【摘要】：離散元數(shù)值模擬作為構(gòu)造變形研究的新方法,可以定量的觀測(cè)分析模型內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變的演化過(guò)程,有助于揭示褶皺沖斷帶的變形特征與變形機(jī)制,分析應(yīng)力應(yīng)變分布對(duì)油氣儲(chǔ)層物性的影響,具有重要的理論意義及實(shí)用價(jià)值。本文在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上,結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查、地震剖面解析和構(gòu)造物理模擬試驗(yàn),基于離散元數(shù)值模擬技術(shù),對(duì)褶皺沖斷帶構(gòu)造變形特征及其變形演化機(jī)制和控制因素進(jìn)行綜合分析,取得了如下成果:1)采用結(jié)構(gòu)體數(shù)組構(gòu)建離散元的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),改進(jìn)基于網(wǎng)格法的鄰居搜索算法,加快鄰居搜索與接觸判斷的速度,重組鄰居搜索與接觸判斷和接觸力的更新模塊,實(shí)現(xiàn)了無(wú)鎖、高效的并行計(jì)算。嵌入線彈性和Hertz-Mindlin接觸力學(xué)模型,開(kāi)發(fā)適用于構(gòu)造模擬的易擴(kuò)展、高性能的離散元程序VBOX,并給出了離散元程序測(cè)試流程。2)提出等效參數(shù)與等效模型的概念,通過(guò)休止角試驗(yàn)和雙軸試驗(yàn)標(biāo)定反映石英砂宏觀力學(xué)特性的顆粒的細(xì)觀參數(shù),構(gòu)建一個(gè)典型的物理模擬和離散元數(shù)值模擬試驗(yàn),提出基于網(wǎng)格的擠壓楔體定量方法,定量(如坡角、斷層傾角等)對(duì)比了兩種方法在構(gòu)造變形研究中的差異與相似點(diǎn)。3)通過(guò)系統(tǒng)的離散元數(shù)值模擬試驗(yàn)給出顆粒細(xì)觀參數(shù)與巖石宏觀參數(shù)的對(duì)應(yīng)表,研究巖層粘聚力和內(nèi)摩擦角、滑脫層強(qiáng)度和厚度對(duì)褶皺沖斷構(gòu)造形成與演化的控制作用,定量分析了褶皺沖斷構(gòu)造變形特征與變形機(jī)制,為復(fù)雜褶皺沖斷構(gòu)造地質(zhì)理論的完善提供了定量依據(jù)。巖層粘聚力較低時(shí),內(nèi)部應(yīng)變分散,裂隙分布較為分散;巖層粘聚力較強(qiáng)時(shí),應(yīng)變集中,斷層斷距較大,單個(gè)斷層位移量大,楔體內(nèi)部可能出現(xiàn)明顯的反沖斷層。也就是說(shuō),粘聚力弱的巖層,應(yīng)力集中不明顯,擠壓楔體內(nèi)部裂隙發(fā)育松散、均勻,具有連通孔隙,利于油氣在其中儲(chǔ)存和滲濾。而粘聚力強(qiáng)的巖層中裂隙發(fā)育集中,成帶狀,可以作為優(yōu)勢(shì)的油氣運(yùn)移通道�；搶拥膹�(qiáng)度對(duì)褶皺沖斷帶構(gòu)造形態(tài)影響很大,高摩擦滑脫層模型中,主要構(gòu)造形態(tài)為前展式逆沖疊瓦構(gòu)造;在低摩擦滑脫模型中,正向和反向逆沖斷層間隔出現(xiàn),形成沖起構(gòu)造;褶皺沖斷帶蓋層巖石強(qiáng)度對(duì)褶皺沖斷構(gòu)造影響較小,整體構(gòu)造演化主要受基底滑脫層強(qiáng)度影響。并且,滑脫層厚度對(duì)構(gòu)造變形樣式影響較弱。4)以庫(kù)車坳陷新生代褶皺沖斷帶為切入點(diǎn),標(biāo)定了巖鹽宏觀參數(shù)所對(duì)應(yīng)的顆粒的細(xì)觀參數(shù)。通過(guò)數(shù)值模擬證實(shí)了同構(gòu)造沉積對(duì)變形的分布具有重要的控制作用,認(rèn)為秋里塔格鹽丘形成演化的主要控制因素之一是同構(gòu)造沉積作用。鹽巖使得庫(kù)車坳陷西段構(gòu)造具“垂向分層”特點(diǎn),鹽下構(gòu)造以緊密排布的逆沖斷層為主,鹽上構(gòu)造以寬緩褶皺為主。同時(shí),通過(guò)數(shù)值模擬了揭示初始鹽盆寬度可能是影響庫(kù)車坳陷西段構(gòu)造沿走向差異演化的主要控制因素。初始鹽盆寬度和鹽層厚度差異使得庫(kù)車坳陷構(gòu)造變形具“橫向分段”特征。鹽巖使得地層中應(yīng)力有明顯的分層性,分成鹽上、鹽層和鹽下三層,鹽層中應(yīng)力最小,鹽下應(yīng)力最大。鹽巖流動(dòng)具有一定的指向性,同構(gòu)造沉積使得鹽巖表現(xiàn)明顯的順層流動(dòng)特點(diǎn),總體流動(dòng)趨勢(shì)與擠壓方向相同。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P618.13
【圖文】：

１緒論物理模擬始于兩個(gè)多世紀(jì)前，．丨ａｍｅｓ邋Ｈａｌｌ于１８１５年擠壓水平疊置的布料和羊毛皺的形成（見(jiàn)圖ｌ－２ａ）。之后，不同學(xué)者選取其它試驗(yàn)材料，如微玻璃珠、石英砂、牛皮紙、粘土等材料（如圖１－１），采用類似的思路模擬褶皺和斷層的形成（如圖１－２）

構(gòu)造物理模擬始于兩個(gè)多世紀(jì)前，．丨ａｍｅｓ邋Ｈａｌｌ于１８１５年擠壓水平疊置的布料和羊毛氈來(lái)逡逑模擬褶皺的形成（見(jiàn)圖ｌ－２ａ）。之后，不同學(xué)者選取其它試驗(yàn)材料，如微玻璃珠、石英砂、硅逡逑膠、蠟、牛皮紙、粘土等材料（如圖１－１），采用類似的思路模擬褶皺和斷層的形成（如圖１－２）。逡逑Ｄｉ＾ｎＢ逡逑微玻璃珠邐紅Ｚ內(nèi)色石英砂邐白色石英砂邐硅膠逡逑圖１－１構(gòu)造物理模擬常用的試驗(yàn)材料逡逑＿＼邐＊逡逑邐邋，邋邐邋Ｊ逡逑…ＢＥ－邋－逡逑５ｃｍ邐ｉｎ—＜ｗ＞＜ｗｇｇ？ｗ—＇＾ＭＷｐ４＾．．ｖ逡逑圖１－２構(gòu)造物理模擬實(shí)例。（ａ）第一個(gè)可追溯的物理模擬試驗(yàn)裝置示意圖，Ｊａｍｅｓ邋Ｈａｌｌ于丨８１５年用疊置布逡逑片模擬真實(shí)的地層。（ｂ）邋Ｆａｖｒｅ于１８７８年以石膏層來(lái)替代真實(shí)地層。（ｃ）用石英砂代表地層，模擬擠壓構(gòu)逡逑造。（ｄ）石英砂代表巖層，硅膠代表鹽巖，模擬鹽構(gòu)造的形成（吳珍云，２０１４）。逡逑物理模擬是采用砂、粘ｔ、微玻璃珠、蠟、硅膠等材料來(lái)模擬構(gòu)造過(guò)程的－種比例化試逡逑驗(yàn)（Ｃａｄｅｌｌ，１８８９；邋Ｗｉｌｌｉｓ，１８９３；邋Ｈｕｂｂｅｒｔ，邋１９３７；邋Ｒａｍｂｅｒｇｅｔａｌ．，２００１；邋Ｂｕｉｔｅｒ，２０丨２）。當(dāng)前，物理模擬試逡逑驗(yàn)多選用千燥顆粒物質(zhì)（如石英砂）作為相似材料模擬構(gòu)造變形過(guò)程（Ｋｉｎｇ邋Ｈｕｂｂｅｒｔ，１９５１；逡逑Ｈｏｒｓｆｉｅｌｄ，１９７７；邋Ｎａｙｌｏｒ邋ｅｔ邋ａｌ．，１９８６；邋Ｖｅｎｄｅｖｉｌｌｅ邋ｅｔ邋ａｌ．，１９８７；邋Ｄａｖｙ邋ａｎｄ邋Ｃｏｂｂｏｌｄ，１９８８；邋ＭｃＣｌａｙ，１９９０；逡逑Ｄａｖｙ邋ａｎｄ邋Ｃｏｂｂｏｌｄ

的擠壓試驗(yàn)，初始模型見(jiàn)圖ｌ－３ａ，模擬結(jié)果見(jiàn)圖ｌ－３ｃ。對(duì)比圖ｌ－３ｃ中，同一個(gè)試驗(yàn)Ｔｏｒｏｎｔｏ逡逑２Ａ的切面２５％與切而７５％圓圈所�。恢玫男巫儯梢�(jiàn)局部明顯的差異；對(duì)比試驗(yàn)Ｔｏｒｏｎｔｏ邋２Ａ逡逑與Ｔｏｒｏｎｔｏ邋２Ｂ的切面２５％圓圈所示位置的形變，可以看到它們也存在微小差異。對(duì)比圖１－３逡逑中其它物理模擬試驗(yàn)結(jié)果也可發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)論，我們永遠(yuǎn)無(wú)法做出兩個(gè)一樣的物理模擬試驗(yàn)，逡逑就像世界上沒(méi)有兩片一樣的葉子一樣。逡逑１邋Ｉ邋ｉｎ邋ｔｊｉ逡逑ｉ逡逑ｊ逡逑Ｉ邐．邋ｌ邋１邐－邋１１１邐邐邐邐逡逑Ｕ；邋邐邐■邋—邐，邋ｉ邋１１１邋－邋Ｔ邋＾逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑ｓｎ％－？ｒ．ｍ邐ｓｎ％邐Ｓ０％－？－？ｒｊｎ邐７Ｓ％逡逑Ｔ？Ｐ0？邋２Ａ邐■忍逡逑悙咬邋４．邐％邐＾邐邐邐邐＾邋瀑邋邐邐邐邋Ｉ．邐如逡逑Ｔｏｒｏｎｔｏ邋２Ａ邐－邐＊＊＊＊邐＊＂￣邋＿逡逑－－邋－一邋？■一逡逑Ｔｏｒｏｎｔｏ邋２Ｂ邐＾—邐＂＂逡逑ｎ邐“一邋－邐ｉ＝＾ｒ－邋ｉ逡逑［Ｕｐｐｓａｌａ邋２Ａ邐－邋—邐？焌＜＾邋二＂逡逑（ｃ）逡逑圖１－３構(gòu)造擠壓試驗(yàn)，引自Ｓｃｈｒｅｕｒｓｅｔａｌ．（２０１６）。（ａ）初始模型；（ｂ）切面位置俯視圖圖。切面（１）逡逑為模型寬度的２５％，切面（２）為模型寬度的５０％－２邋ｃｍ，切面（３）為模型寬度的５０％，切面（４）為模型逡逑寬度的５０％＋２邋ｃｍ，切面（５）為模型寬度的７５％。這里模型寬度為８０邋ｃｍ；邋（ｃ）擠壓１０ｃｍ后，模型在２５％，逡逑５０0／0－２邋ｃｍ

本文編號(hào)：2780955