[PDF] 断层涂抹层分布规律的物理模拟实验研究

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1、石油勘探与开发302001年2月PETROLEUMEXPLORATIONANDDEVELOPMENTVol.28No.1断层涂抹层分布规律的物理模拟实验研究(1)(1)(1)(2)吕延防张发强吴春霞王亚明(1)大庆石油学院(2)大庆油田公司采油六厂本文为国家重大基础研究项目(编号G1999043310)部分成果式中σn———正应力分量,MPa;τ0———剪应力分量,引言MPa;τ———抗剪强度,MPa;μ———内摩擦系数。按照库仑2摩尔理论,黏性或非黏性材料的塑性变在油气勘探开发过程中,断层封闭性及其地史时形和破坏是沿某方向明显的不连续滑移而造成的。在期的演化研究已

2、越来越受到重视。人们充分认识到,材料处于极限状态的任何点上,存在一对可能滑移的在断层发育的盆地中,断层封闭性对油气运移、聚集与共轭单元,这两个单元满足库仑屈服条件。Amonton分布起着关键性的作用。因此,近几年国内外很多学定律说明,在低围压条件下,沿断层面发生滑移所需要者致力于断层封闭性的研究。的切向力(平行于断层面)与法向力(正交于断层面)呈断层封闭性可分为侧向封闭性和垂向封闭性。控正比关系:制侧向封闭性的两大因素,一是断层两盘对置的岩性,二是断裂带内充填物的性质与渗透性。充填物又可分τ=μσ0(2)两类,一类是断层泥,即断裂活动过程中断裂带中被碾(2)式中的μ

3、为滑动摩擦系数,通常大于μ。在较磨破碎的断层角砾;另一类是泥岩涂抹层,由进入活动低围压条件下,岩石中的剪破裂是软弱面,破裂面失去断裂带的被断移泥岩形成。当然两种充填物中都可能内聚力,岩石沿已有破裂面产生摩擦滑动所需要的最有后生矿物沉淀。实践已证明,当断层两盘对置的都大主应力与最小主应力之间的差应力比形成新的破裂是渗透性地层时,涂抹层可以很好地起到侧向封闭油面所需要的差应力小,这就是滑移作用往往沿先存断气的作用。然而,什么样的断层存在断层涂抹层?断裂面发生的原因。因此,无论断层性质如何,两盘错动层涂抹层的规模与原岩有何关系?涂抹层的分布规律的本质都是剪切滑移,而泥岩涂

4、抹层的产生与断层倾及控制因素是什么?这一系列问题尚未见从定量角度角(α)没有直接关系,但需要利用α将砂泥岩的实际厚进行研究的报道。度(H)换算为断裂带内的有效厚度(L=H/sinα)。前人及笔者都曾进行大量的断层露头考察,试图因此,笔者采用水平错动实验装置(见图1,滑动箱定量研究上述问题,但由于实地条件限制无法达到目下半部分固定,上半部分滑动)模拟断层涂抹层形成。的;也曾利用钻井资料用统计方法研究,终因断裂带取实验材料中,砂岩用石英砂、黏土、膨润土和水泥制作,心不系统、资料不全而未获成功。于是笔者设计组装泥岩用黏土、膨润土和水泥制作,分别按比例加水、搅了模拟实验装置

5、,希望通过物理模拟实验来认识断层拌后烘干,作为砂、泥岩层的替代物。涂抹层的性质、厚度、长度与断移地层岩性、厚度、成岩程度及断层断距等之间的定量关系,为定量评价断层封闭性提供依据。实验原理与实验方法在应力作用下,物体内微元体的6个平面上作用图1实验装置简图有正应力分量和剪应力分量,一旦两项应力分量的合力达到抗剪强度,该微元体就可能发生塑性变形。抗实验结果分析剪强度的计算公式为τ=τ0+μσn(1)在多次模拟实验中,可以观测到以下现象:2001年2月吕延防等:断层涂抹层分布规律的物理模拟实验研究311,剪切带在断裂产生过程中形成,剪切带内发育移砂岩挤占了剪切带空间,黏土

6、失去涂抹填充剪切带的泥岩涂抹带(见图2)减少了沿断层面的摩擦阻力。的机会,无涂抹层的产生。这说明断层的再次活动不邻近剪切带的砂岩层没有明显的涂抹现象,但由于砂形成或很少形成涂抹层。所以,多期活动断层的断层岩较脆硬,摩擦剪切作用使砂岩中产生有规律的裂缝泥主要是前期涂抹层的再改造。和微小弯曲。破碎的砂岩楔状体被塞入剪切带,同时给邻近的泥岩涂抹留出空间。泥岩层被错开后,沿断层错动方向,涂抹层在被动盘一侧由厚变薄,在主动盘一侧由薄变厚,直至涂抹厚度达到最大。图3先期断裂后期剪切泥岩涂抹示意图图2断层涂抹层分布图数据处理与分析2,涂抹条带空间分布并不规则,主要受泥岩厚度、经统

7、计和处理实验数据后发现,上述影响涂抹层断距、主应力方向及断面粗糙程度影响。剖面上,沿地发育的诸多因素中,关键因素是泥岩层本身的厚度、塑层被错动的方向,涂抹层由厚变薄,并且在断裂带中涂性程度(可用孔隙度或含水量表示)和断距。在泥岩处抹层被拖动越远越薄,其末端分布有拖拽后留下的透于塑性状态时,断距(记为因素A)和泥岩厚度(记为因镜状泥岩涂抹残体;平面上,涂抹层在原岩附近连续分素B)对泥岩涂抹长度的影响见表1,二者显著性方差布,随着与原岩距离的加大,涂抹层的厚度减小,在涂分析结果见表2。抹层末端形成锯齿状前缘,在该前缘前方有被拉断的孤立的薄层涂抹层残体。当断距较小时,