2019年 第25卷 第4期
    刊出日期:2019
      
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  • 2019.25(4):0-0[摘要(20)][PDF(29)14.11 M][HTML()]

    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.001

  • 2019.25(4):0-0[摘要(20)][PDF(35)439.32 K][HTML()]

    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.000

  • 黄启文,李阿伟
    2019.25(4):453-458[摘要(41)][PDF(14)10.31 M][HTML(15)]

    根据标准晶格模型理论,在高应力作用下,岩石的Si-O键最外层电子将被挤入晶格间隙里,松散外逸的电子云在电场中将产生直流电流(DC),进而吸收电磁波,转换成交流电流(AC)。
    直流电流来源于量子力学穿隧效应电子和断键电子。穿隧效应电子的形成过程和原理:氧原子的最外电子被束缚在浅位能井(shallow potential well)(0.38 V),当高应力作用时,电子吸收部分能量,增加其动能,虽然这种轻微的动能增加不足以使电子克服并跳出它的位能井(potential well),但它足以增加穿过井壁(well wall)进入晶格空隙间的概率,这个概率乘以可用氧原子的数目即为由于隧穿效应形成电子云的电子数量,其量级通常为微微库伦(picocoulombs)到纳米库伦(nanocoulombs)。断键电子的形成过程和原理:从微裂纹开始断裂键释放电子,并且裂纹成核点极可能开始是平行排列的,每当Si-O键断裂时,就会产生一个+Si悬键,伴随着一个自由电子附着在-O原子上,这个电子将从原子跃迁到原子,这种电子电流与裂纹的表面积和电池电极的收集效率成正比。断键形成的电子云比穿隧效应多很多。
    两种电子均被试验所证实。在高应力条件下岩石破裂之前,由电子穿隧效应,DC缓慢增加,随着岩石破裂的发生而导致断键电子增多,DC急剧增加;AC的电压振幅(V)随电流(I)增大而减小,当电流减小到正常时,在岩石破裂后电压振幅回归正常;遵守能量守恒原理,吸收的电磁波能量(E)与交流电流功率(V×I)相等,即E=V×I。
    研究结果表明电磁波监测可用于探测地壳高应力变化和岩石破裂特征,当应力达到岩体断裂的临界强度时,其应变晶体结构开始释放越来越多的外逸电子,最终岩体晶体结构断裂产生一个地震或滑动事件。岩石破裂的电磁性能变化研究可用于研发电磁波地学监测仪器,电磁波监测可以作为地应力监测的一种补充和对比分析方法,两种方法相结合比地应力监测一种方法更可靠。此外,在高应力条件下岩石还有其它现象:应变蠕变辐射、光发射、声发射、静电等,这些现象的观测也是预测地质事件需要考虑的条件。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.042

  • 李兵,丁立丰,王建新,侯砚和,谢富仁
    2019.25(4):459-466[摘要(69)][PDF(68)6.86 M][HTML(13)]

    为查明蓬莱近海岸的地应力状态,开展了2个钻孔(深度小于200m)的水压致裂地应力测量工作,并与长岛附近海域3个钻孔的地应力状态进行了对比,采用回归分析方法,分析了该地区地应力随深度变化的特征,结合最大剪应力与平均主应力之比(μm)和侧压力系数(K')探讨了研究区的断层稳定性。结果表明:蓬莱近海岸和长岛海域的地应力状态基本一致,最大水平主应力方向主要表现为北东东至东西向,这与华北的区域应力场相一致;水平应力的梯度大于环渤海圈的平均地应力梯度;研究区浅部三向主应力相对大小以SH > Sh > Sv为主,这有利于逆断层的活动;研究区K'值和μm值均较高,分布区间分别为:2.76~3.98和0.47~0.59;陆区断层与区域应力方向均以较大角度相交,处于稳定的状态;海域的北西西向和北东向断层与区域应力场的方向夹角较小,如果区域应力持续增强,将有利于走滑断层的活动,这与震源机制以走滑型地震为主相符。研究结果对研究区内断层稳定性的评价和重大工程的设计及施工都具有重要参考意义。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.043

  • 孟宪波,徐佑德,张曰静,商丰凯,李静,孙鲁宁,郑海东
    2019.25(4):467-474[摘要(24)][PDF(38)11.34 M][HTML(8)]

    地应力是储层改造方案设计、提高油气勘探开发效率的重要指标。致密储层所处环境复杂,需要综合考虑温度-应力-渗流多场耦合作用的影响。为此,以准噶尔盆地中部4区块某三维区致密储层为例,基于COMSOL Multiphyics软件,建立了温度-应力-渗流耦合控制方程,研究了多场耦合作用下研究区致密储层地应力场的变化规律。研究结果表明:研究区最大水平主应力范围在113~134 MPa之间,最小水平主应力范围在106~124 MPa之间,均表现为压应力;在油气开采过程中,最大水平主应力先增大后趋于稳定,随着油气开采的深入,应力变化范围逐渐由井口周围向附近断层延展,并且优先沿着断层的开裂方向发展;在断层的破碎过渡区应力值最小,断层核部应力值介于破碎过渡区与连续地层之间;随着油气开采的深入,致密储层会发生竖向变形,储层最大竖向变形出现在井口附近,位移量超过10 cm,随着距离变远,沉降量不断减小。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.044

  • 杨峰,王昊,黄波,李晓倩,张超,肖春金,李静
    2019.25(4):475-482[摘要(22)][PDF(43)8.84 M][HTML(4)]

    认识低渗透储层的渗流特征对油气开采和储层改造具有重要意义。为此,研究利用微CT扫描技术对致密砂岩岩样进行扫描,据此建立了能够精细刻画岩样的微观模型,运用COMSOL模拟了流体在岩石孔隙中的渗流特征,研究了致密砂岩的渗流特征及应力敏感性。研究结果表明:流体入口和出口间压差固定时,岩石的渗透率保持不变,与入口出口压力的具体数值无关;不同方向的岩石模型计算渗透率处在同一数量级但有微小差异;在侧向压力作用下,渗流路径变窄,通过渗流路径的整体速度下降,渗透率下降,但在孔隙相对较大的地方,由于路径变窄,流体速度较未加压力前略有上升。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.045

  • 宋子怡,王昊,李静,孙鲁宁,张加太,刘晨
    2019.25(4):483-491[摘要(22)][PDF(36)13.11 M][HTML(5)]

    裂缝是影响储层高产、稳产的重要因素,而储层处在复杂的地质环境中,裂缝的形成和发育受众多因素的影响,研究各因素间的耦合作用对储层裂缝发育的影响,对指导油气勘探开发具有重要意义。为此,针对任丘油田任11井区雾迷山组碳酸盐岩储层进行了渗流-应力耦合作用对储层裂缝发育的影响研究。研究结果表明:未考虑渗流-应力耦合作用时,研究区最大水平主应力范围为82~100 MPa,从西南到东北逐渐增大;最小水平主应力范围为72~88 MPa,从研究区中心向西南、东北两侧逐渐递增;考虑耦合作用后,研究区最大水平主应力范围为84~102 MPa,最小水平主应力范围为76~91 MPa,最大及最小水平主应力增加。渗流-应力耦合作用后,研究区裂缝发育指数分布在0.027~1.156之间,山头顶部和近东西向断层的内部区域裂缝发育指数在0.7左右,为裂缝较发育区域;而研究区西南和东北边缘区域裂缝发育指数在0.2以下,为裂缝欠发育区域。随着耦合作用时间的增长,储层裂缝发育指数逐渐增大,在注入井和产油井附近区域的裂缝发育指数增大幅度尤为明显;储层裂缝线密度也呈增大趋势,仅产油井周围的裂缝线密度呈现为先减小后增大的趋势;未考虑耦合作用时的储层裂缝参数小于考虑耦合作用后的裂缝参数,说明仅考虑应力场进行储层裂缝预测所得结果偏小。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.046

  • 刘惠民,郑金凯,赵文山,杜振京,李静,王昊
    2019.25(4):492-500[摘要(24)][PDF(39)6.31 M][HTML(4)]

    储层岩石脆性评价是储层压裂改造方案设计的重要基础工作,对储层压裂改造效果有着重要影响。以准中地区深层致密砂岩储层为研究对象,开展了0~90 MPa多级围压下的岩石三轴试验,分析了围压变化对于岩石脆性的影响。针对现有脆性指数对目标储层岩石脆性评价效果不理想的情况,基于应力-应变曲线中的能量转化关系建立了新的脆性指数模型,包括岩石峰前峰后脆性指数和综合脆性指数。研究结果表明:试验围压对岩石脆性评价有着显著影响;岩石峰前脆性随围压增大先增加后减小,峰后脆性和综合脆性随围压增大而递减;研究区储层含砾细砂岩的脆性较细砂岩的脆性小,脆性差异主要表现在峰后脆性。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.047

  • 张盛生,张磊,田成成,蔡敬寿,唐保春
    2019.25(4):501-508[摘要(24)][PDF(46)12.92 M][HTML(6)]

    青海共和盆地贮藏有丰富的干热岩地热资源。为提升共和盆地干热岩地热资源成因的理论认识,进一步推动干热岩资源的勘探,文章从共和盆地干热岩热源机制、盖层条件、储层特征等方面对共和盆地干热岩资源成因件进行了全面分析。首先,结合区域地质构造分析、地热地质调查、地球物理(航磁、地震)解译等手段,在共和盆地恰卜恰岩体内实施了4口深度为2927~3705 m的干热岩勘查孔,并在3705 m处钻获236℃的优质干热岩资源,为中国非现代火山区干热岩地热资源勘探的首个重大突破。其次,系统测试了钻孔不同深度花岗岩放射性,结果表明,共和盆地花岗岩体铀、钍、钾放射性含量略高于大地背景值,放射性生热率较低,对干热岩热源的贡献小,其热源可能来自壳内熔融体。第三,基于地质资料分析和航磁解译,圈定了共和盆地总体面积约1.4×104 km2的潜在干热岩分布区。最后,采用体积法评估了共和盆地干热岩资源潜力,结果表明,共和盆地3.0~6.0 km深度范围保守的、静态干热岩资源总量为8974.74×1018 J,换算标准煤可达3066.19×108 t,具有广阔的开发利用前景。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.048

  • 宋明水,刘振,张学才,汪勇,李静,杨飞跃
    2019.25(4):509-517[摘要(19)][PDF(30)6.64 M][HTML(5)]

    储层可压裂性评价是储层改造方案设计的重要依据,影响致密砂岩可压裂性的主要因素有天然裂缝、砂岩脆性、水平应力差异、断裂韧性等。研究以准噶尔盆地中部1区块Z109井侏罗系致密砂岩为例,综合考虑天然裂缝、砂岩脆性、水平应力差异、断裂韧性四种影响因素,采用改进的层次分析和熵值法相结合的方法进行了致密砂岩储层可压裂性评价。研究结果表明:可压裂性指数越大,致密砂岩储层越易于压裂,压裂时越能获得较复杂的裂缝网络;可压裂性指数大于0.44,砂岩脆性高,断裂韧性小,裂缝发育程度高,水平差异系数小的储层段为Ⅰ级优质压裂层;可压裂性指数大于0.44,砂岩脆性高,断裂韧性小,裂缝发育程度低,水平差异系数大的储层段为Ⅱ级可压裂层;研究区Z109井4036~4039 m、4062~4067 m、4214~4218 m和4260~4272 m为Ⅰ级优质压裂层,4093~4108 m和4284~4313 m为Ⅱ级可压裂层。研究成果可为致密砂岩压裂改造提供科学依据。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.049

  • 李树博,姜伟,张效恭,王爱霞
    2019.25(4):518-526[摘要(23)][PDF(33)16.22 M][HTML(9)]

    塔里木盆地巴楚凸起H气田奥陶系储层是低孔低渗裂缝型碳酸盐岩储层,裂缝系统作为储层渗流通道,其空间分布和主要控制因素复杂,具有多期次叠加和演化的特征。文章采用岩心描述、镜下观察、成像解释等手段分析H气田奥陶系碳酸盐岩裂缝发育特征,明确裂缝主要控制因素,建立了裂缝演化序列。结果表明:巴楚凸起H气田奥陶系以剪切缝为主,张性缝次之,张剪缝最少,裂缝发育的主要控制因素为断层、褶皱及岩性等,与断层相关的裂缝主要发育在距断层460 m的范围内;地层变形程度越强,裂缝越发育;裂缝发育程度还受岩性的控制,灰岩的粒径或晶粒越大,构造裂缝越发育。根据已有碳氧同位素测试研究成果,并结合岩心观察发现:H气田奥陶系构造裂缝至少经历了三期演化活动,分别为加里东运动中期少量低角度北东东向和北北西向剪切缝发育期,海西运动晚期中-高角度北西西向张性缝和北东东向、北西向张剪缝以及南北向、北东向中-高角度剪切缝发育期,喜马拉雅运动早期大量高角度北东东向、北北东向剪切缝发育期,主要造缝期为喜马拉雅运动早期。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.050

  • 胡晓波,樊晓一,唐俊杰
    2019.25(4):527-535[摘要(28)][PDF(43)17.72 M][HTML(4)]

    高速远程滑坡-碎屑流运动速度、堆积特征和能量转化是研究其致灾机制的重要因素,而模型试验、野外调查并不能全面揭示其成灾机理。文章以三溪村滑坡为例,采用PFC3D离散元模拟方法,揭示滑坡运动过程中的前部、中部和后部岩土体的速度演化分布、堆积特征和能量转化关系。研究结果表明:三溪村滑坡的残余摩擦系数为0.2时,模拟结果与实际堆积特征一致。前部、中部、后部岩土体到峰值速度存在差异,前部岩土体速度分布表现为显著的单峰型特征,而后部岩土体速度分布为双峰型特征。滑坡不同部位的岩土体堆积呈现层序分布;滑坡重力势能的转化中,摩擦耗能占总能量的52%,动能峰值时刻仅有15%的重力势能转化为动能。研究结果可为高速远程滑坡的运动机理分析和防灾减灾治理工程提供重要参考。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.051

  • 王磊,李孝波,苏占东,常晁瑜,彭达
    2019.25(4):536-543[摘要(28)][PDF(41)13.90 M][HTML(3)]

    受特殊的地质地貌和大地构造背景影响,历史上多次强震在宁夏西吉县诱发了大量的黄土-泥岩接触面滑坡,给当地人民生命财产安全带来严重威胁。因此,探明这类滑坡的地层结构、基岩面埋深及空间展布情况,对进一步开展黄土-泥岩接触面滑坡的形成机理和危险性评价研究具有重要意义。文章利用高密度电法对宁夏西吉县苏堡村滑坡进行探测,并结合钻孔资料进行了验证。勘察结果表明:电阻率参数能够很好的反应研究区的地层分布特征,表层疏松干燥的黄土为高阻反映,随着埋深增加,含水量较大的黄土呈现出低阻反映,在黄土与泥岩接触带饱水区呈现低阻反映。高密度电法在黄土-泥岩接触面滑坡勘察中具有较好的适应性,能为进一步分析滑坡机理和防治提供可靠的地球物理依据。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.052

  • 周静静,张晓敏,赵法锁,李辉,刘海南
    2019.25(4):544-553[摘要(27)][PDF(37)24.53 M][HTML(4)]

    陕西省是中国地质灾害最严重的省份之一,而陕南秦巴山区地质灾害灾情尤为严峻,因此进行地质灾害危险性评价对指导防灾减灾工作意义重大。文章以陕南秦巴山区为研究区,基于GIS技术与2001-2016年研究区地质灾害灾情数据,分析研究了区内地质灾害与各指标因子之间的敏感性关系,并确定了高程、岩土体类型、断裂构造、降雨等7个影响地质灾害发生较大的因子作为区域地质灾害危险性评价指标。其次,以各指标条件下地质灾害数量和累计发生频次曲线斜率的突变为依据,对评价指标因子进行状态分级。最后,运用信息量法建立栅格数据模型展开区域地质灾害危险性评价。研究结果表明:高危险性、较高危险性、中危险性的地区占研究区总面积的百分比分别为10.52%、28.31%、30.19%,区内地质灾害点的空间分布与地质灾害危险性评价结果基本一致,信息量模型的预测精度为90.16%。文章将经验知识与数据驱动的分析方法相结合,应用于较大范围的地质灾害危险性区划,研究结果可为区域地质灾害防治工作提供参考依据。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.053

  • 李晓乐,杨为民,程小杰,周俊杰,张树轩,吴玉涛,于鸿坤
    2019.25(4):554-562[摘要(25)][PDF(56)20.87 M][HTML(4)]

    张家口宣化地区存在大量具有潜在危险的松散矿渣堆积体,文章以该地区具有代表性的响水沟松散矿渣堆积体为研究对象,对矿渣的颗粒组成、矿物成分、力学性质等进行详细的室内试验研究,结果表明:矿渣堆积体属砾质砂土,粘粒含量少,且级配不良,松散易流动。同一干密度下,随含水率增加,矿渣抗剪强度先增大后减小,当含水率为15%时,其粘聚力最低,表明响水沟矿渣堆积体失稳启动下滑的界限含水率可能在15%左右。综合以上分析结果,拟合得到粘聚力与含水率关系公式,初步预测矿渣碎屑流启动下滑的临界含水率。这一认识对该区矿渣堆积体的稳定性评价及碎屑流灾害预警有重要意义。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.054

  • 乔二伟,彭华,马秀敏
    2019.25(4):563-573[摘要(26)][PDF(48)15.70 M][HTML(3)]

    渤海海峡跨海通道是连接中国山东半岛与辽东半岛重要的交通运输干线工程,该通道的建成对于推动环渤海地区经济的快速发展及振兴东北老工业基地具有重要意义。而通道区域的围岩条件及岩石的力学性质对于该工程施工方案的优选十分重要。通过区域地质调查、海域地层钻探和地层剖面实测以及岩石力学性质分析表明:通道区域内出露的地层从上到下依次为第四系、新近系与上元古界;其中第四系厚10~120 m,主要是一些松散的沉积物,没有隔水层,稳定性差;新近系不发育,仅在局部地区零星分布,主要由大孔隙的玄武岩构成,其抗压强度等岩石力学性质指标偏低,且低于正常值;而上元古界则由石英岩与石英岩互层的板岩和千枚岩构成,石英岩稳定、坚硬,抗压强度和抗剪强度大,板岩和千枚岩属于软质岩石,遇水易软化。因此,在已有的"全隧道"和"南桥北隧"两种方案基础上,建议渤海海峡跨海通道"北隧"段采用深埋隧道法,即该隧道不仅应穿越上部的第四系和新近系,还要穿越上元古界与石英岩互层的的板岩和千枚岩,而设置于石英岩中。根据通常采用的利用围岩确定隧道最小埋深的挪威法,建议北段隧道的最小埋深应在65 m左右。另外,由于石英岩比较坚硬,因此,渤海海峡跨海通道工程宜采用钻爆法和TBM法进行施工。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.055

  • 郑光高,崔建军,刘晓春,陈少锋,曲玮,乔建新,陈龙耀,赵文平,李淼,刘林
    2019.25(4):574-589[摘要(25)][PDF(46)26.61 M][HTML(4)]

    陕西西乡县广泛出露的晋宁期岩浆岩是研究和理解扬子克拉通基底地质演化的一个窗口。通过对西乡县龙王塘地区的辉长岩体、花岗岩脉和钠长斑岩脉进行锆石U-Pb定年和原位Lu-Hf同位素分析,确定了岩浆侵位时代,揭示了岩浆源区特征。年代学研究结果表明,辉长岩体和花岗岩脉的侵位时间分别为(863.6±4.4)Ma和(863.6±3.8)Ma,是新元古代岩浆作用的产物。在两条钠长斑岩脉中识别出(905.2±8.2)Ma、(807.0±8.9)Ma和(762.5±4.2)Ma三组锆石年龄,第一组为继承锆石的年龄,后两组年龄分别代表两条岩脉的侵位时代。综上可知,龙王塘地区存在~864 Ma、~807 Ma和~763 Ma三期岩浆作用,以及早期(~905 Ma)构造热事件,岩浆作用具有长期性和多阶段性特征。Lu-Hf同位素分析结果表明,辉长岩体和脉岩的εHft)平均值介于+7.1~+10.0之间。对已有地质资料进行综合分析发现,汉南地区的绝大多数新元古代岩体的εHft)为正值,具有随时间偏离亏损地幔线,接近球粒陨石线的基本演化趋势。上述锆石U-Pb年龄和原位Lu-Hf同位素结果表明,龙王塘地区出露的新元古代岩浆岩起源于亏损地幔或新生地壳的部分熔融,形成于活动型大陆边缘环境。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.056

  • 李瑞强,贺承广,陈泳霖,姚帅,王坤,李兰兰
    2019.25(4):590-606[摘要(26)][PDF(46)13.22 M][HTML(5)]

    西昆仑塔什库尔干地块马尔洋一带发育一期中寒武世花岗质岩浆活动,岩石类型为片麻状花岗闪长岩和二长花岗岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb测年表明,其侵入时代分别为(506.0±6.8)Ma和(514.0±9.3)Ma。岩石SiO2含量为67.83%~75.76%,具中高钾、准铝质-弱过铝质等特征;岩石稀土总量与平均陆壳相当(∑REE=90.85×10-6~186.10×10-6),轻、重稀土分馏程度较强((La/Yb)N=5.38~22.43),负Eu异常明显(δEu=0.42~0.71);微量元素以富集Rb、K、Ba、Th、U等大离子亲石元素和亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素为特征。地质学及岩石地球化学特征指示该期花岗岩属准铝质到弱过铝质高分异I型花岗岩,锆石饱和温度指示其为高温岩浆岩,总体具有壳幔混源的特征,富云包体指示壳源成分占有较大的比例。该期花岗岩与邻区中-晚寒武世中酸性侵入岩指示塔什库尔干-甜水海地块南缘很可能存在一条中寒武世以来的岩浆弧带,其可能为在原特提斯(有限)洋盆于中寒武世向北俯冲、消减背景下幔源物质上涌底侵加热古老陆壳进而发生部分熔融的产物。这也预示着塔什库尔干地区在经过震旦纪-早寒武世伸展裂解阶段之后,于中-晚寒武世其大地构造环境及地球动力学背景发生了重大转折。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.057

  • 2019.25(4):0-0[摘要(20)][PDF(29)14.11 M][HTML()]

    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.001

  • 2019.25(4):0-0[摘要(20)][PDF(35)439.32 K][HTML()]

    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.000

  • 黄启文,李阿伟
    2019.25(4):453-458[摘要(41)][PDF(14)10.31 M][HTML(15)]

    根据标准晶格模型理论,在高应力作用下,岩石的Si-O键最外层电子将被挤入晶格间隙里,松散外逸的电子云在电场中将产生直流电流(DC),进而吸收电磁波,转换成交流电流(AC)。
    直流电流来源于量子力学穿隧效应电子和断键电子。穿隧效应电子的形成过程和原理:氧原子的最外电子被束缚在浅位能井(shallow potential well)(0.38 V),当高应力作用时,电子吸收部分能量,增加其动能,虽然这种轻微的动能增加不足以使电子克服并跳出它的位能井(potential well),但它足以增加穿过井壁(well wall)进入晶格空隙间的概率,这个概率乘以可用氧原子的数目即为由于隧穿效应形成电子云的电子数量,其量级通常为微微库伦(picocoulombs)到纳米库伦(nanocoulombs)。断键电子的形成过程和原理:从微裂纹开始断裂键释放电子,并且裂纹成核点极可能开始是平行排列的,每当Si-O键断裂时,就会产生一个+Si悬键,伴随着一个自由电子附着在-O原子上,这个电子将从原子跃迁到原子,这种电子电流与裂纹的表面积和电池电极的收集效率成正比。断键形成的电子云比穿隧效应多很多。
    两种电子均被试验所证实。在高应力条件下岩石破裂之前,由电子穿隧效应,DC缓慢增加,随着岩石破裂的发生而导致断键电子增多,DC急剧增加;AC的电压振幅(V)随电流(I)增大而减小,当电流减小到正常时,在岩石破裂后电压振幅回归正常;遵守能量守恒原理,吸收的电磁波能量(E)与交流电流功率(V×I)相等,即E=V×I。
    研究结果表明电磁波监测可用于探测地壳高应力变化和岩石破裂特征,当应力达到岩体断裂的临界强度时,其应变晶体结构开始释放越来越多的外逸电子,最终岩体晶体结构断裂产生一个地震或滑动事件。岩石破裂的电磁性能变化研究可用于研发电磁波地学监测仪器,电磁波监测可以作为地应力监测的一种补充和对比分析方法,两种方法相结合比地应力监测一种方法更可靠。此外,在高应力条件下岩石还有其它现象:应变蠕变辐射、光发射、声发射、静电等,这些现象的观测也是预测地质事件需要考虑的条件。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.042

  • 李兵,丁立丰,王建新,侯砚和,谢富仁
    2019.25(4):459-466[摘要(69)][PDF(68)6.86 M][HTML(13)]

    为查明蓬莱近海岸的地应力状态,开展了2个钻孔(深度小于200m)的水压致裂地应力测量工作,并与长岛附近海域3个钻孔的地应力状态进行了对比,采用回归分析方法,分析了该地区地应力随深度变化的特征,结合最大剪应力与平均主应力之比(μm)和侧压力系数(K')探讨了研究区的断层稳定性。结果表明:蓬莱近海岸和长岛海域的地应力状态基本一致,最大水平主应力方向主要表现为北东东至东西向,这与华北的区域应力场相一致;水平应力的梯度大于环渤海圈的平均地应力梯度;研究区浅部三向主应力相对大小以SH > Sh > Sv为主,这有利于逆断层的活动;研究区K'值和μm值均较高,分布区间分别为:2.76~3.98和0.47~0.59;陆区断层与区域应力方向均以较大角度相交,处于稳定的状态;海域的北西西向和北东向断层与区域应力场的方向夹角较小,如果区域应力持续增强,将有利于走滑断层的活动,这与震源机制以走滑型地震为主相符。研究结果对研究区内断层稳定性的评价和重大工程的设计及施工都具有重要参考意义。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.043

  • 孟宪波,徐佑德,张曰静,商丰凯,李静,孙鲁宁,郑海东
    2019.25(4):467-474[摘要(24)][PDF(38)11.34 M][HTML(8)]

    地应力是储层改造方案设计、提高油气勘探开发效率的重要指标。致密储层所处环境复杂,需要综合考虑温度-应力-渗流多场耦合作用的影响。为此,以准噶尔盆地中部4区块某三维区致密储层为例,基于COMSOL Multiphyics软件,建立了温度-应力-渗流耦合控制方程,研究了多场耦合作用下研究区致密储层地应力场的变化规律。研究结果表明:研究区最大水平主应力范围在113~134 MPa之间,最小水平主应力范围在106~124 MPa之间,均表现为压应力;在油气开采过程中,最大水平主应力先增大后趋于稳定,随着油气开采的深入,应力变化范围逐渐由井口周围向附近断层延展,并且优先沿着断层的开裂方向发展;在断层的破碎过渡区应力值最小,断层核部应力值介于破碎过渡区与连续地层之间;随着油气开采的深入,致密储层会发生竖向变形,储层最大竖向变形出现在井口附近,位移量超过10 cm,随着距离变远,沉降量不断减小。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.044

  • 杨峰,王昊,黄波,李晓倩,张超,肖春金,李静
    2019.25(4):475-482[摘要(22)][PDF(43)8.84 M][HTML(4)]

    认识低渗透储层的渗流特征对油气开采和储层改造具有重要意义。为此,研究利用微CT扫描技术对致密砂岩岩样进行扫描,据此建立了能够精细刻画岩样的微观模型,运用COMSOL模拟了流体在岩石孔隙中的渗流特征,研究了致密砂岩的渗流特征及应力敏感性。研究结果表明:流体入口和出口间压差固定时,岩石的渗透率保持不变,与入口出口压力的具体数值无关;不同方向的岩石模型计算渗透率处在同一数量级但有微小差异;在侧向压力作用下,渗流路径变窄,通过渗流路径的整体速度下降,渗透率下降,但在孔隙相对较大的地方,由于路径变窄,流体速度较未加压力前略有上升。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.045

  • 宋子怡,王昊,李静,孙鲁宁,张加太,刘晨
    2019.25(4):483-491[摘要(22)][PDF(36)13.11 M][HTML(5)]

    裂缝是影响储层高产、稳产的重要因素,而储层处在复杂的地质环境中,裂缝的形成和发育受众多因素的影响,研究各因素间的耦合作用对储层裂缝发育的影响,对指导油气勘探开发具有重要意义。为此,针对任丘油田任11井区雾迷山组碳酸盐岩储层进行了渗流-应力耦合作用对储层裂缝发育的影响研究。研究结果表明:未考虑渗流-应力耦合作用时,研究区最大水平主应力范围为82~100 MPa,从西南到东北逐渐增大;最小水平主应力范围为72~88 MPa,从研究区中心向西南、东北两侧逐渐递增;考虑耦合作用后,研究区最大水平主应力范围为84~102 MPa,最小水平主应力范围为76~91 MPa,最大及最小水平主应力增加。渗流-应力耦合作用后,研究区裂缝发育指数分布在0.027~1.156之间,山头顶部和近东西向断层的内部区域裂缝发育指数在0.7左右,为裂缝较发育区域;而研究区西南和东北边缘区域裂缝发育指数在0.2以下,为裂缝欠发育区域。随着耦合作用时间的增长,储层裂缝发育指数逐渐增大,在注入井和产油井附近区域的裂缝发育指数增大幅度尤为明显;储层裂缝线密度也呈增大趋势,仅产油井周围的裂缝线密度呈现为先减小后增大的趋势;未考虑耦合作用时的储层裂缝参数小于考虑耦合作用后的裂缝参数,说明仅考虑应力场进行储层裂缝预测所得结果偏小。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.046

  • 刘惠民,郑金凯,赵文山,杜振京,李静,王昊
    2019.25(4):492-500[摘要(24)][PDF(39)6.31 M][HTML(4)]

    储层岩石脆性评价是储层压裂改造方案设计的重要基础工作,对储层压裂改造效果有着重要影响。以准中地区深层致密砂岩储层为研究对象,开展了0~90 MPa多级围压下的岩石三轴试验,分析了围压变化对于岩石脆性的影响。针对现有脆性指数对目标储层岩石脆性评价效果不理想的情况,基于应力-应变曲线中的能量转化关系建立了新的脆性指数模型,包括岩石峰前峰后脆性指数和综合脆性指数。研究结果表明:试验围压对岩石脆性评价有着显著影响;岩石峰前脆性随围压增大先增加后减小,峰后脆性和综合脆性随围压增大而递减;研究区储层含砾细砂岩的脆性较细砂岩的脆性小,脆性差异主要表现在峰后脆性。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.047

  • 张盛生,张磊,田成成,蔡敬寿,唐保春
    2019.25(4):501-508[摘要(24)][PDF(46)12.92 M][HTML(6)]

    青海共和盆地贮藏有丰富的干热岩地热资源。为提升共和盆地干热岩地热资源成因的理论认识,进一步推动干热岩资源的勘探,文章从共和盆地干热岩热源机制、盖层条件、储层特征等方面对共和盆地干热岩资源成因件进行了全面分析。首先,结合区域地质构造分析、地热地质调查、地球物理(航磁、地震)解译等手段,在共和盆地恰卜恰岩体内实施了4口深度为2927~3705 m的干热岩勘查孔,并在3705 m处钻获236℃的优质干热岩资源,为中国非现代火山区干热岩地热资源勘探的首个重大突破。其次,系统测试了钻孔不同深度花岗岩放射性,结果表明,共和盆地花岗岩体铀、钍、钾放射性含量略高于大地背景值,放射性生热率较低,对干热岩热源的贡献小,其热源可能来自壳内熔融体。第三,基于地质资料分析和航磁解译,圈定了共和盆地总体面积约1.4×104 km2的潜在干热岩分布区。最后,采用体积法评估了共和盆地干热岩资源潜力,结果表明,共和盆地3.0~6.0 km深度范围保守的、静态干热岩资源总量为8974.74×1018 J,换算标准煤可达3066.19×108 t,具有广阔的开发利用前景。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.048

  • 宋明水,刘振,张学才,汪勇,李静,杨飞跃
    2019.25(4):509-517[摘要(19)][PDF(30)6.64 M][HTML(5)]

    储层可压裂性评价是储层改造方案设计的重要依据,影响致密砂岩可压裂性的主要因素有天然裂缝、砂岩脆性、水平应力差异、断裂韧性等。研究以准噶尔盆地中部1区块Z109井侏罗系致密砂岩为例,综合考虑天然裂缝、砂岩脆性、水平应力差异、断裂韧性四种影响因素,采用改进的层次分析和熵值法相结合的方法进行了致密砂岩储层可压裂性评价。研究结果表明:可压裂性指数越大,致密砂岩储层越易于压裂,压裂时越能获得较复杂的裂缝网络;可压裂性指数大于0.44,砂岩脆性高,断裂韧性小,裂缝发育程度高,水平差异系数小的储层段为Ⅰ级优质压裂层;可压裂性指数大于0.44,砂岩脆性高,断裂韧性小,裂缝发育程度低,水平差异系数大的储层段为Ⅱ级可压裂层;研究区Z109井4036~4039 m、4062~4067 m、4214~4218 m和4260~4272 m为Ⅰ级优质压裂层,4093~4108 m和4284~4313 m为Ⅱ级可压裂层。研究成果可为致密砂岩压裂改造提供科学依据。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.049

  • 李树博,姜伟,张效恭,王爱霞
    2019.25(4):518-526[摘要(23)][PDF(33)16.22 M][HTML(9)]

    塔里木盆地巴楚凸起H气田奥陶系储层是低孔低渗裂缝型碳酸盐岩储层,裂缝系统作为储层渗流通道,其空间分布和主要控制因素复杂,具有多期次叠加和演化的特征。文章采用岩心描述、镜下观察、成像解释等手段分析H气田奥陶系碳酸盐岩裂缝发育特征,明确裂缝主要控制因素,建立了裂缝演化序列。结果表明:巴楚凸起H气田奥陶系以剪切缝为主,张性缝次之,张剪缝最少,裂缝发育的主要控制因素为断层、褶皱及岩性等,与断层相关的裂缝主要发育在距断层460 m的范围内;地层变形程度越强,裂缝越发育;裂缝发育程度还受岩性的控制,灰岩的粒径或晶粒越大,构造裂缝越发育。根据已有碳氧同位素测试研究成果,并结合岩心观察发现:H气田奥陶系构造裂缝至少经历了三期演化活动,分别为加里东运动中期少量低角度北东东向和北北西向剪切缝发育期,海西运动晚期中-高角度北西西向张性缝和北东东向、北西向张剪缝以及南北向、北东向中-高角度剪切缝发育期,喜马拉雅运动早期大量高角度北东东向、北北东向剪切缝发育期,主要造缝期为喜马拉雅运动早期。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.050

  • 胡晓波,樊晓一,唐俊杰
    2019.25(4):527-535[摘要(28)][PDF(43)17.72 M][HTML(4)]

    高速远程滑坡-碎屑流运动速度、堆积特征和能量转化是研究其致灾机制的重要因素,而模型试验、野外调查并不能全面揭示其成灾机理。文章以三溪村滑坡为例,采用PFC3D离散元模拟方法,揭示滑坡运动过程中的前部、中部和后部岩土体的速度演化分布、堆积特征和能量转化关系。研究结果表明:三溪村滑坡的残余摩擦系数为0.2时,模拟结果与实际堆积特征一致。前部、中部、后部岩土体到峰值速度存在差异,前部岩土体速度分布表现为显著的单峰型特征,而后部岩土体速度分布为双峰型特征。滑坡不同部位的岩土体堆积呈现层序分布;滑坡重力势能的转化中,摩擦耗能占总能量的52%,动能峰值时刻仅有15%的重力势能转化为动能。研究结果可为高速远程滑坡的运动机理分析和防灾减灾治理工程提供重要参考。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.051

  • 王磊,李孝波,苏占东,常晁瑜,彭达
    2019.25(4):536-543[摘要(28)][PDF(41)13.90 M][HTML(3)]

    受特殊的地质地貌和大地构造背景影响,历史上多次强震在宁夏西吉县诱发了大量的黄土-泥岩接触面滑坡,给当地人民生命财产安全带来严重威胁。因此,探明这类滑坡的地层结构、基岩面埋深及空间展布情况,对进一步开展黄土-泥岩接触面滑坡的形成机理和危险性评价研究具有重要意义。文章利用高密度电法对宁夏西吉县苏堡村滑坡进行探测,并结合钻孔资料进行了验证。勘察结果表明:电阻率参数能够很好的反应研究区的地层分布特征,表层疏松干燥的黄土为高阻反映,随着埋深增加,含水量较大的黄土呈现出低阻反映,在黄土与泥岩接触带饱水区呈现低阻反映。高密度电法在黄土-泥岩接触面滑坡勘察中具有较好的适应性,能为进一步分析滑坡机理和防治提供可靠的地球物理依据。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.052

  • 周静静,张晓敏,赵法锁,李辉,刘海南
    2019.25(4):544-553[摘要(27)][PDF(37)24.53 M][HTML(4)]

    陕西省是中国地质灾害最严重的省份之一,而陕南秦巴山区地质灾害灾情尤为严峻,因此进行地质灾害危险性评价对指导防灾减灾工作意义重大。文章以陕南秦巴山区为研究区,基于GIS技术与2001-2016年研究区地质灾害灾情数据,分析研究了区内地质灾害与各指标因子之间的敏感性关系,并确定了高程、岩土体类型、断裂构造、降雨等7个影响地质灾害发生较大的因子作为区域地质灾害危险性评价指标。其次,以各指标条件下地质灾害数量和累计发生频次曲线斜率的突变为依据,对评价指标因子进行状态分级。最后,运用信息量法建立栅格数据模型展开区域地质灾害危险性评价。研究结果表明:高危险性、较高危险性、中危险性的地区占研究区总面积的百分比分别为10.52%、28.31%、30.19%,区内地质灾害点的空间分布与地质灾害危险性评价结果基本一致,信息量模型的预测精度为90.16%。文章将经验知识与数据驱动的分析方法相结合,应用于较大范围的地质灾害危险性区划,研究结果可为区域地质灾害防治工作提供参考依据。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.053

  • 李晓乐,杨为民,程小杰,周俊杰,张树轩,吴玉涛,于鸿坤
    2019.25(4):554-562[摘要(25)][PDF(56)20.87 M][HTML(4)]

    张家口宣化地区存在大量具有潜在危险的松散矿渣堆积体,文章以该地区具有代表性的响水沟松散矿渣堆积体为研究对象,对矿渣的颗粒组成、矿物成分、力学性质等进行详细的室内试验研究,结果表明:矿渣堆积体属砾质砂土,粘粒含量少,且级配不良,松散易流动。同一干密度下,随含水率增加,矿渣抗剪强度先增大后减小,当含水率为15%时,其粘聚力最低,表明响水沟矿渣堆积体失稳启动下滑的界限含水率可能在15%左右。综合以上分析结果,拟合得到粘聚力与含水率关系公式,初步预测矿渣碎屑流启动下滑的临界含水率。这一认识对该区矿渣堆积体的稳定性评价及碎屑流灾害预警有重要意义。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.054

  • 乔二伟,彭华,马秀敏
    2019.25(4):563-573[摘要(26)][PDF(48)15.70 M][HTML(3)]

    渤海海峡跨海通道是连接中国山东半岛与辽东半岛重要的交通运输干线工程,该通道的建成对于推动环渤海地区经济的快速发展及振兴东北老工业基地具有重要意义。而通道区域的围岩条件及岩石的力学性质对于该工程施工方案的优选十分重要。通过区域地质调查、海域地层钻探和地层剖面实测以及岩石力学性质分析表明:通道区域内出露的地层从上到下依次为第四系、新近系与上元古界;其中第四系厚10~120 m,主要是一些松散的沉积物,没有隔水层,稳定性差;新近系不发育,仅在局部地区零星分布,主要由大孔隙的玄武岩构成,其抗压强度等岩石力学性质指标偏低,且低于正常值;而上元古界则由石英岩与石英岩互层的板岩和千枚岩构成,石英岩稳定、坚硬,抗压强度和抗剪强度大,板岩和千枚岩属于软质岩石,遇水易软化。因此,在已有的"全隧道"和"南桥北隧"两种方案基础上,建议渤海海峡跨海通道"北隧"段采用深埋隧道法,即该隧道不仅应穿越上部的第四系和新近系,还要穿越上元古界与石英岩互层的的板岩和千枚岩,而设置于石英岩中。根据通常采用的利用围岩确定隧道最小埋深的挪威法,建议北段隧道的最小埋深应在65 m左右。另外,由于石英岩比较坚硬,因此,渤海海峡跨海通道工程宜采用钻爆法和TBM法进行施工。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.055

  • 郑光高,崔建军,刘晓春,陈少锋,曲玮,乔建新,陈龙耀,赵文平,李淼,刘林
    2019.25(4):574-589[摘要(25)][PDF(46)26.61 M][HTML(4)]

    陕西西乡县广泛出露的晋宁期岩浆岩是研究和理解扬子克拉通基底地质演化的一个窗口。通过对西乡县龙王塘地区的辉长岩体、花岗岩脉和钠长斑岩脉进行锆石U-Pb定年和原位Lu-Hf同位素分析,确定了岩浆侵位时代,揭示了岩浆源区特征。年代学研究结果表明,辉长岩体和花岗岩脉的侵位时间分别为(863.6±4.4)Ma和(863.6±3.8)Ma,是新元古代岩浆作用的产物。在两条钠长斑岩脉中识别出(905.2±8.2)Ma、(807.0±8.9)Ma和(762.5±4.2)Ma三组锆石年龄,第一组为继承锆石的年龄,后两组年龄分别代表两条岩脉的侵位时代。综上可知,龙王塘地区存在~864 Ma、~807 Ma和~763 Ma三期岩浆作用,以及早期(~905 Ma)构造热事件,岩浆作用具有长期性和多阶段性特征。Lu-Hf同位素分析结果表明,辉长岩体和脉岩的εHft)平均值介于+7.1~+10.0之间。对已有地质资料进行综合分析发现,汉南地区的绝大多数新元古代岩体的εHft)为正值,具有随时间偏离亏损地幔线,接近球粒陨石线的基本演化趋势。上述锆石U-Pb年龄和原位Lu-Hf同位素结果表明,龙王塘地区出露的新元古代岩浆岩起源于亏损地幔或新生地壳的部分熔融,形成于活动型大陆边缘环境。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.056

  • 李瑞强,贺承广,陈泳霖,姚帅,王坤,李兰兰
    2019.25(4):590-606[摘要(26)][PDF(46)13.22 M][HTML(5)]

    西昆仑塔什库尔干地块马尔洋一带发育一期中寒武世花岗质岩浆活动,岩石类型为片麻状花岗闪长岩和二长花岗岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb测年表明,其侵入时代分别为(506.0±6.8)Ma和(514.0±9.3)Ma。岩石SiO2含量为67.83%~75.76%,具中高钾、准铝质-弱过铝质等特征;岩石稀土总量与平均陆壳相当(∑REE=90.85×10-6~186.10×10-6),轻、重稀土分馏程度较强((La/Yb)N=5.38~22.43),负Eu异常明显(δEu=0.42~0.71);微量元素以富集Rb、K、Ba、Th、U等大离子亲石元素和亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素为特征。地质学及岩石地球化学特征指示该期花岗岩属准铝质到弱过铝质高分异I型花岗岩,锆石饱和温度指示其为高温岩浆岩,总体具有壳幔混源的特征,富云包体指示壳源成分占有较大的比例。该期花岗岩与邻区中-晚寒武世中酸性侵入岩指示塔什库尔干-甜水海地块南缘很可能存在一条中寒武世以来的岩浆弧带,其可能为在原特提斯(有限)洋盆于中寒武世向北俯冲、消减背景下幔源物质上涌底侵加热古老陆壳进而发生部分熔融的产物。这也预示着塔什库尔干地区在经过震旦纪-早寒武世伸展裂解阶段之后,于中-晚寒武世其大地构造环境及地球动力学背景发生了重大转折。
    Doi:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.04.057

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