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2017年  第23卷  第6期

地质力学研究及应用
2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震发震构造浅析
付国超, 吕同艳, 孙东霞, 熊仁伟
2017, 23(6): 799-809.
摘要 (29) HTML (18) PDF (3456KB)(17)
摘要:
2017年8月8日21时19分,四川阿坝州九寨沟县发生7.0级地震,震中位于巴颜喀拉块体东边界虎牙断裂和东昆仑断裂带东段塔藏断裂交汇区域,地震构造背景较为复杂。地震导致了房屋和道路破坏、滑坡崩塌。根据高分辨率卫星影像解译、阶地坎变形的测量和测年数据得到:塔藏断裂东段晚第四纪以来以左旋走滑为主,兼逆分量,水平滑动速率为2.7~4.1 mm/yr,垂直滑动速率为0.56~0.6 mm/yr。结合此次地震的主余震分布、主震震源机制解等综合结果,初步建立了三维发震构造模型,分析认为此次地震属于走滑型地震,主破裂倾角57°~77°,发震断层可能是塔藏断裂的一条分支,是青藏高原块体向东推挤的一次地震事件。基于历史地震、活动断裂和形变观测方面的研究,巴颜喀拉块体具备显著的强震构造背景,对于该块体边界带周缘的强震活动和变形需要继续关注。
鄂尔多斯盆地马岭油田长7致密储层古今构造应力研究
赵继勇, 周新桂, 雷启鸿, 赵国玺, 何右安, 时建超, 张林炎
2017, 23(6): 810-820.
摘要 (45) HTML (14) PDF (1279KB)(8)
摘要:
构造应力是油气运移与富集的控制因素之一,古今构造应力状态的研究对油气勘探与开发具有重要意义。利用流体包裹体测温、古地磁裂缝定向、声发射法和微地震监测、岩石压缩试验和水力压裂法分别对鄂尔多斯盆地马岭油田长7致密储层古今构造应力进行研究。结果表明:长7致密储层裂缝发育关键期为燕山运动Ⅳ幕,其水平最大主应力方向为84°,有效应力大小为44 MPa;现今水平最大主应力方向为76°,而现今水平最小主应力有效应力大小为15 MPa。
天然气水合物注热开采近井储层变形破坏的数值模拟研究
翟诚, 孙可明, 辛利伟, 王婷婷
2017, 23(6): 821-828.
摘要 (24) HTML (15) PDF (1342KB)(14)
摘要:
为了研究海洋地层中天然气水合物注热开采条件下,水合物沉积层近井储层的力学性质变化规律和变形破坏规律,基于多场耦合理论,考虑水合物分解产生的水、气形成的超静孔隙压力对地层有效应力的影响,建立了能够反映水合物注热分解条件下水合物沉积层温度场、渗流场和变形场耦合作用关系的热流固耦合弹塑性模型,并以ABAQUS软件为开发平台,在Fortran语言环境下编制子程序进行数值模拟。结果表明:注热温度越高,近井储层力学性质劣化的区域与有效应力减小的幅度越大,发生塑性变形破坏的范围和产生的等效塑性应变值也越大;井口最小水平地应力方向的有效应力值最小,等效塑性应变值和体积应变值最大,是首先发生变形破坏的关键位置;井口同一位置的有效应力随注热温度的升高而减小,而体积应变则随注热温度的升高而增大。
油气地质研究
南华北盆地偃龙地区二叠系泥页岩微观孔隙特征及其影响因素分析
陈静, 吴伟, 王娟, 黄雪峰
2017, 23(6): 829-837.
摘要 (42) HTML (11) PDF (3782KB)(10)
摘要:
运用氩离子抛光—场发射环境扫描电子显微成像测试技术,对南华北盆地偃龙地区ZK1614井二叠系海陆交互相—陆相的泥页岩样品进行观察并获取二次电子及背散射信息。结合X射线能谱信息和JMicroVision软件灰度识别功能,对样品矿物组成及微观孔隙特征进行定性分析和定量表征,并探讨了孔隙发育分布的影响因素。研究发现:样品主要发育的孔隙以无机矿物孔为主,孔隙类型有粒内孔、粒间孔、少量有机质孔及微裂隙;样品面孔率介于0.92%~5.53%之间,整体来看,面孔率大小与孔隙数量正相关;孔径大小介于50~2000 nm间,不同区段的孔面积对数指标与单位面积孔数量对数指标呈两段式线性关系,孔径较小时两者负相关,孔径较大时两者正相关。不同矿物对孔隙的发育有不同的控制作用,脆性矿物主要影响裂隙的发育,对孔隙的发育有一定的抑制作用;粘土矿物因构造应力、矿物相变及脱水等作用形成大量孔隙,对孔隙的发育起一定的促进作用。研究区燕山期、喜山期因构造活动形成了大量尺度较大的裂隙,裂隙的发育使岩层的渗流性能增加,促进了有机酸和地层水对矿物的溶蚀作用,相应的促进了孔隙的发育。此外,随着埋藏深度的增加,孔隙体积随着压实作用的增大而逐渐减小。
滇东曲靖地区下寒武统筇竹寺组泥页岩储层特征研究
白名岗, 张聪, 杨玉茹, 代峰, 熊杰
2017, 23(6): 838-845.
摘要 (29) HTML (31) PDF (1712KB)(17)
摘要:
下寒武统筇竹寺组页岩是南方页岩气勘查开发重点关注的层位之一,但滇东地区下寒武统筇竹寺组黑色页岩储层研究程度较低。样品采自2014年新钻的曲页1井,对下寒武统筇竹寺组黑色泥页岩进行全岩和粘土矿物X衍射分析、TOC、岩石物性、比表面积等测试和扫描电镜实验,综合分析了滇东曲靖地区筇竹寺组泥页岩储层特征及孔隙类型。结果表明:滇东曲靖地区下寒武统筇竹寺组泥页岩矿物组成主要是石英(44.75%)、粘土矿物(25.47%)、长石(16.44%);发育粒间孔、粒内孔和有机孔3种类型孔隙;有机质孔隙发育,以中孔为主,具有一定的页岩气勘探开发潜力;页岩储层自上而下孔隙体积有逐渐变小的趋势,但在井深400 m~500 m发育高孔隙体积;泥页岩储集性能的重要指标—孔隙度主要受有机质含量及发育程度的制约。
第四纪地质与环境
北京市不同功能区土壤黑碳的含量特征及其来源分析
杨帅斌, 刘恋
2017, 23(6): 846-855.
摘要 (34) HTML (32) PDF (1796KB)(9)
摘要:
随着城市迅猛发展,城市土壤性质发生显著变化,不同功能区之间呈现明显差异性。为了深入讨论人为影响方式和程度、污染来源的差别对土壤碳库(特别是黑碳)的影响,本研究以北京市为对象,对比研究了城区和郊区不同功能区(公园、居民区、道路绿化带)土壤有机碳(SOC)含量、黑碳(BC)含量以及含量比值(BC/SOC)的特点,并通过BC/SOC指标对土壤受到的人类活动影响方式和程度进行详细讨论。结果显示,北京市城区不同功能区的土壤SOC富集程度不同,且公园和居民区土壤在人为管理下SOC含量趋于平均;而郊区不同功能区的SOC含量值接近,表明其受人为影响较小,更接近于自然土壤。城区不同功能区的土壤BC含量存在较大差异,由大到小是公园(0.60%~2.28%,平均值为1.56%)、道路绿化带(0.12%~2.20%,平均值为0.62%)、居民区(0.11%~1.15%,平均值为0.35%),其中公园内区域性的翻种、施肥使得BC大量聚集,道路绿化带受到来自交通环境的强烈影响;而郊区不同功能区的BC含量值低且接近,代表了区域土壤BC含量背景值。土壤BC/SOC总体介于0.11和0.5之间,且郊区BC/SOC小于城区,指示了化石燃料和生物质的燃烧均是城区和郊区土壤BC物质的来源,但所占比重不同,且城区是郊区土壤黑碳的重要来源。另外,城区个别地区BC/SOC显著偏高,反映了BC/SOC不但指示土壤污染程度,同时与城市化时间、特定的人类活动密切相关。
技术方法与应用
地质剖面测制新方法的尝试——点坐标法
王冉, 马立成, 孙勇, 张胜龙, 贾志明
2017, 23(6): 856-863.
摘要 (29) HTML (21) PDF (1728KB)(6)
摘要:
在区域地质调查中,地质剖面测制是一项必要的工作,而传统的导线法限制因素较多,质量和效率有待提高。在导线法的基础上,基于野外实践经验,提出了一种地质剖面测制新方法,即点坐标法。该方法的要点有:利用GPS获得地形控制点,以及分层、采样、产状、照相等位置的三维点坐标;构建一套函数公式,根据各点的三维空间坐标值,可计算获得点间平距、高差、方位角、坡度角等参数,从而投影绘制地质剖面图。该方法的主要优点有:不再需要测绳,可从人工测量记录转变为自动测量记录,实现了测量数据的数字化;避免了导线终点与实际终点不重合的情况;每一个分层点都有GPS坐标,便于野外复查。结合点坐标法测制地质剖面的实例证明,点坐标法较之导线法有多快好省的优点,值得在实际应用中广泛使用。
甘肃天水等城镇和成兰交通廊道工程地质研究专题
川西岷江松潘段第四纪与新构造运动特征分析
韩建恩, 郭长宝, 吴瑞安, 任三绍, 胥彪, 杨志华
2017, 23(6): 864-881.
摘要 (31) HTML (28) PDF (2791KB)(13)
摘要:
在已有调查研究的基础上,通过野外地质调查和剖面测量,重点分析了岷江松潘段的漳腊盆地、斗鸡台盆地地貌特征、第四纪沉积物类型、物质成分、空间分布等特征,并系统测量和研究了松潘段岷江干流及其支流的河流阶地特征。研究表明,新构造运动控制了松潘段第四纪盆地的形态和地貌演化过程,漳腊盆地和斗鸡台盆地形成于中新世末至上新世初,西侧控盆断裂为东倾正断层,东侧为西倾逆断层,盆地为断块发生西降东升的翘板式断块运动过程中形成的,称之为"翘板式箕状盆地"。松潘段岷江河谷地貌呈现出宽谷和窄谷交替出现的特点,岷江干流及其支流中发育多处湖相地层,沉积特征表现为堰塞湖。岷江上游松潘段最多发育6级阶地,以侵蚀阶地和堆积阶地为主,主要形成于中更新世晚期—全新世时期。阶地级数具有分段性特点,不同区段阶地阶面宽窄不一,受区内新构造活动控制明显。岷江上游新构造运动表现为南北条带性和东西向差异掀斜抬升的特点,红桥关以上整体为构造隆升区,至少具有3次构造隆升,岷江上游斗鸡台盆地构造隆升强度整体上大于漳腊盆地。在尕米寺地区可能发生了6次构造抬升,红桥关一带构造抬升明显要强于漳腊盆地。
基于复合方法的天水盆地宽频带地震动模拟
付长华, 吴健, 郭祥云, 胡刚, 王涛, 刘甲美
2017, 23(6): 882-892.
摘要 (41) HTML (23) PDF (2630KB)(9)
摘要:
本文采用有限差分和随机振动合成结合的复合方法,模拟了当礼县—罗家堡断裂发生矩震级Mw7.7级大地震时,在天水盆地产生的宽频带地震动场,分析了在设定地震条件下盆地内的地震动分布特征,为该区黄土地震滑坡分析提供了地震动参数结果。结果显示:(1)有限差分法和随机振动合成法可以很好地互补,得到盆地内地表宽频带地震动;(2)地震在盆地区域产生了强烈地震动,PGA(峰值加速度)介于150~900 gal,离断层较近的区域东南角的PGA最大,随着断层距的增加,PGA逐渐减小。河谷南侧的PGA值相比北侧较大,具备诱发滑坡的强大动力条件;(3)盆地区域PGV(峰值速度)最大为120 cm/s。受第四系覆盖层放大效应和地形放大效应共同影响,水平向地震动在盆地区域东侧和中部具有较大PGV,而西侧PGV相对较小。竖向地震动在盆地区域东侧较弱,而在中部和西侧较强,特别是最西侧陡峭的山坡上,PGV达到了最大值。此外,竖向地震动明显受到覆盖层厚度的影响,譬如在盆地区域南侧的中间部位,也具有较大的PGV。
木寨岭深埋隧道北段地应力测量与围岩稳定性分析
张鹏, 孙治国, 王秋宁, 丰成君, 孙明乾, 谭成轩, 吴永东, 甘惟平
2017, 23(6): 893-903.
摘要 (114) HTML (56) PDF (2080KB)(15)
摘要:
基于兰渝铁路木寨岭深埋隧道工程区活动断裂调查和3个钻孔水压致裂地应力测量,获得了木寨岭隧道工程区北段的现今地应力分布特征,结果表明,北段工程区最大水平主应力为38.38 MPa,属于高地应力区;三个主应力的关系为SH > Sh > Sv,表明该区地壳浅表层现今构造活动以水平运动为主,主应力关系有利于逆断层的发育和活动;最大水平主应力优势方向为NE,反映穿越隧道北段的NWW向主要断裂带具有逆冲兼反时针扭动活动特征。根据地应力测量结果、相关理论及判据认为:隧道北段横截面形状以水平长轴、垂直短轴,且长短轴之比近似于隧道截面上侧压力系数的椭圆形为宜;隧道北段在埋深范围开挖时,硬岩具有岩爆发生的可能性,软岩具有发生严重挤压变形的背景。该成果为深入研究隧道区应力场特征,分析隧道围岩稳定性,科学设计隧道断面形状、结构和强度等工程地质问题提供了依据。
汶川地震前后都江堰山区滑坡滑动距离影响因素变化分析
孟华君, 姜元俊, 张树轩, 张向营, 李焕彬, 赵伟康
2017, 23(6): 904-913.
摘要 (59) HTML (13) PDF (6558KB)(11)
摘要:
滑坡滑动距离作为滑坡防灾减灾的主要评价指标之一,不仅受滑坡体积和落差的影响,还与滑坡运动的地质环境作用相关。本文在对都江堰地区51个地震滑坡、16个降雨滑坡详细调查编目的基础上,采用数理统计方法分析了斜坡原始坡度、滑坡前后缘高差、滑坡平面形态、体积、滑体平均厚度及坡面摩擦系数等6个因素与滑坡水平滑动距离的相关性,借此厘清了汶川Ms8.0级大地震前后不同因素对不同类型滑坡运动的贡献大小,进而构建了不同成因类型滑坡的滑动距离预测关系式,可为龙门山区的滑坡防灾减灾工作提供参考。研究表明:影响都江堰地区地震滑坡运动距离的主要因素有滑坡体积(lgV)、斜坡原始坡度(α)、滑坡平面形态(R)和滑坡前后缘高差(ΔH);而控制降雨滑坡运动距离的主要因素为滑坡前后缘高差(ΔH)、滑坡体积(lgV)、斜坡坡度(α)和斜坡表面摩擦系数(μ);汶川地震后,影响该地区降雨滑坡滑动能力的因素发生了变异,各因素与滑坡滑动距离的相关性较弱,显示出其贡献率在急剧减弱,仅滑坡体积(lgV)与滑动距离的相关性较强。
白龙江中游凤安山滑坡26Al暴露年代研究
舒杰, 白世彪, 崔豫, 陈倩, 张志刚, 王建
2017, 23(6): 914-922.
摘要 (47) HTML (14) PDF (1930KB)(7)
摘要:
准确地重建滑坡发生年代和复活期次是滑坡灾害风险评估与管理的关键步骤之一。近年来,随着AMS技术的发展,宇宙成因核素测年逐渐成为滑坡年代测定的有效手段之一。以甘肃省东南部白龙江中游的凤安山滑坡作为研究对象,在该滑坡后壁和其下方的大石块上各采集了1个宇生核素暴露年代样品,在综合考虑了遮蔽因子以及对该区域的侵蚀速率估算的基础上,研究了该滑坡的宇生核素26Al暴露年代。结果显示:该滑坡分别大约在0.72~0.75 ka和2.26~2.65 ka左右发生过,后者发生时间与该区公元前186年的地震型滑坡发生时间一致;对于年代越老的样品,侵蚀速率对宇生核素测年的年代结果影响越大。
甘肃甘谷裂隙泥岩剪切蠕变行为及其修正模型研究
吴礼舟, 李部, 孙萍
2017, 23(6): 923-934.
摘要 (69) HTML (43) PDF (2182KB)(9)
摘要:
岩石在长期荷载作用下表现出典型的蠕变特性,裂隙泥岩在长期荷载作用下的力学性质不同于完整岩石。对甘肃甘谷赵家窑滑坡钻孔取芯的裂隙泥岩开展剪切蠕变试验,探讨轴向压应力、预制裂隙长度等因素对试样剪切蠕变特征的影响。试验结果表明:轴向荷载和裂隙长度对试样剪切蠕变特征有明显的影响。轴向压应力越大,试样剪切蠕变变形越不明显;裂隙越长,试样剪切蠕变变形越显著。应力较低时,如Cvisc模型等蠕变模型能够较好反映泥岩的蠕变力学特性。而在加速蠕变阶段,大多数模型却不能准确体现泥岩蠕变曲线的非线性变化。改进的西原模型克服了传统模型不能对非线性蠕变特征进行描述的缺点,且模型参数较少,能较好地适用工程软弱岩体。不同载荷作用下泥质软岩试样剪切蠕变过程中,裂隙泥岩剪切破坏带形成表现为渐进与突发相结合。泥岩的剪切蠕变力学模型可解释泥岩滑坡的多种现象,边坡潜在滑移带内泥质软岩发生的剪切蠕变则是泥岩滑坡的内在诱因。
磐安结构性黄土动阻尼特征及其演化规律研究
慕焕东, 孙萍, 李荣建, 朱思珍
2017, 23(6): 935-942.
摘要 (65) HTML (21) PDF (2014KB)(9)
摘要:
地震作用往往会导致结构性黄土动强度的衰减,引发黄土滑坡、振陷等一系列地质灾害,而强度的衰减与其阻尼特性密切相关,因而结构性黄土的动态阻尼特征及其演化规律问题是岩土工程抗震的重要研究课题之一。为此,以天水磐安结构性黄土为研究对象,开展了天然、饱和条件下原状黄土和重塑黄土的动力学特性试验。在试验基础上,分析并比较了黄土的动模量、动阻尼响应特征及其演化规律。研究表明:天然、饱和条件下原状黄土和重塑黄土的动应力随动应变的增大而增大,动模量随动应变的增大而减小,动阻尼比随着动应变的增大而增大;受黄土结构性的影响,原状黄土的最大动模量比重塑黄土的稍大,原状、重塑黄土的最大动模量比饱和原状、饱合重塑黄土的稍大;黄土结构性较强时需要考虑试样固结应力对阻尼比的影响,饱和重塑黄土可以忽略试样固结应力对阻尼比的影响。