正断层形成机理及其对断层泥的控制作用

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1、第32卷第2期新疆石油地质Vol．32，No．2第32卷第2期杨磊，等：正断层形成机理及其对断层泥的控制作用2011年4月XINJIANGPETROLEUMGEOLOGYApr．2011正断层形成机理及其对断层泥的控制作用11112杨磊，綦耀光，任旭虎，刘新福，孙志信（1.中国石油大学机电工程学院，山东东营257061；2.中国石化胜利油田有限责任公司地质科学研究院，山东东营257000）摘要：断层泥是影响断层封闭性的主要因素之一。对正断层的形成机理进行了动力学和运动学分析，从时间和空间上探讨了正断层上、下盘的应力分布特征及其断层泥的分布规律。分析认为，断层泥受控于断层的特征规律，属于断

2、层形成发育过程的伴生现象。而正断层的上盘为主动盘，下盘为被动盘，正断层中的断层泥则随正断层的生长表现为剪薄、拉长、涂抹和拖曳的动态发育演化过程，断层泥主要形成在正断层上盘一定宽度的范围内。关键词：正断层；力学分析；断层泥；构造物理模拟文章编号：1001－3873（2011）02－0137－04中图分类号：TE112.41文献标识码：A[6]在正断层形成过程中，断层上、下盘一定空间范封闭性断层构造，反之形成开启断层构造。断层的[1-3]围内往往伴随着断层泥的生成。而断层泥是影响断形成是一个渐进的发展过程，其源于裂隙的递进发层封闭和开启的重要因素。展。岩层在地质构造应力的作用下，在微裂隙的周

3、围，在地质构造应力作用下引发的正断层剪切形式特别是在裂隙的尖端区域发生应力集中现象，使裂隙的滑动是造成断层泥区域分布的重要原因，剪切型断递进扩张进而发育形成优势主裂隙，最终发育形成大层是断层泥形成连续与否的主要控制因素，断层的岩的断层面。[11]石力学特性及其不同组合形式控制着断层泥的空间根据地质构造应力状态分析，正断层构造形成[4-11]分布。本文通过对正断层构造形成过程中的动力时其最大主应力σ1在垂直方向上，断层面具有剪切学和运动学特性分析，探讨了正断层与断层泥在形滑动变形的特性。σ1的构成因素很多，如岩层重力作成、演化之间的关系。用或垂直地壳运动作用而引起的地质构造应力。以重力作用

4、引起的正断层构造分析为例，则地质应力状态1正断层形成的力学分析如图1所示。断层泥岩层剖面中必然发育形成共轭剪泥岩涂抹现象是指断层形成发育过程中，破碎带切破裂，通常其中的一组会在连续构造应力作用下形内泥质页岩层变薄夹在砂岩断层面上形成泥质剪薄成正断层。带，即断层泥。断层泥的分布规律与泥岩层的厚度、层应用地质构造应力状态分析正断层形成的力学数、泥质含量及断层构造的断距等参数有关，断层泥机制前提是建立在刚体受力分析的基础上，然而实际的厚度与泥岩的厚度呈正相关性，随泥岩厚度的增大地质构造过程中的岩层并非刚体，因此在构造变形过而增大，而与断距呈负相关性，随断距的增大而减小。程中地质应力必然存在损失

5、，即σ（实线）要大于1σ1依据Gibson黏土涂抹系数数学计算方法，它等于断（虚线）（图1），前者可称之为主动作用力，后者称之层断距除以断层倾向剖面上泥岩层的视厚度。大量的为反作用力。同时，对正断层而言，由于σ1位于正断实验数据表明，当涂抹系数小于4.0时，可认为形成层的上盘，推动上盘沿剪切面向下运动，因此，正断层σ1σ1σ3σ3σ1实际形成的断层σσ2σσσ未形成的共轭断层331σ2σ1σ1σ1σσσ233τσ1σ实际主应（动）力σ1σ3σ13σ1平衡主应力σασ1a剪性正断层模式b逆断层模式c平移断层模式d张性正断层模式1图1断层形成的应力状态图解收稿日期：2010－09-07基金项

6、目：国家科技重大专项（2008ZX05006－002）作者简介：杨磊（1982－），男，山东昌乐人，在读博士研究生，构造物理模拟，（Tel）0546－8391271（E-mail）yangsir211@163.com.·138·新疆石油地质2011年的上盘为主动盘，下盘为被动盘，可以发现断层上、下下盘断层泥形成的力学分析如图2所示。盘位移大部分是上盘运动的结果。由于断层上盘所受同向节理力比下盘大，对应的伴生构造也比较发育，因此，在野β≤24°β≤24°[5]羽状节理σ1外勘查中人们总是发现断层上盘厚度一般较薄。一泥质泥岩剪切带岩层般而言，地层中正断层主要是地层重力作用的结果，σ1σ1本文

7、重点研究重力作用下正断层发育形成的动力学σ1羽状节理泥质α岩层和运动学特征。60°α影响带假定沉积岩层的初始状态是近水平的，断层面倾60°a断层泥发育初期b发育演化过程力学机理分析角为α，则依据二维地质应力状态分析，断层面上的正应力σ和剪应力τ可表示为图2正断层两盘泥岩涂抹形成的力学机制分析和演化示意σ=σ1+σ3+σ1-σ3cos2α；（1）22初始裂隙出现时，在断层构造面附近区域，上盘τ=σ1-σ3sin2α.（2）在主动力σ1