构造物理模拟实验以及实例分析

《构造物理模拟实验以及实例分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《构造物理模拟实验以及实例分析（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、* * 1 1 平衡剖面方法平衡剖面方法 要准确再现盆地的古构造面貌，平衡地质剖面法则非常有效。利 用现今的剖面构造反演恢复剖面上的古地质构造，进而勾绘古地 质构造平面图，对于寻找油气藏具有重要的意义 遵循三原则：a体积不变；b岩层厚度不变；c各标志层长度一致 构造物理模拟实验构造物理模拟实验 及实例分析及实例分析 * * 3 3 一、构造物理模拟实验简介 二、车古201潜山的构造物理实验模拟 三、辽河盆地西部凹陷北带正反转构造 的物理模拟 * * 4 4 定义：构造物理模拟是在研究构造变形力 学机理的基础上发展起来的，用实验模型 来再现构造变形过程的一种研究方法。 它始于19世纪初，是帮助地

2、质学家认识构造 变形过程、研究构造形成机制的重要方法。它能 够再现人们在自然界中已无法观察到的构造变形 过程。 现在从模型设计到材料的运用均已经趋于成 熟。在含油气盆地构造研究中也取得较好成效。 构造物理模拟实验 * * 5 5 基本原理： 一、构造变形过程（除地震）的特点是时间长，变形量 大。大量研究结果表明其主要受几何因数的控制(模型 边界条件、应变方式和应变量)，因此实验中基本上不 考虑模型的应力大小(Braun,1994;Mc Clay,1995) 二、模拟的基本原则： 1相似原则； 2选择原则； 3分解原则 4逐步近似原则； 5统计的原则 构造物理模拟实验 通常模拟实验的一分钟相当于

3、自然界中10-100Ma， * * 6 6 构造物理模拟实验构造物理模拟实验 作用： 1） 综合变形几何学和动力学的特点，构造变 形物理模拟可以重现构造变形演化史，从而可 清楚解释其形成机制和形成过程，对于理论研 究和指导生产都有很大的帮助和启发。 2）在油区构造解析中可重现含油气盆地构造 变形过程，了解其形成和演化的运动学和动力 学机理，为地质、地球物理资料的综合解释提 供地质构造模型。 * * 7 7 相似原则：即实验模型与研究对象必须符合相似原理，只有 符合这一原则，实验结果才能对研究对象作出正确的解释。 选择原则：影响构造变形的可能因素很多，往往无法同时满 足相似原则，因此只能选择考虑

4、其中主要因素的相似原则。 分解(分离)原则：如果同时考虑所有的因素，模型的设计就 会变得十分复杂，需要采取分解的原则，即设计多组实验，每一 组实验只考虑一个因素而固定其它因素，在分解研究各个因素的 基础上进行综合分析，以达到简化模型设计的目的。 逐步近似(逼近)原则：自然界的条件很复杂，实验室条件有 时只能做到大致相似，并随着认识的发展和实验条件的改善逐步 逼近相似。 统计的原则：模型实验所获得的结论是纯经验的，特别是每 个实验不可能保证条件精确相同，因此需要从统计的角度来评价 它的可信度与准确度。 * * 8 8 构造物理模拟实验一般采取以下八个步骤 地质分析，确定构造原型。 分析控制构造原

5、型的主要因素。 根据原型几何尺寸及所采用的实验方法，确定模型比例尺 。 根据构造变形条件与原型的岩石力学性状，选择合适的相 似材料。 根据地质和地球物理资料分析所推断的原型受力方式与约 束条件，确定模型的加载方式与边界几何条件。 记录模拟实验过程，及时分析实验结果。 分析实验结果与天然实体的相似程度。若达不到要求，可 重复第、步，甚至对第步作进一步的工 作。 合理地将实验结果用于解释实际问题。 以上8个步骤构成了“从实际中来到实际中去”的循环。 * * 9 9 按模拟实验的功能和驱动方式分为两类： 一、平台式变形装置：可以进行包括挤压、伸展 、剪切和拱升等多种形式构造变形的模拟，既可以采 用软

6、材料（如粘土、硅泥等）进行实验，也可以进行 松散材料的实验。特点是实验过程中模型所处的重力 加速度为1g。 二、离心机模拟实验装置：其特点是能对模型施 加大于1g以上的重力加速度（最高可达2000g），这类 装置对于模拟底辟构造尤其有用，但这类装置制造成 本偏高。 * * 1010 石油大学构造变形物理模拟综合实验仪石油大学构造变形物理模拟综合实验仪 构造物理模拟实验 * * 1111 组合及驱动方式组合及驱动方式 构造物理模拟实验 * * 1212 实实 验验 参参 数数 实验材料：粒径0.2-0.3mm的松散石英砂，其 抗张强度接近于零，变形特性符合 库仑准则，与地壳浅层次岩石的变 形特性

7、相似 边 界：刚性边界聚苯模块 自由边界无 基 底：刚性基底玻璃、薄板、聚苯板 塑性基底橡皮(可伸展、收缩) 构造物理模拟实验 * * 1313 构造物理模拟实验的步骤 根据含油气区地震勘探所获的构造资料分析盆地 （包括全盆地的主边界条件和次级盆地的边界几何条件） 根据各级盆地的系列砂箱实验结果，了解几何条件对 构造形成特征的一般控制规律，探讨构造的形成规律 通过实验结果和地质实际对照，选择最佳相似方案，进一步改进 实验设计并证伪相反的变形方式，提出构造演化机制、运动学解释 根据各级盆地边界几何条件设计系列砂箱实验模型，研究在不同边界性质（如自 由边界与刚性边界）、不同运动方向及运动方式（包括

8、均匀与非均匀运动、单侧 与双侧运动等）条件下形成的剖面构造样式和平面展布特征及三维变化规律 * * 1414 一、构造物理模拟实验简介 二、车古201潜山的构造物理实验模拟 三、辽河盆地西部凹陷北带正反转构造 的物理模拟 *15 车古201潜山的构造物理实验模拟 构造特征 存在问题 实验设计及结果 讨论及结论 *16 沈阳-维 坊断裂带 黄骅东 明断裂带 霸县-束鹿- 邯郸断裂带 *17 *18 车古201潜山位置 地质概况： v位于车镇凹陷 北部的陡坡带 车西洼陷与大 王北洼陷的交 界处 v处于车3鼻状 构造(NNW-SSE 走向)的主体 部位，以它为 主构成了富台 油田。 *19 剖面特征

9、 *20 潜 山 的 古 生 界 平 面 特 征 *21 存在构造问题 1、断阶带潜山的形成机制 a、主断层产状对潜山的影响 b、断块如何残留 2、断陷中逆断层的形成机制 c、逆断层是在伸展中形成？ d、存在一个挤压期？ *22 实验资料分析 v车古201潜山位于主控断层的断阶带上，本区缺少基底隆起 的证据，所以排除了断层下盘隆起形成潜山的可能。 v而单纯的铲式断层则不易形成断块残留；而假如坡坪断层的 坡折带处于较高位置，则其在构造过程中是不容易产生逆断 层的。 v由此我们推测：车古201所在的潜山构造带是在凹陷的主控 断层产状上部为较平缓的铲式，在深部为坡-坪式的形状下 形成的。 *23 v

10、由区域资料来看本区在古生代时是存在挤压期 的，但那时的挤压方向是NE-SW向，所以如形 成逆断层应为NW-SE向，而非NE-SW向。 v从中生代末期始不存在挤压期，所以潜山中的 单条切割到新生代的NE-SW向逆断层有可能是 在伸展过程中产生的。 *24 实验模型设计 装置如上图(模型比例尺为 1:50000)。实验分为两个阶 段，第一期为简单的伸展，后侵蚀剥平；第二期采取同构造 沉积方式加砂，在实验过程中将橡皮自由端固定于模型顶部 平台上，使得在剖面中部产生拉张。模型最大伸展量为19cm( 位于活动档板处)，伸展位移速率约为3.810-3s-1cm。 *25 实验过程 *26 实验过程 *27

11、 实验过程 *28 实验过程 *29 实验过程 *30 实验结果解释 (D为伸展量， d=0cm d=6cm d=12cm d=15cm d=19cm 图中白线为 解释断层) *31 实验结果与实际剖面对比 *32 实验结果分析 结果与实际剖面具有较高的相似性： a、在主边界断层的坡-坪上方出现倾角较陡的顺序发育的切割 古潜山的系列正向正断层形成的断阶带 b、后期移动到沉降中心处的高角度逆断层 c在活动端的断陷斜坡上出现的正向多米诺式断层 d、以及沙三段东营组以来沉降中心迁移到剖面中部等。 这些主要因素与实际剖面基本相同，这基本上代表了本地的 构造运动演化过程。 不足： 反向正断层的发育程度和

12、近主断层一侧的滚动背斜的弯曲程 度与实际的相似程度较低。模型与剖面之间的差异应主要由于基 底伸展位移控制精度所致 *33 总体特点 v潜山构造带的形成是由主断层的产状控制的（ 上部为较平缓的铲式，在深部为坡-坪式）。 v实验模型和演化剖面特征表明断裂过程中带有 显著的基底伸展特征，属于正断层上盘变形和 基底不均匀伸展的复合类型。 *34 逆断层的形成机制 实验证明剖面 中的单条逆断 层是在伸展过 程中由正断层 倒转而成的 *35 最终 作出 了合 理的 构造 演化 平衡 剖面 *36 结论 1车古201区的主控断层形态具有上部铲式，深部坡- 坪式的构造特点，这样的产状特点造就了本区的潜 山构造

13、 2靠近主控断层坡折带处的逆断层是在伸展作用下由 正断层倒转形成的 3本区的复杂构造变形是正断层上盘变形和柔性基底 不均匀伸展的复合作用的结果 * * 3737 一、构造物理模拟实验简介 二、车古201潜山的构造物理实验模拟 三、辽河盆地西部凹陷北带正反转构造 的物理模拟 * * 3838 Harding.M(1985)Harding.M(1985)认为，对一特定构造来说，构认为，对一特定构造来说，构 造反转系指构造极性从原先的低地形变为高地形造反转系指构造极性从原先的低地形变为高地形 ，或从原先的高地形变为低地形，在更大规模上，或从原先的高地形变为低地形，在更大规模上 的这种转变则被称为盆地

14、反转；的这种转变则被称为盆地反转； 反转构造是一种叠加、复合构造，依反转构造的反转构造是一种叠加、复合构造，依反转构造的 尺度可分为尺度可分为断层的反转断层的反转，盆地的反转盆地的反转。 按反转按反转 的性质分为的性质分为 正反转构造和负反转构造正反转构造和负反转构造 反转构造 * * 3939 正反转构造：正反转构造： 是指正断层系是指正断层系 统控制的地堑统控制的地堑 、半地堑构造、半地堑构造 受到挤压作用受到挤压作用 后发生褶皱和后发生褶皱和 逆冲构造变形逆冲构造变形 。 正反转构造发 育演化图(周 祖翼，1994) * * 4040 负反转构造：负反转构造： 是指逆断层及是指逆断层及

15、其相关的隆起其相关的隆起 受到引张作用受到引张作用 后发生伸展构后发生伸展构 造变形，原来造变形，原来 的相对隆起的的相对隆起的 构造部位发生构造部位发生 沉降。沉降。 负反转构造 发育演化图 * * 4141 渤海湾新生代盆地区(省)构造 轮廓简要图 沈阳-维 坊断裂带 黄骅东 明断裂带 霸县-束鹿- 邯郸断裂带 * * 4242 辽辽 河河 盆盆 地地 构构 造造 纲纲 要要 图图 * * 4343 InLine2866 InLine2866 InLine1600 * * 4444 L1600L1600部面特征部面特征 * * 4545 L1600L1600剖面构造演化剖面构造演化 中生代末初始裂 陷阶段 沙三、沙四期 深陷旋回 沙一、沙二期、 东营期再陷旋 回 馆陶期拗陷阶 段 * * 4646 对于反转这种复杂的盆地构造的解释与分析有了更 深的认识和见解，但是由于其构造的特殊性和演化的复 杂性，对于其变形的分析和形成机制还