砂泥岩间互地层等效岩石力学参数计算模型及其应用

以地层岩石的变形分析为基础,从能量的角度出发,利用应变能理论及能量守恒定律推导出了等效岩石力学参数的一般计算公式,并建立了测井资料计算模型;利用该模型计算了库车坳陷克拉A气田目的层系巴什基奇克组的等效岩石力学参数,并以计算结果为基础进行了应力场及储层裂缝的数值模拟;最后讨论了等效岩石力学参数测井资料计算模型的优点及适用条件。模拟结果显示,储层裂缝集中发育在背斜高点及单斜构造部位,与气田目前的开发实践基本一致,表明了所建模型的合理性;等效岩石力学参数适用于区域性的横向应力场及储层裂缝预测,不适于预测局部或垂向上的储层裂缝分布规律。     

砂泥岩互层油藏时移地震差异波形特征

以时移地震的差异波形特征为切入点,研究了时移地震资料波形特征与砂泥岩互层中油层纵波速度变化的关系.研究发现,与薄油层的时移地震响应不同,砂泥岩互层的差异波形是一个多峰复合波,且当泥岩夹层的厚度小于1/4主波长时发生屏蔽现象,即上部油层的纵波速度变化可以掩盖下部油层的纵波速度变化;模拟了楔状地层的时移地震响应,从其产生机理上揭示砂泥岩互层时移地震响应的复杂性,并通过渤海油田的时移地震资料验证了砂泥岩互层时移地震响应的复杂性.     

砂泥岩地层地应力纵向分布特征与规律

以实际沉积地层中抽象出来的砂泥岩地层概念模型为研究对象, 在盆地构造力学、岩石力学性质分析的基础上, 采用应力场数值模拟法研究分析砂泥岩地层中的纵向地应力分布特征和规律。研究结果表明, 水平主应力在砂泥岩的分界面发生突变, 变化程度主要与两侧岩石的力学性质差异相关, 也与区域构造应力有一定关联; 杨氏模量对最大水平主应力影响程度大于对最小水平主应力的影响, 泊松比对地层最小水平主应力影响程度大于对最大水平主应力的影响。杨氏模量和泊松比对最大水平主应力的影响, 在伸展应力状态下前者影响相对较小, 走滑应力状态下, 影响程度基本相同, 挤压应力状态下, 前者影响程度相对较大; 而对于最小水平主应力的影响, 在三种应力状态下, 泊松比的影响均大于杨氏模量。地层的岩性变化方式(渐变或突变)对地层最小水平应力差产生显著影响, 厚度变化对地层最小水平应力差大小无影响。上述认识可以指导砂泥岩地层的压裂和储层改造, 改善压裂效果。     

卡拉沙依组砂泥岩段层序地层及沉积体系

以塔里木盆地石炭系卡拉沙依组砂泥岩段为研究对象,通过野外剖面勘测、钻井岩心观察、测井曲线解释分析,认为砂泥岩段是一个具有完整海侵至海退旋回的标准Ⅰ型层序,相当于三级海平面旋回沉积地层.砂泥岩段由低位体系域(LST)、海侵体系域(TST)与高位体系域(HST)组成.低位体系域发育冲积扇沉积体系,海侵体系域主要为扇三角洲、潮坪、泻湖、蒸发坪及局限台地组成的沉积体系,高位体系域由扇三角洲、潮坪、蒸发坪及局限台地组成的沉积体系.一个完整的海平面相对升降旋回导致盆地不同时期、不同地区沉积特征不同,各体系域沉积特征揭示了砂泥岩段沉积演化过程.     

中国碳硅泥岩型铀矿床成矿规律探讨

碳硅泥岩型铀矿床是中国重要工业铀矿床类型之一。这类矿床具有明显的层控、构造控矿等一系列地质特征。矿床主要分布于古陆、古岛、古水下隆起边缘部位，产于地台边缘及邻近该边缘的显生宙（加里东－印支）地槽褶皱区内。铀成矿时代主要集中于白垩－第三纪。碳硅泥岩中铀成矿的时空分布规律与中国有关地区地壳演化及地壳运动有关，特别是与燕山－喜马拉雅期所发生的构造（构造－岩浆）活化改造密切相关。     

砂泥岩薄互层测井资料解释方法

从分析薄互层的特征入手,采用反褶积方法对单条测井曲线做提高分辨率的处理,并调整电阻率测井曲线,使其与提高了分辨率的泥质含量及孔隙度测井曲线的纵向分辨率协调、在此基础上,按一定的解释模型计算出孔隙度和饱和度等参数。实际计算表明,本方法改善了储集参数的评价,降低了含水饱和度。     

陆相油藏中砂泥岩互层时移地震遮掩效应及其对时移地震资料解释的影响

从差异波形特征的角度出发,分析时移地震差异波形特征与砂泥岩互层油藏中油层速度变化的关系。通过建立由5层地层组成的楔形地质模型,运用褶积公式及时移地震求差公式,得到泥岩速度为2 400 m/s和砂岩速度为2 700m/s条件下,互层中砂岩速度变化±150 m/s的时移地震响应。研究结果表明:砂泥岩互层的差异波形是一个多峰复合波,泥岩夹层的厚度是决定差异波形特征的一个主要因素,并且存在一个临界值,即四分之一主波长;如果泥岩夹层的厚度小于这一临界值,就会发生遮掩效应,即顶部油层的时移地震响应可以掩盖中、下部油层的时移地震响应。     

层厚比对水平砂泥岩互层岩体抗剪强度参数的影响

现有标准规定砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数,当层厚在5 m以下时按泥岩取值,对不同工程场景、不同的层厚比例关系未做进一步区分。引入泥岩层厚与砂岩层厚之比,即层厚比,利用FLAC3D建立不同层厚比的水平砂泥岩互层岩体三轴数值试验模型,探索了层厚比对水平砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数和变形特征的影响规律。结果表明:当岩层总厚度不变,层厚比以0.75为界,当层厚比小于0.75时,层厚比越小岩体黏聚力越大,反应砂岩对岩体黏聚力有增大效应,在此区间内水平砂泥岩互层岩体黏聚力可按1～4倍的泥岩黏聚力取值;同样,岩体内摩擦角仅按泥岩取值也不客观,但其随层厚比的变化规律不明显。当层厚比大于0.75时,水平砂泥岩互层岩体抗剪强度参数按泥岩取值是可行的。当层厚比不变,层厚对水平砂泥岩互层岩体的抗剪强度参数有明显影响,层厚比小于0.2时,互层岩体的黏聚力随层厚变化较大;层厚比大于0.2时,互层岩体的黏聚力随层厚的变化较小,可按泥岩取值。层厚比小于0.75时,互层岩体的内摩擦角随层厚变化较大;层厚比大于0.75时,岩体内摩擦角随层厚的变化较小,可按泥岩取值。水平砂泥岩互层岩体的变形特征也同岩体层厚比和层厚有关。层厚比较小时,岩体变形发生在砂岩层,破坏范围较大;随着层厚比的增大,其变形破坏发生在软岩部分,硬岩部分基本不出现变形或出现少量变形;若岩体层厚比不变,层厚减小,岩体的变形范围变大。     

陆相汕藏中砂泥岩互层时移地震遮掩效应及其对时移地震资料解释的影响

从差异波形特征的角度出发,分析时移地震差异波形特征与砂泥岩互层油藏中油层速度变化的关系.通过建立由5层地层组成的楔形地质模型,运用褶积公式及时移地震求差公式,得到泥岩速度为2 400 m/s和砂岩速度为2 700 m/s条件下,互层中砂岩速度变化±150 m/s的时移地震响应.研究结果表明砂泥岩互层的差异波形是一个多峰复合波,泥岩夹层的厚度是决定差异波形特征的一个主要因素,并且存在一个临界值,即四分之一主波长;如果泥岩夹层的厚度小于这一临界值,就会发生遮掩效应,即顶部油层的时移地震响应可以掩盖中、下部油层的时移地震响应.     

岩腔后退近水平砂-泥岩互层危岩稳定性研究

岩腔后退是三峡库区重庆段近水平砂-泥岩危岩稳定性改变的关键。基于岩腔平行后退理论,提出了岩腔泥岩后退的剪切破坏和拉破坏力学机制,考虑岩腔后退参数提出了3类危岩体稳定性计算方法,结合重庆万州太白岩危岩稳定性计算得到如下结论:采用本文方法计算得出滑塌式危岩W12、倾倒式危岩W22、坠落式危岩W4处于稳定状态,倾倒式危岩W59处于欠稳定状态,而坠落式危岩W16处于基本稳定状态,这与2008~2013年现场监测情况相吻合。针对滑塌式危岩W12讨论得出,最小主应力随时间呈线性降低趋势,随着最小主应力持续降低,泥岩先产生剪切破坏后发生拉破坏,泥岩破裂角随着最小主应力降低不断降低;随着岩腔深度加大,稳定系数呈凹曲线降低趋势,岩腔后退是危岩失稳的根本原因;存在一临界岩腔深度,此岩腔深度下危岩将发生失稳破坏,并可据此预测危岩失稳时间。     

不同煤体结构煤的水力压裂裂缝延伸规律

查明不同煤体结构煤水力压裂时裂缝延伸规律能为合理井网部署奠定基础。以沁水盆地柿庄区块为研究对象,对钻井煤心裂隙进行观测,划分出4种裂隙发育程度煤。基于岩体力学理论,建立了水力压裂过程中裂缝尖端应力场计算模型和水力裂缝能否穿过天然裂隙的判断准则。根据煤层气井实测资料,验证了理论分析的可靠性,得出了不同煤体结构煤的水力压裂裂缝延伸规律。结果表明：考虑诱导应力前后,2组天然裂隙发育煤的水力裂缝延伸规律不同,随着缝长增加,诱导应力随之增大,水力裂缝单一延伸方向变为双向延伸;1组天然裂隙发育煤的发育方向与最大主应力方向夹角较小,导致考虑诱导应力前后水力裂缝的延伸方向变化不明显,整体延伸趋于天然裂隙发育方向;在粒状偶见及粉状无裂隙发育煤中,水力裂缝总是沿着最大主应力方向延伸。研究成果为该区不同应力和裂隙发育下井网合理布置提供了理论依据。     

Spatial analysis of extension fracture systems: A process modeling approach

Little consensus exists on how best to analyze natural fracture spacings and their sequences. Field measurements and analyses published in geotechnical literature imply fracture processes radically different from those assumed by theoretical structural geologists. The approach adopted in this paper recognizes that disruption of rock layers by layer-parallel extension results in two spacing distributions, one representing layer-fragment lengths and another separation distances between fragments. These two distributions and their sequences reflect mechanics and history of fracture and separation. Such distributions and sequences, represented by a 2 × nmatrix of lengths L,can be analyzed using a method that is history sensitive and which yields also a scalar estimate of bulk extension, e(L).The method is illustrated by a series of Monte Carlo experiments representing a variety of fracture-and-separation processes, each with distinct implications for extension history. Resulting distributions of e(L) are process-specific, suggesting that the inverse problem of deducing fracture-and-separation history from final structure may be tractable.     

基于黄土结构损伤的地裂缝局部化破裂发展机制

针对西安地裂缝活动条件下黄土覆盖层裂缝的发展与形成,依据黄土的构度和应力比结构性参数变化规律,分析了黄土构度和抗拉强度之间的关系,建立了黄土结构性演变的数学模型,抗拉强度与抗剪强度随结构性参数变化强度准则,以及反映黄土结构性演变的Mohr-Coulomb屈服面弹塑性模型.通过本构模型嵌入FLAC3D软件,数值模拟西安地裂缝活动边界条件,以及结构性黄土地层结构,进行了黄土结构损伤变化和地层破裂带形成发展分析研究.表明地裂缝错动位移作用条件下,黄土地层塑形区域破裂带发展分为初始剪切破坏、初始拉伸破坏、剪切与拉伸破坏发展、破裂带贯通四个阶段;地层破裂带黄土的结构性损伤衰减变化突出,黄土应力比结构性参数等值线与地层塑性破裂带分布一致.揭示的黄土地层局部化破裂发展过程机制,对于认识地裂缝造成地面建筑物与地下工程灾害有重要的理论和实际意义.     

方家庄地裂缝成因探讨

在实地调查掌握区内地裂，房裂时空分布的基础上，结合对地质环境，水文地质条件，地下开采过程及地面变形与地裂关系的研究，确定了本区地裂缝的非构造属性。并利用地下水系统理论和太沙基因结原理进行了地裂缝成因机制的探讨，认为该区地面升降是导致地裂发生的直接原因，粘性土层是地面变形的物质基础，大强度交流量开采奥灰水是地面变形的主导因素，地下水系统功能和松散层厚度，岩性在横向上的变化，是地面不均匀变形的充要条件，当地面变形程度达到足以使土体完整性坡坏时，地裂缝便在区内应力集中的部位显现。     

湛江组结构性黏土区域微观结构特性研究

形成于早更新世的湛江组地层广泛分布于雷州半岛地区,其最为典型的灰色黏土因具有强结构性,在实际工程中出现了一系列岩土工程问题,为众多学者所关注。根据地层学研究结果,雷州半岛各区域的湛江组灰色黏土具有不同沉积环境。由于地质成因的差异,灰色黏土在不同区域表现出不同的工程特性。工程实际中,灰色黏土工程特性的区域性,使得工程界及研究者对于该土层的工程力学效益更是难以掌握。利用X射线衍射试验及电镜扫描试验,研究了不同区域灰色黏土的矿物成分及含量、微结构等微观结构特性。结果表明：不同沉积环境灰色黏土矿物成分及含量存在区域性差异,各矿物成分按照不同比例组合,形成的土体微结构区域特性明显。灰色黏土具有强结构性微观机制的揭示及区域差异性的分析,有利于对该层黏土的全面认知和利用。     

岩石类材料疲劳破坏裂纹扩展分析的数值方法

在进行岩石类材料疲劳断裂破坏的数值分析时,将损伤力学将裂纹形成与裂纹扩展两个过程有机结合在一起。根据裂纹形成阶段的疲劳曲线（S-N）,描述疲劳发展的损伤演变方程,提出了疲劳裂纹扩展的数值计算方法。建立了扩展阶段中裂纹尺寸与载荷循环次数之间的关系,从而将裂纹萌生与扩展这两个独立过程纳入一个统一的理论体系。该方法与断裂力学结合计算出的疲劳寿命与试验值相吻合。     

应力波在非线性结构面介质中的传播规律

用切线刚度和法线刚度描述结构面特性,研究结构面初始刚度、频率、法向闭合量与其最大允许闭合量的比值对透射系数的影响。采用基于连续介质的块体离散元程序（CDEM）模拟结构面发生非线性变形条件下块体响应,研究结果表明,应力波在岩体中传播是一个传播和块体响应的过程,结构面的存在影响了应力波传播和响应,存在一个特征频率能够有效反映结构面刚度变化,给出了近似计算该特征频率的表达式,对岩体结构探测具有一定的指导意义。     

“不协调伸展”作用下裂陷盆地断层的形成演化模式

应用“不协调伸展”的目标砂箱模拟实验成果和新的脆性断裂力学模型——“不协调性准则”,分析了裂陷盆地断层形成和演化的控制影响因素,建立了裂陷盆地断裂系统形成和演化的新模式——“不协调伸展”模式。该模式显示：“不协调伸展”的递进变形过程是导致裂陷盆地断裂系统的复杂性的根本原因,实质是不同方向、性质和规模的基底先存构造(主要是先存断裂)的活动性方面存在差异,导致所控制形成的断层在走向、形成的先后次序、规模等方面存在差异,从而形成复杂的断层组合;“不协调伸展”模式是裂陷盆地断裂系统形成和演化的基本型式,复杂的断裂系统可以在方向不变的区域伸展构造作用下在递进变形过程中逐渐形成;裂陷盆地断裂系统虽然比较复杂,但断层的形成和演化是有序的,分布是有规律的,可以通过“不协调性准则”加以分析和预测。     

“不协调伸展”作用下裂陷盆地断层的形成演化模式

应用“不协调伸展”的目标砂箱模拟实验成果和新的脆性断裂力学模型——“不协调性准则”,分析了裂陷盆地断层形成和演化的控制影响因素,建立了裂陷盆地断裂系统形成和演化的新模式——“不协调伸展”模式。该模式显示：“不协调伸展”的递进变形过程是导致裂陷盆地断裂系统的复杂性的根本原因,实质是不同方向、性质和规模的基底先存构造(主要是先存断裂)的活动性方面存在差异,导致所控制形成的断层在走向、形成的先后次序、规模等方面存在差异,从而形成复杂的断层组合;“不协调伸展”模式是裂陷盆地断裂系统形成和演化的基本型式,复杂的断裂系统可以在方向不变的区域伸展构造作用下在递进变形过程中逐渐形成;裂陷盆地断裂系统虽然比较复杂,但断层的形成和演化是有序的,分布是有规律的,可以通过“不协调性准则”加以分析和预测。     

长庆气田马五1储层裂缝特征及控制因素探讨

长庆气田主力气层为马五₁,其储层中裂缝类型主要有垂直缝、斜交缝、水平缝及网状缝。虽然马五1储层中裂缝类型多,破裂期次多,但对储层渗流作用有较大影响的裂缝主要有两大类,即构造破裂裂缝和风化破裂裂缝。马五1储层的裂缝形成期主要有三期,第一期为加里东期,形成各类风化缝 ;第二期为燕山中期构造运动,是一次重要的构造破裂期 ;第三期为燕山晚-喜山早期构造运动。通过对裂缝形成的地质因素研究得出:风化缝主要与风化岩溶作用形成地貌条件有关,其次与岩层产状等因素有关 ;构造缝的形成与古应力场条件及岩石本身的力学属性有关