基于构造物理模拟实验的正断层形成和演化过程

彭先锋, 邓虎成*, 胡笑非, 张烨毓, 张小菊

(1.成都理工大学能源学院， 成都 610059； 2.四川省科源工程技术测试中心， 成都 610091； 3.页岩气评价与开采四川省重点实验室， 成都 610091)

断层的形成和演化一直是裂陷盆地构造研究的核心，也是裂陷盆地油气勘探的关键[1-4]，含油气盆地内断层多数是以断裂带的形式存在，探讨正断层形成和演化过程对研究油气沿断裂带运移途径具有重要价值。针对正断层的形成和演化，前人已经作了大量有意义的探讨。一方面，依据经典的安德森(Anderson)模式，当差异应力大于岩石的破裂强度时，则会形成倾角为40°～70°的正断层。然而宏观上，安德森模式是建立在刚体受力基础上，自然岩层并非刚体，在构造变形过程中地质应力存在损失，裂隙的尖端区域发生应力集中使裂隙递进扩张形成优势主裂隙最终形成断层。因此，基于安德森模式分析正断层的形成和演化过程、探讨断裂带内部结构和确定断层进一步演化趋势等并不理想。另一方面，已有的研究表明：断层发育程度与储存于岩石中的应变能存在正相关关系。通过古应力场数值模拟技术计算每个单元的弹性应力变能，可以预测伴生裂缝的相对发育程度。同时这仅是一种相对或定性预测裂缝密度的方法[5]。Housner首先提出在地球物理学科中运用能量的概念[6]，紧接着地球物理学专家们从时域、频域角度对地层破坏的输入能特征做了大量的探讨[7]。从能量角度来说，正断层形成演化的实质是地层岩块中弹性能量的积聚和突然释放，正断层形成是最大变形和累积能量耗散共同作用的结果。……