构造汇聚和走滑作用促使该区上地壳构造热动力聚集,形成凤凰山—牛山岩浆-热穹隆,造成地壳局部重熔,形成花岗岩脉侵位。燕山期调研区南部安康断裂带和北部宁陕断裂带在J1-2分别发生的右行走滑和左行走滑剪切变形造成该区较显著地向东挤出滑脱变形,显示陆内造山晚期走滑分量较重要。     

下扬子区加里东期构造古地理问题

一般将江绍断裂作为扬子地块和华夏地块在下扬子区的分界,但江绍断裂是晋宁期缝合带,二者在加里东期的关系需要解决。赣东北和皖南元古界变质岩构成复背斜核部,两翼的寒武-奥陶系由里向外由盆地-斜坡相转为台地相,相界线标志出扬子台缘位置在皖南石台-泾县一线,华夏台缘位置在浙西江山-开化-临安一线,中央的变质岩区应为当时江南海盆的一部分。奥陶纪末沉积格局有重大变化,显示这里的江南海盆转化为陆屑来源的楔形”江南隆起”。复背斜两翼寒武-奥陶系的构造变形则由外向里增强,直至同斜倒转的褶皱形态,表明江南隆起属加里东褶皱带。隆起两侧及东北方有很厚的志留系碎屑岩,沉积序列自下而上由浅海相转为滨海相和三角洲相以至陆相沉积。空间上往东北方江苏境内海相沉积更为发育,志留纪晚期仍有海相记录,与泥盆系之间为平行不整合接触,到印支期才发生构造变形。在下扬子区,扬子和华夏地块之间,加里东褶皱带和印支褶皱带并存。     

下扬子区新生代伸展构造变形及其区域构造意义

下扬子区是中国东部重要的含油气盆地区之一,其新生代伸展构造变形一直是下扬子新生代构造动力学的核心问题.通过对下扬子海陆全区新生代断陷盆地结构与构造格局分析,明确了下扬子区伸展构造变形特征,探讨了变形成因机制及其区域构造意义.区域构造分析表明,下扬子区伸展变形构造由一系列NNE-NE-NEE走向的总体呈弧形展布的正断层构成,表现为受伸展断裂系统控制的断陷结构,具有多向伸展特征,自南向北可分为江南、沿江-苏北-南黄海和南黄海北部3个构造伸展区.有限元数值与构造物理模拟表明,受控于太平洋板块俯冲推挤传递至陆内的侧向构造作用力,下扬子块体南向蠕移,区域上近南北向伸展变形,郯庐断裂右旋走滑,两者共同构成一个"右旋侧向扩展变形"系统.在区域构造上,大兴安岭-太行山-武陵山重力梯度带以东的中国东部新生代伸展变形构造和盆地成因与古太平洋板缘边界条件密切相关.      

塔里木盆地大北气田构造应力场解析与数值模拟

构造应力场研究对于塔里木盆地大北气田的开发具有重要理论与现实意义。通过区域断裂与背斜长轴走向、钻井诱导缝走向与井壁坍塌方位分别确定了古、今构造应力场的方向,采用测井资料计算了古、今构造应力场的大小。在此基础上,利用ANSYS有限元分析软件建立了大北气田主体气藏区大北102区块和大北201区块的地质模型,并通过测井资料计算及动静态转换确定岩石力学参数,利用构造应力场解析结果确定边界条件,进行了大北气田古今构造应力场的数值模拟,分析了构造应力场的分布规律以及构造应力场与构造裂缝和产能的关系。结果表明:大北气田古、今水平最大主应力方向分别约NNW336°和NWW305°,应力大小分别具有σHσhσv和σHσvσh的特征,分别属于Ⅱ类和Ⅲ类地应力;主应力和主差应力在平面上表现为背斜高部位为低值、翼部为高值,纵向上随深度增加而增大;构造裂缝的走向受控于水平最大古构造应力方向,与现今水平最大主应力方向近似平行或呈小角度相交,构造裂缝可沿走向继续延伸,开度也不会因构造挤压作用大幅降低,有效性可得到很好的保存,气藏区构造裂缝发育程度与主差应力的大小呈正相关关系;背斜高点是构造应力的低值区,油气在应力势差和浮力的共同驱动下聚集成藏,其中主差应力较大的井点构造裂缝较发育,无阻流量较高,因此在背斜高点主差应力较大的区域部署井位,有较大概率获得天然气的高产。     

塔中地区构造应力场数值模拟研究

构造应力场研究对于油气运聚分析及储层特征描述具有重要的理论和实际意义。本文根据塔中隆起断裂特征及其演化史,结合钻井资料,选择中下奥陶统碳酸盐岩为主要研究对象,应用大型有限元分析软件ANSYS,在处理断层问题时运用非连续的接触算法,模拟了中奥陶世末、中泥盆世末、三叠纪末、新近纪末的构造应力场,研究了该区不同时期的古应力分布特征。研究表明,最大主压应力受东部车尔臣-星星峡走滑断裂影响显著,在隆起区沿断裂带呈条带状低值分布,在不同时期塔中Ⅰ号断裂带无一例外地位于最大主压应力的最低区,反映了塔中断裂带尤其是塔中Ⅰ号断裂带是油气运移的有利指向区。最小主压应力沿断裂带呈条带状高值分布,在断裂的上盘、断裂走向发生变化和断裂的倾末端是张应力高值区,为张裂缝发育的重要构造部位。最小主压应力和最大剪应力受车尔臣-星星峡走滑断裂的影响明显减弱。     

下扬子地区中新生代构造变形单元及构造变形样式

下扬子地区地处扬子板块东部,其构造变形特征研究具有重要意义。综合利用区域地质、地震、钻井和地球物理等多方面资料,对下扬子地区断裂、地层发育特征精细解释,建立了贯穿研究区的两条区域地质剖面,即宿迁绍兴大剖面和连云港苏州大剖面。研究表明:下扬子地区可划分为6个一级构造变形单元,依次为苏北胶南造山带、苏北冲断区、南北对冲带、苏南冲断区、浙北冲断区和江南造山带,并可进一步细分为14个二级构造变形单元,这些明确表现出本区中、新生代对冲构造变形特征;两条区域大剖面表现出了挤压、伸展、反转等3类典型构造变形样式,具体可分为5亚类、10小类。     

构造应力场三维数值模拟的有限单元法

目前构造应力场的研究主要是基于平面的二维分析,随着油气成藏过程三维模拟的发展,应力场的三维数值模拟显得越来越重要.从三维空间角度出发,分析了应力场的有限元模拟与求解的整个过程.基于不规则六面体单元的角点网格数据模型,对有限元求解法进行了分析与研究并提出计算方法.基于不规则角点网格数据模型的三维构造应力场有限元计算方法是本文的创新点.最后用上述方法对东营凹陷的牛庄-王家岗区域三维应力场进行了实际模拟计算,计算结果相比于其他数据模型更符合实际情况.      

黔西南地区中-新生代构造变形特征及应力场模拟分析

黔西南地区位于扬子克拉通西南缘,是世界著名的卡林型金矿集中区,中-新生代受特提斯域构造域和滨太平洋域构造域叠加复合影响,区域构造变形过程不清,控矿机理不明.针对这些问题,本文对区内构造裂缝的几何形态、主要构造期次及应力状态进行了分析,并运用Abaqus有限元软件模拟了各构造期应力与应变分布.研究获得下列认识:(1)晚三叠世-早白垩世:受古特提斯构造域与早燕山运动的影响,最大主应力优势方向为NE-SW,应力强度西强东弱,形成NW向构造,先存的NE向断层多表现为走滑性质,为成矿构造的主要形成时期;(2)古新世:受晚燕山运动的影响,最大主应力优势方向为NNW-SSE,形成新的NE向构造,构造变形强度较大,对早期形成的金矿床有较强的改造作用;(3)始新世:受太平洋板块向亚洲大陆俯冲的影响,最大主应力优势方向为近东西向,应力强度东强西弱,该期构造对金矿床改造较弱;(4)基于上述研究预测,隐伏金矿床存在于青山变形区中部、兴仁-贞丰变形区北部及南部东侧.联合野外地质调查及Abaqus有限元模拟,开展复杂构造区构造演化与金属矿床形成关系研究,为卡林型金矿勘探提供依据,并为隐伏矿床预测提供新方法.     

柴北缘东段构造应力场数值模拟及构造演化模式探讨

为了明确柴北缘东段晚古生代至中生代的构造演化历史,探讨石炭系—侏罗系地层缺失的原因,本文应用有限单元 法 模 拟 了 柴 北 缘 东 段 印 支 期 ( 三 叠 纪 )、 燕 山 早 期 ( 侏 罗 纪 )、 燕 山 晚 期 ( 白 垩 纪 ) 的 构 造 应 力 场 , 分 析 了 该 区 不 同 时 期 的 主应力与剪应力分布特征。根据库仑及格里菲斯岩石破裂准则预测了古构造的存在并探讨了地层缺失的原因。研究结果表 明:三叠纪,柴北缘东段在印支期不均匀分布的最大主应力与右旋剪应力共同作用下,发育两排近东西走向的背斜凸起, 造成石炭系—二叠系在各地区遭受不同程度的剥蚀;侏罗纪,在燕山早期拉张应力场作用下,由早—中侏罗世的断陷盆地 逐渐演化为晚侏罗世的坳陷盆地,欧南地区为继承性隆起区未接受沉积;白垩纪,受晚期燕山运动影响,应力场逐渐由拉 张转变为挤压,构造反转,逆冲断裂复活,绿梁山、锡铁山、埃姆尼克山、欧隆布鲁克山等主要山体隆升,遭受剥蚀,柴 北缘东段中生代盆地演化终止。     

南川三泉地区中新生代构造应力特征

通过野外节理的测量统计,得出研究区有3组节理发育:NNW向(320°³50°)、NNE向(15°350°)、NNE向(15°³0°)、NE向(50°30°)、NE向(50°⁷0°)。结合区域构造背景,运用赤平投影法分析了三泉地区中新生代以来的古构造应力场。根据各节理测量点的最大主应力方向,把研究区构造演化分为两个阶段:第一阶段为晚燕山期—早喜山期,主要受到NW-SE方向的应力作用;第二阶段是晚喜山期,主要受到NE—SW方向的应力作用。这两期的构造运动控制了三泉地区龙马溪组页岩中裂缝的发育方向,为页岩气储层物性的研究提供了一定的地质依据。