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构造应力场是研究所在区域构造运动的成因及其应力场的时空分布规律与力源及其在有关学科和生产中应用的一门科学,构造应力场演化则是从时间运动的角度分析构造应力场的发生、发展过程。近年来构造应力场的研究受到国内外石油地质工作者的广泛重视,是研究成矿规律、油气田开发、构造运动、地震成因及其预报等方面的重要内容。尤其盆地研究领域,在分析盆地演化、油气生成和运聚、裂缝形成等方面有着不可替代的作用;是钻完井工程、压裂施工工程的基础数据。分析构造应力场演化过程,可为了解构造演化史,裂缝发育史等提供地球动力学参考,为寻找有利油气圈闭提供指导意见。
明确构造应力场数值模拟对象,是正确实现模拟并明确其应用范围的前提。论文提出这一问题,意在理清数值模拟过程中不当的参数使用和盲目的结果分析。粗浅分析认为构造应力场模拟似以岩石骨架为对象较妥,模拟所用岩性参数应不包含流体成分的影响,计算结果也不应视作包含空隙压力。无论以岩石骨架为模拟对象还是以岩体整体为模拟对象,从量化的角度考虑,并无根本差异——只是量值大小的区别而已。
黑池梁构造位于米仓山推覆构造和大巴山推覆构造的结合部,受自印支、燕山期以来的强烈构造运动影响,形成现今复杂的构造面貌。本文以有限元数值模拟为中心,展开介绍现今(古)构造应力场模拟的流程方法,并将其应用到黑池梁构造应力场演化研究中。
数值模拟向三维发展的难点之一即三维地质建模难。断裂不发育地区建模可实现性强,而黑池梁地区处于构造挤压带,断裂发育,建模复杂,将地质模型转化为有限元模型尤显困难。本文应用Modeleasy地质建模软件,成功实现其地质建模过程,并将所建模型转化为有限元模型。利用测井、录井资料计算岩性参数和应力值后,模拟实现三维现今构造应力场。模拟结果表达出断层模型对构造应力场所起的强烈扰动作用,收到预期效果。
前人较少开展南方碳酸盐地区的古构造应力场模拟工作,主要因古地质建模、古岩性测量以及古应力测值方面研究进展缓慢。本文尝试在现今三维模型的基础上,利用平衡地质剖面法直接恢复古模型,并实现古构造应力场模拟。此项工作对三维古构造应力场模拟是一次有益的尝试。而建立压实曲线是古岩性分析的重要手段,根据骨架体积-质量守恒原理,通过测井密度曲线可恢复古构造时期的密度曲线,但该法不适用于求取古弹性参数和古地应力。故不考虑岩性相变的前提下,为保证相对的岩性关系,借鉴现今地层的岩性参数。确定其边界应力应变条件后模拟黑池梁古构造应力场,完成演化模拟。
黑池梁构造应力场模拟演化结果,结合平衡地质剖面分析认为:鼻状构造两翼的膏盐层侧向堆积主要为黑池梁背斜构造形成早于米仓山推覆构造运动所致。结合相干属性、曲率属性验证分析黑池梁构造演化史、裂缝发育史:黑池梁鼻状构造雏形主要受印支中晚幕秦岭造山带东西向右行剪切造山和四川盆地中部地壳高度固结、米仓山以南地区出现东西向顺扭应力场作用结果;喜山期先后受米仓山和大巴山强烈推覆运动的影响,鼻状构造轴部横张破裂发育,导致孔隙度增大、应力降低,应力势差成倍增加,使得鼻状构造高点成为有利的裂缝发育区。以及结合地层压力综合分析裂缝发育,认为:除鼻状构造高点外,以断裂L9为代表的近NE向断裂或断裂近NE向部位也是较有利的裂缝发育区。