构造应力场研究进展
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Ｗ ｏ ｄＳｒ ｓ ｐｄ ｔ ａ ，Ｃ ｍｐ ｔｒ＆ Ｇｅｓｉ ｃｓ ４（ ０ ） ８ ７ １ ｌ ｔ ｓ３ ｒ ｅ ａ ｂ ｓ ａ ｅ ｏ ｕｅ ｓ ｏｃ ｎ ｅ ３ ２ ８ ７ ３ ９ ｅ ０
决定的：①岩 石物性 的各 向异性是 由于岩石的分层性还有大断层的破 坏， 入侵 ，碱 蕊带 ，风化程度和湿度的不同导致岩性 的不同造成的 ； ②岩石的矿物组成 ；③应 力状态 的各向异性 。在对岩石各向异性的 研究过程 中，选取同一地层 ，岩石的分层性 因素影响不大 ，矿物的组 成，特别是沉积岩对于岩石的各向异性 影响从做观和宏观上都是微 不足遭的 。这々结 沱来 骂于 Ｓ ｆ ； ｈ ， ｔ ￣ ｓ ㈦（ 在跺加 利亚＾ｏｓ ｎ 台不 ｅ 、 一 ｅ ａ地 ｌ ｉ 剐地 区做的走是实验结 阵了Ｓ ｒ ａ ａ 时代 的沉积物 ，出于发生了 ａ ｔｎ ｍ ｉ
Fra Baidu bibliotek
ｆ］ Ｎｅ ． ｎｋｅ ｗ． ｅ ｔｎ ｒ ｓｒ： ｈ ｏｅ ｃ ｏ ｃｐ ｎ ７ ｌ Ｓ Ｍａｃ ｔ ｏ Ｔ ｃｏ ｉ ｐｅ ｕｅ Ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｄ ｌ ｌ ｃ ｓ ｉ ｔ ｌ ｓ
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仅能准确解决二线 问题 ．而且可 以有效解决 三维闽题 ，不仅能测 定边界应 力 ， 而且能测定模型内 部应力 。光弹物理模拟实验是能
够显 记录和反映受外力作用 现、
的彰体 内部应力状态和特征的最
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： 。 二
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探 与 开发 ，２ ０ ，２ （） ０ ０ ７３
震的预测工作 ， 这应该是未来构造应力场研究的方向之一。
参考文献
［１ 曾联 渡 ，漆 家福 ． 用 岩石磁 组 构恢 复 沉积盆 地 古构造 应 力场方 １ 利 法 的探 讨 ．石 油 实验 地质 ，２０ ，２ ６） ０ ７ ９（ 【 单 家增 等 ，古应 力 场定 量研 究 的光 弹物 理模 拟 实验 法 ， 石 油勘 ２ 】
自Ｇａａ ｒ ｍ在研 究阿 巴拉契 亚山变形沉积岩 时提 出磁化率量值椭 ｈ 球主轴与应变椭球 主轴卡 瓦平行 以来 ，许多学者将该原理应 用于构造 纣 变形研 究中 ，娜最 小磁化 率方向柬 推断构造应 力场的最 大主压应 力
（ ｉ 方位 。该方法 的一个 最重要的前提条件 就是假设最大主压应力 ） 方位与最小磁化率主轴的倾向平行 。但该方法是否适应于沉积盆地的 古构造应 力场恢复 。不同学者有不同的看法 。 曾联波 等对沉 积盆地利用岩石磁组构确定主应力方 向的可靠性进
（ ） １ 应用岩石 的各 向异性重建构造应力场理 论基础 。岩 石的各 向异性是指岩石在各个测蹙方 向上物理性质各不相同，是 由以下因素
［ 戴 馒生 ，李理 ． 区构造分 析 ，石油 大学 出版 社 ，２０ ８ ］ 油 ０２ ［ 程 万正 ，阮 祥 ，张致 伟 ． 川８ ０级 地 震 序 列 及 震型 判 定 ，地 ９ ］ 汶 ． 震 ，２０ ，２ １） ０９ ９（ 【 ］ Ｏｈｅ ｉｂｃ，Ｊｎ ｈ ｅ ｓ — Ａ、ｓａｚｄ ｎｔｏ ｆｒｈ １ ０ ｖｒ ｄａｈ ｅｓ Ｈｅ Ｈｏｎ． ＭＩ Ａ ，ｕ１ａｏ ｌｏ ｅ ｉ ｉ ｏ ｔ
关蜓谪 构造应力场 光 弹模 拟 实验 岩 石各 向异 性 共轭剪节理 系
１ 利用岩石磁纽构 恢复沉 积盆地古构造应力场方法的探讨
明显的褶皱导致变形岩石的各向异性 （ 在应力作用下导致矿物重新定 位 ）， 预先 假设矿物 的组成影响是微不足道的。在特定的情况下 ， 可 以认 为岩石 的各 向异性是 由于岩石所受应力状态不 同导致的 ，由此可 以进行构造应 力场的重建 。 （ 共轭剪节理系分析方法重建古构造应力场 。Ｎｋｌ ｖ １７） ２ Ｊ ｉ ａ （ ７ ｏｅ ９ 使用了剪切断裂模式重建主应力 轴方 向。这是建立在图上剪节理密度 的最大值明显的不对 称这 一事实基础之上 。岩石的构造 压裂提供 了造 成压裂的应力场以及动态轴 方向的非常有价值的信息 ，虽然这些信 息 很难提取。尽 管节理 缺乏动力学标 志，但还是有很大潜力在此基础上 重建古构造应力场。特别是 当这些节理在广泛的区域内保持一致的空
５ 未来发展方 向
一
光弹性实验是一种光学的应力测量方法 。它采用具有双折 射性 能 的材 树，制成与零件形状几何 相似的模型 ，婕模型受力情况与零件 的
载苻相似． 将受力后的模型置于偏振光场 中，可获得干涉条纹图 。 这些 条纹 指示了模型边界和 内部各 点的应 力情况． 依照光弹性原理 ， 即可 算出模型蚤点应力的大小与方向 ， 真实零件上的应力可根据模型 相似理论长算求 得。 光弹实验方法可得到整 个模型的应力条纹图 ，从而可直接观 察模
的全部应 力分布情况 ，特别是 能直接看 到应 力集 中部位 ，可迅 速 、准确地确定应力集 中系数 利用这种方法进行应力分析 ，不
构造应 力场作为油气运移 、聚集 的动 力之一 ，控制了地 质历史时 期油气 的运移和聚集 ，现今的构造 应力场影 响和控制了油气 田开发过 程 中油 、气 、水的动态变化 ，目前 ，国内对构造应力场 的研究主要由 于油气勘探。但 是 ，汶川地震造成如此之大的人员伤亡和财产损失 ， 使我们得到一个 启示 ， 那就是 ：构造应力场的研究还应该致力于对地
ｆ１ 王喜 双 里木盆 地构 造应 力场 的数 值模 拟及 其对 油气 聚集的 意 １】 塔 义 ， 地震 地质 。１９ ，２ ｆ ９９ １３ ） ［ 】 谭成 轩 ，王 连捷 ． １ ２ 三维 构造应 力场数 值模 拟在含 油气盆地 构造 裂 缝 分析 中应 用初探 ， 地球 学报 ．１９ ，２ ４ ９９ ０（ ） 【３ 沈 国华 ． 限元 数值 模拟 方 法在 构 造袋缝 预 测 中的 应 用 ， 油 气 １】 有 地 质与 采收 率 ．２０ ，１（ ０８ ５ ） ４ 作者简介 商琳 （ ９７ １８一），中 国石油 大学 （ 东 １ 球科 学 系在读 华 地
＂ ｍ＊ ｋＲ ¨ 。
有 手 之 。 用 实装 效 段 一 常 的验 置
如 图 １ 示 所
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主 ”
【 谢 卫红等 ，岩石 分形 节理 先弹 实验 与数值模 拟研 究 ，辽 宁工 程技 ３ 】 术大学学报 ，２０ ，２ １ ０４ ３（ ） 【 韩露 ，有 限元等 数值 模拟 方法 在我 国岩石 圈构造 研究 中的应 用与 ４ 】
发展 ，地球 物理 学进展 ，２０ ，１ ４） ０ ４ ９（ 【】 Ｓｅ ｎ Ｓ ａ ｏ Ｐ ｓ Ｃ ｅ ｃｏ ｓｔ ｒ ｅ ｔｓｅｓｆ ｌ ｎ ｔｅ Ｓ ５ ｔ ａ ｈ ｎ ｖ ｏｔ ｒｔ ｅ ｕ ｏ ｅ ｎ ｔ ｇ ｉ ｄ ｉ ｈ Ｅ ｆ — ａ ｃ ｒ ｅｓ
Ｍｏ ｓ ｎＰａ ｏｍ ∞ｕｇｆ ） ｅｔｎ ｐ ｙ ｃ ４ ０（ ０ ） １ ３ ｅ ａ ｌ ｒ ｉ ｆ ｔ ｌ ｉ ，Ｔ ｃ ｏ ｈ ｆ ｓ １ ２ ５ ２ ７２ ３ ａａ ｏ ｉ ０
～
２…确 碍 １ ｒ ～ 琏 Ｑ ｌ 年鲜 期 ７
学 术 研 讨
构 造应 力 场 研 究 进 展
商 琳
（中国 石 油 大 学＜ 东＞ 球 科 学 系 ） 华 地 摘 要 构造应力场是沉积盆地成盆、成烃和成藏的主要动力 ，对盆地 及其 内部构造 和油气矿产资源的形成演化起 重要 的控 制作 用 本文套 绍了近年 来国内外用于研 究构造应 力场 的几种方法 ，探讨 了采来发展的方向
４ 国外构造应力场的重建方法
『 Ｇ矗ｂ ｒ ａｈ ． ｒｓ ｔｄｙｓｅ ｅ ｄｔ ｔｎ ｖ￣ｏ １ ６ １ ｏ ｃ等 Ｐｅ ｎ－ ａ ｒｓｆ ｌａ ｃｏｉ ｉ ｅ ｉｎｉ ｄｅ Ｂ ｅ ｔ ｓ ｄｎ ｅ ｉ ｃｎ ｎ
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３ 含油气盆地构造应力场数值模拟
目 ，最广泛使用的模拟方法是有 限单元法 。由于计算机性能 的 前 提高 及理论的成熟 ，为使结果更朋准确 ，采用三维有限单元 法。有 限 单元法是近似求解 一般连续介质问题的数值求解法 ，其基本思路是 ： 将地质体离散成有限个单元 ，单元之问 以节点相连，每个单元 内赋予 其实际的岩 石力学参数 。把 求解研究区域内的连续场 函数转化为求解 有限个离散点处 的场函数值 ｌａ ｌ］ －。 ｌ
行了实验分析。 产 生岩石磁化率各 向异性 的因素主要 有形 状各向异 ：
性 和磁 品各 ｒ 异性两 方面 ，与岩石 的沉 积以及沉积 以后所受 到的温 口 Ｊ 度、压力条 件等 多种地质因素有关 。因此 ， 岩石磁组构分析广泛应用
于沉 积古水流 、岩浆岩构造、变质岩 的韧性变形和矿床 的研究 中。
ｆ 收稿 日期 ：２ １ － ４ ２ ０ ０ 一 — ７） ０ 硕 士 生 ，携 追地质 学 专业。
２ 光弹 模 拟 实 验 方 法 和 理 论
问取向 。共轭 剪节理 系存在于构造应力场主应力轴空间定位的所有情 况下 ，应该用于古构造应力场的重建 。在非常简单的情况下 ，即在未
变形的岩层 中观察 （ 年轻 的沉积岩 ），在共轭剪节理系 以及断层的几 何形态和应力场之间存在简单的联系来确定主应力轴 口ｌ ，仃２ ３ ， ， 这可 以作为一 个在实际构造研究中统计和解释节理的好方法。经过大 量节理 的分析 ，Ｎｋｌ ｖ 出结论 ，节理密度最大 的方 向可 由或 多或 ｉ ａ得 ｏｅ 少的不对称和偏心区别出来 。
决定的：①岩 石物性 的各 向异性是 由于岩石的分层性还有大断层的破 坏， 入侵 ，碱 蕊带 ，风化程度和湿度的不同导致岩性 的不同造成的 ； ②岩石的矿物组成 ；③应 力状态 的各向异性 。在对岩石各向异性的 研究过程 中，选取同一地层 ，岩石的分层性 因素影响不大 ，矿物的组 成，特别是沉积岩对于岩石的各向异性 影响从做观和宏观上都是微 不足遭的 。这々结 沱来 骂于 Ｓ ｆ ； ｈ ， ｔ ￣ ｓ ㈦（ 在跺加 利亚＾ｏｓ ｎ 台不 ｅ 、 一 ｅ ａ地 ｌ ｉ 剐地 区做的走是实验结 阵了Ｓ ｒ ａ ａ 时代 的沉积物 ，出于发生了 ａ ｔｎ ｍ ｉ
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的彰体 内部应力状态和特征的最
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探 与 开发 ，２ ０ ，２ （） ０ ０ ７３
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［１ 曾联 渡 ，漆 家福 ． 用 岩石磁 组 构恢 复 沉积盆 地 古构造 应 力场方 １ 利 法 的探 讨 ．石 油 实验 地质 ，２０ ，２ ６） ０ ７ ９（ 【 单 家增 等 ，古应 力 场定 量研 究 的光 弹物 理模 拟 实验 法 ， 石 油勘 ２ 】
自Ｇａａ ｒ ｍ在研 究阿 巴拉契 亚山变形沉积岩 时提 出磁化率量值椭 ｈ 球主轴与应变椭球 主轴卡 瓦平行 以来 ，许多学者将该原理应 用于构造 纣 变形研 究中 ，娜最 小磁化 率方向柬 推断构造应 力场的最 大主压应 力
（ ｉ 方位 。该方法 的一个 最重要的前提条件 就是假设最大主压应力 ） 方位与最小磁化率主轴的倾向平行 。但该方法是否适应于沉积盆地的 古构造应 力场恢复 。不同学者有不同的看法 。 曾联波 等对沉 积盆地利用岩石磁组构确定主应力方 向的可靠性进
（ ） １ 应用岩石 的各 向异性重建构造应力场理 论基础 。岩 石的各 向异性是指岩石在各个测蹙方 向上物理性质各不相同，是 由以下因素
［ 戴 馒生 ，李理 ． 区构造分 析 ，石油 大学 出版 社 ，２０ ８ ］ 油 ０２ ［ 程 万正 ，阮 祥 ，张致 伟 ． 川８ ０级 地 震 序 列 及 震型 判 定 ，地 ９ ］ 汶 ． 震 ，２０ ，２ １） ０９ ９（ 【 ］ Ｏｈｅ ｉｂｃ，Ｊｎ ｈ ｅ ｓ — Ａ、ｓａｚｄ ｎｔｏ ｆｒｈ １ ０ ｖｒ ｄａｈ ｅｓ Ｈｅ Ｈｏｎ． ＭＩ Ａ ，ｕ１ａｏ ｌｏ ｅ ｉ ｉ ｏ ｔ
关蜓谪 构造应力场 光 弹模 拟 实验 岩 石各 向异 性 共轭剪节理 系
１ 利用岩石磁纽构 恢复沉 积盆地古构造应力场方法的探讨
明显的褶皱导致变形岩石的各向异性 （ 在应力作用下导致矿物重新定 位 ）， 预先 假设矿物 的组成影响是微不足道的。在特定的情况下 ， 可 以认 为岩石 的各 向异性是 由于岩石所受应力状态不 同导致的 ，由此可 以进行构造应 力场的重建 。 （ 共轭剪节理系分析方法重建古构造应力场 。Ｎｋｌ ｖ １７） ２ Ｊ ｉ ａ （ ７ ｏｅ ９ 使用了剪切断裂模式重建主应力 轴方 向。这是建立在图上剪节理密度 的最大值明显的不对 称这 一事实基础之上 。岩石的构造 压裂提供 了造 成压裂的应力场以及动态轴 方向的非常有价值的信息 ，虽然这些信 息 很难提取。尽 管节理 缺乏动力学标 志，但还是有很大潜力在此基础上 重建古构造应力场。特别是 当这些节理在广泛的区域内保持一致的空
５ 未来发展方 向
一
光弹性实验是一种光学的应力测量方法 。它采用具有双折 射性 能 的材 树，制成与零件形状几何 相似的模型 ，婕模型受力情况与零件 的
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构造应 力场作为油气运移 、聚集 的动 力之一 ，控制了地 质历史时 期油气 的运移和聚集 ，现今的构造 应力场影 响和控制了油气 田开发过 程 中油 、气 、水的动态变化 ，目前 ，国内对构造应力场 的研究主要由 于油气勘探。但 是 ，汶川地震造成如此之大的人员伤亡和财产损失 ， 使我们得到一个 启示 ， 那就是 ：构造应力场的研究还应该致力于对地
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构 造应 力 场 研 究 进 展
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４ 国外构造应力场的重建方法
『 Ｇ矗ｂ ｒ ａｈ ． ｒｓ ｔｄｙｓｅ ｅ ｄｔ ｔｎ ｖ￣ｏ １ ６ １ ｏ ｃ等 Ｐｅ ｎ－ ａ ｒｓｆ ｌａ ｃｏｉ ｉ ｅ ｉｎｉ ｄｅ Ｂ ｅ ｔ ｓ ｄｎ ｅ ｉ ｃｎ ｎ
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目 ，最广泛使用的模拟方法是有 限单元法 。由于计算机性能 的 前 提高 及理论的成熟 ，为使结果更朋准确 ，采用三维有限单元 法。有 限 单元法是近似求解 一般连续介质问题的数值求解法 ，其基本思路是 ： 将地质体离散成有限个单元 ，单元之问 以节点相连，每个单元 内赋予 其实际的岩 石力学参数 。把 求解研究区域内的连续场 函数转化为求解 有限个离散点处 的场函数值 ｌａ ｌ］ －。 ｌ
行了实验分析。 产 生岩石磁化率各 向异性 的因素主要 有形 状各向异 ：
性 和磁 品各 ｒ 异性两 方面 ，与岩石 的沉 积以及沉积 以后所受 到的温 口 Ｊ 度、压力条 件等 多种地质因素有关 。因此 ， 岩石磁组构分析广泛应用
于沉 积古水流 、岩浆岩构造、变质岩 的韧性变形和矿床 的研究 中。
ｆ 收稿 日期 ：２ １ － ４ ２ ０ ０ 一 — ７） ０ 硕 士 生 ，携 追地质 学 专业。
２ 光弹 模 拟 实 验 方 法 和 理 论
问取向 。共轭 剪节理 系存在于构造应力场主应力轴空间定位的所有情 况下 ，应该用于古构造应力场的重建 。在非常简单的情况下 ，即在未
变形的岩层 中观察 （ 年轻 的沉积岩 ），在共轭剪节理系 以及断层的几 何形态和应力场之间存在简单的联系来确定主应力轴 口ｌ ，仃２ ３ ， ， 这可 以作为一 个在实际构造研究中统计和解释节理的好方法。经过大 量节理 的分析 ，Ｎｋｌ ｖ 出结论 ，节理密度最大 的方 向可 由或 多或 ｉ ａ得 ｏｅ 少的不对称和偏心区别出来 。