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断层转折褶皱形变与应力过程数值模拟研究:基于弹塑性参数控制的定量约束

马佳 王孝臣 何登发 张伟康 鲁国 黄涵宇 刘驰悦

马佳, 王孝臣, 何登发, 等, 2025. 断层转折褶皱形变与应力过程数值模拟研究:基于弹塑性参数控制的定量约束. 地质力学学报. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025093
引用本文: 马佳, 王孝臣, 何登发, 等, 2025. 断层转折褶皱形变与应力过程数值模拟研究:基于弹塑性参数控制的定量约束. 地质力学学报. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025093
ma jia, WANG Xiaochen, DengFa HE, et al., 2025. Numerical Simulation of Deformation and Stress Processes in Fault-Bend Folding: Quantitative Constraints Based on Elastoplastic Parameter Control. Journal of Geomechanics. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025093
Citation: ma jia, WANG Xiaochen, DengFa HE, et al., 2025. Numerical Simulation of Deformation and Stress Processes in Fault-Bend Folding: Quantitative Constraints Based on Elastoplastic Parameter Control. Journal of Geomechanics. DOI: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025093

断层转折褶皱形变与应力过程数值模拟研究:基于弹塑性参数控制的定量约束

doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2025093
基金项目: 上 扬 子 克 拉 通 盆 地 深 层 新 元 古 代 裂 谷 体 系 的 结 构 、 成 因 及 其 控 油 气 作 用(42330810)

Numerical Simulation of Deformation and Stress Processes in Fault-Bend Folding: Quantitative Constraints Based on Elastoplastic Parameter Control

Funds: The structure, origin, and hydrocarbon-controlling effects of the deep Neoproterozoic rift system in the Upper Yangtze Craton Basin(42330810)
  • 摘要: 断层转折褶皱(Fault-Bend Fold)作为褶皱–冲断带的标志性构造样式,不仅是解析挤压构造变形的关键运动学单元,更因断坪–断坡转换带的岩性错位形成构造圈闭,成为前陆盆地油气勘探的重要目标。文章基于Suppe提出的经典理论模型,采用有限元数值模拟方法,建立地质力学模型,赋予实际岩石力学参数,厘定控制断层转折褶皱形成的边界条件,并解析其发育过程中应力–应变分布及变形特征。结合Mohr-Coulomb弹塑性本构模型深入探讨密度(ρ)、杨氏模量(E)、泊松比(υ)、内摩擦角(ϕ)、黏聚力(c)以及剪胀角(ψ)6项岩石力学参数对构造变形的控制程度,并提出关键控制因素。主要结论如下:开放边界条件是断层转折褶皱发育的动力学前提,当褶皱前端为开放边界条件时,该条件下滑移过程符合经典几何-运动学模型;而固定边界条件时,前翼因固定边界而向底部产生大幅度的倾斜卷入,整体变形偏离断层转折褶皱几何–运动学模型。断层转折褶皱在变形过程中应力–应变产生显著分区,褶皱两翼和断坡上部表现为挤压区,褶皱核部和断坪上部处于伸展区,2个转折端处不仅可观察到应力集中且沿轴面向上递减现象,同时也表现为塑性应变的发育区,塑性应变沿着断层面向前扩展,产生一系列的剪切变形带;下转折端上方塑性应变带的扩展主导了后翼的构建,作为应变局部化与剪切破裂的起源,上转折端则控制背斜核部及前翼的发育,形成张性应力场并可能发育裂缝系统。断层转折褶皱的动力学演化机制本质上是岩层在挤压应力作用下为适应先存断层几何形态而发生的递进变形过程,这一过程构成了一个从初始滑动与后翼建造,到前翼生长与褶皱雏形显现,再到稳定滑移与褶皱扩展,并最终以褶皱定型及复杂构造衍生为终点的完整动力学链条。黏聚力和内摩擦角是控制断层转折褶皱变形的关键参数,二者均表现出显著的非线性响应与临界阈值行为;黏聚力参数主要控制褶皱波长变化,内摩擦角参数主要控制褶皱前翼的陡窄程度;而杨氏模量与剪胀角的影响较弱且具局部敏感性;低杨氏模量参数有利于构造形成,剪胀角会使构造略微拓宽。密度参数与泊松比参数则不会产生影响。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2025-07-28
  • 修回日期:  2025-10-17
  • 录用日期:  2025-11-03
  • 预出版日期:  2025-12-02

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