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基于拓扑分析的断层连通性定量评价及其油气地质意义——以四川盆地南部H井区为例

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天然气工业 2024年第3期44卷 97-107页

作者：裴仰文赵静茹郭伟牟毅城赵庆奇苗正硕深层油气全国重点实验室·中国石油大学(华东) 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院中国石油勘探开发研究院

受多期次构造叠加改造作用影响,四川盆地南部地区(以下简称川南地区)深层页岩气储层中发育大量的中小尺度断层,定量评价断层网络结构和平面连通性对川南地区深层页岩气的勘探开发具有重要意义。为此,以该地区H井区为例,在三维地震精细刻... 详细信息

受多期次构造叠加改造作用影响,四川盆地南部地区(以下简称川南地区)深层页岩气储层中发育大量的中小尺度断层,定量评价断层网络结构和平面连通性对川南地区深层页岩气的勘探开发具有重要意义。为此,以该地区H井区为例,在三维地震精细刻画H井区深层页岩储层的中小尺度断层的基础上,基于拓扑学理论开展了该井区页岩储层断层网络拓扑结构分析和断层平面连通性评价,并结合已有页岩气井测试产气量进行关联性分析,定量评价了断层网络拓扑结构和平面连通性对页岩气富集的控制作用。研究结果表明:(1)断层节点和分支在空间上具有明显的差异性分布特征,且与构造走向具有较高的吻合度,呈北东—南西向条带状展布,并集中分布于3个狭长背斜带,3个向斜区分布较少。(2)不同构造部位的断层平面连通程度存在显著差异,背斜区平面连通性普遍较好,向斜区平面连通性较差;西部背斜带北段连通性最好,东部背斜带连通性次之,中部背斜带连通性最差;东部背斜带北段连通性较好,南段较差。(3)页岩气测试产量与断层平面连通性之间具有显著的相关性,随着断层平面连通性的增强,页岩气测试产量呈先升高后降低的趋势,反映连通性高值区和低值区均不利于页岩气富集。结论认为,该认识对中小断层连通性评价具有重要价值,也对深层页岩气的勘探开发有较高的实用价值。

关键词：四川盆地南部深层页岩气断层平面连通性拓扑结构分析定量评价油气地质意义

断层作用下季节性冻土区埋地输气管道安全性分析

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中国测试 2024年第1期50卷 160-165页

作者：郝润霞付中方内蒙古科技大学内蒙古包头014000 内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014000

季节性冻土区埋地输气管道在断层作用下的安全性受到诸多因素影响,为研究管道内天然气温度、管道埋置深度、管道内压、管道壁厚对埋地输气管道安全性的影响,借助有限元软件ABAQUS建立管土非线性相互接触模型模拟断层错动。分析可得,在... 详细信息

季节性冻土区埋地输气管道在断层作用下的安全性受到诸多因素影响,为研究管道内天然气温度、管道埋置深度、管道内压、管道壁厚对埋地输气管道安全性的影响,借助有限元软件ABAQUS建立管土非线性相互接触模型模拟断层错动。分析可得,在研究的数据范围内:埋地输气管道在断层作用下的最大应力出现在断层附近的管道上,虽然断层两侧管道均有应力集中,但是两侧应力集中分布范围与峰值大小并不相同;提高管道内天然气温度可以降低埋地输气管道在断层错动下的应力,降低埋地输气管道破坏的可能性;浅埋管道能够减小断层作用下埋地输气管道应力,降低埋地输气管道被破坏的可能性;埋地输气管道内压越高,管道应力随断层错动增长的越迅速,发生破坏的可能性越大;埋地输气管道壁越厚,管道应力随断层错动增长的越缓慢,发生破坏的可能性越小。

关键词：有限元断层埋地输气管道季节性冻土区

断层斜交岩质高边坡开挖变形特征及其治理效果评价--以陕南地区某岩质高边坡为例

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地球科学与环境学报 2024年第3期46卷 400-413页

作者：石玉玲侯明杰李怀鑫晏长根文奎长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学公路学院陕西西安710064 中电建路桥集团有限公司北京100160

为厘清断层斜交岩质高边坡开挖变形特性以及边坡治理后的时变特性,以陕南地区某断层斜交岩质高边坡为例,综合采用现场调查、数值模拟以及多点位移监测等方法分析断层斜交岩质高边坡破坏机制,归纳了断层斜交岩质高边坡的主要致灾因子,分... 详细信息

为厘清断层斜交岩质高边坡开挖变形特性以及边坡治理后的时变特性,以陕南地区某断层斜交岩质高边坡为例,综合采用现场调查、数值模拟以及多点位移监测等方法分析断层斜交岩质高边坡破坏机制,归纳了断层斜交岩质高边坡的主要致灾因子,分析了边坡开挖过程中的变形特性,并探讨了边坡治理的时效性。结果表明:研究区域地形陡峭,受断层和坡脚开挖影响呈现出典型临空地形地貌,且受地质构造影响,出露岩体破碎程度较高,节理裂隙发育;基于数值仿真论证了断层斜交岩质高边坡采用“上部锚索锁固+中部坡体刷方+下部锚索和抗滑桩加固”方案治理的可行性,现场调查和监测数据结果表明边坡治理效果明显;断层处流土溶蚀效应明显,强降雨诱发岩质高边坡后缘断层附近平台发生塌陷,在断层和坡脚部位增设排水措施后坡体病害得到有效缓解,整体变形速率得到有效控制。研究成果对断层斜交岩质高边坡的治理及破坏机制分析具有参考意义。

关键词：断层岩质高边坡边坡防治破坏机制数值仿真变形特性治理评价陕西

速率-状态依赖摩擦定律引入连续-非连续方法的检验及断层倾角的影响

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地球物理学进展 2024年第1期39卷 111-118页

作者：王学滨张钦杰李继翔白雪元陈双印辽宁工程技术大学计算力学研究所阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院阜新123000

断层黏滑是一种摩擦失稳,能够诱发地震、矿震等诸多地质灾害.目前,断层黏滑(包括断层亚失稳)研究,主要集中在实验方面和基于连续方法或非连续方法的数值模拟方面.为了弥补连续方法和非连续方法各自的不足,一些兼具二者优势的连续-非连... 详细信息

断层黏滑是一种摩擦失稳,能够诱发地震、矿震等诸多地质灾害.目前,断层黏滑(包括断层亚失稳)研究,主要集中在实验方面和基于连续方法或非连续方法的数值模拟方面.为了弥补连续方法和非连续方法各自的不足,一些兼具二者优势的连续-非连续方法应运而生.为了检验引入速率-状态依赖摩擦定律的自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的正确性并探究断层倾角对断层黏滑的影响,首先,模拟了滑块-底板模型的滑动-保持-滑动实验;然后,模拟了双轴压缩岩样的断层倾角的影响,重点考察了断层黏滑过程中亚失稳阶段摩擦系数的演化规律.研究发现,随着断层倾角的增大,岩样上表面平均差应力的绝对值-时步数目曲线的锯齿形由规则向不规则变化;初次黏滑发生时的时步数目、平均应力降、平均黏滑周期和平均峰值应力均减小.当断层处于黏滑前阶段时,断层面各处的摩擦系数和剪应力相差较小.当断层进入亚失稳阶段后,断层面上摩擦系数的平均值下降速度加快,这可作为断层进入亚失稳阶段的特征之一.引入速率-状态依赖摩擦定律后的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的断层黏滑结果能与现有结果(例如,断层黏滑实验结果)基本吻合,但更加丰富,这在一定程度上体现了数值模拟研究的优越性.

关键词：断层黏滑断层倾角速率-状态依赖摩擦定律亚失稳数值模拟

多重断层条件下采场巷道围岩变形与应力分布规律

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矿业安全与环保 2024年

作者：赵沁彬余伟健潘豹周明娟齐耀斌刘雨清湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南科技大学煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室

为了了解断层带采场巷道围岩变形与应力分布规律，给维持此类巷道围岩稳定性提供参考，本文通过理论推导“断层带采场巷道回采阶段理论力学模型”，结合数值模拟研究了断层附近采场巷道在工作面推进过程中的应力、塑性区分布以及巷道顶... 详细信息

为了了解断层带采场巷道围岩变形与应力分布规律，给维持此类巷道围岩稳定性提供参考，本文通过理论推导“断层带采场巷道回采阶段理论力学模型”，结合数值模拟研究了断层附近采场巷道在工作面推进过程中的应力、塑性区分布以及巷道顶部和两侧围岩变形规律。结果显示：断层带采场巷道围岩变形及应力分布规律与断层位置有关；巷道围岩受采动影响，最大主应力逐渐增大且集中于断层处，塑性区范围扩大，范围为5m左右，在左肩角发生剪拉破坏；巷道顶板松动影响范围为4m，距离巷道表面越远，下沉量越小；巷道两帮围岩越接近巷道表面，位移越大；断层上盘围岩在断层影响下，垂直位移增大，水平位移几乎为0。

关键词：断层数值模拟采场巷道围岩变形应力分布

近距离冲击地压煤层开采遗留煤柱与断层复合影响下冲击危险性研究

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中国矿业 2024年第6期33卷 174-182页

作者：冯美华赵森闫耀东郝电伟李文帅史庆稳中煤科工开采研究院有限公司北京101300 陕西彬长大佛寺矿业有限公司陕西咸阳713500 华北科技学院矿山安全学院河北三河065201

我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,... 详细信息

我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,该遗留煤柱导致的应力集中区与断层围岩附近的应力异常区产生的复合作用对工作面开采产生巨大影响。本文以陕西彬长大佛寺煤矿40201工作面为研究对象,理论分析了上煤层遗留煤柱和断层复合作用对下部冲击地压煤层开采时冲击危险性的影响,采用地震波层析成像技术和微震监测技术,分别探明了遗留煤柱和断层复合作用下工作面围岩静载荷、动载荷分布规律。研究结果表明:煤层中的断层破碎带在上覆遗留煤柱作用下产生的静载荷集中区域会向断层两盘远处转移,使得断层更易发生滑移失稳;在遗留煤柱和断层的复合作用下,工作面“见方”区域来压早于理论预测结果,且来压强度增大;工作面动载显现以遗留煤柱下区域为主,遗留煤柱的存在增大了工作面超前支承压力的影响范围。本文研究可对类似条件下的冲击地压煤层开采提供一些借鉴。

关键词：近距离煤层冲击地压遗留煤柱断层地震波层析成像微震监测

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不导水断层构造的二维瞬变电磁响应特征研究

中国矿业 2024年第1期33卷 122-129页

作者：乔元栋杨振强焦俊俊牛兴国兰永青谭丁瑞山西大同大学建筑与测绘工程学院山西大同037003 内蒙古农业大学能源与交通工程学院内蒙古呼和浩特010018 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 内蒙古自治区有色地质勘查局内蒙古呼和浩特010010 山东正元地球物理信息技术有限公司山东济南250101

采煤面前方隐伏不导水断层是煤矿开采现场的潜在事故隐患,需要对其展开细致研究。首先,引入了二维瞬变电磁正演计算公式,并采用有限单元数值计算方法进行了求解,数值计算结果与解析解的结果较吻合。其次,建立含断层构造和不含断层构造... 详细信息

采煤面前方隐伏不导水断层是煤矿开采现场的潜在事故隐患,需要对其展开细致研究。首先,引入了二维瞬变电磁正演计算公式,并采用有限单元数值计算方法进行了求解,数值计算结果与解析解的结果较吻合。其次,建立含断层构造和不含断层构造的二维地质模型,并对模型进行数值计算。研究结果表明:感应磁场等值线对高阻断层构造的响应规律明显,等值线畸变的形状和范围与模型中断层的位置、走向和倾角吻合度较好。随着测点位置与断层的距离减小,感应电动势响应幅值在采样早期呈增大趋势,但尖点响应的最小幅值逐渐变大,有断层模型的尖点响应下凹的幅度相较无断层模型更大。视电阻率成像结果能较好地反映高阻断层与煤系地层的电性特征,表明正演结果准确可靠。

关键词：瞬变电磁法断层有限单元法数值模拟正演

某矿山断层附近采场地下开采对上覆岩层内井巷工程采动影响分析

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中国矿业 2024年第S1期 332-337+344页

作者：邓良黄建君周扩全李超相杨泽昆明有色冶金设计研究院股份公司

某矿山矿围岩稳固性好，矿体厚度较厚，矿体埋藏很深。为了实现该矿山185中段F3断层附近的矿体安全回采，同时确保采场顶板上覆岩层内井巷工程的安全稳定，依据断层附近的矿体赋存条件、顶底板围岩岩性特征、地质构造与上覆岩层结构特... 详细信息

某矿山矿围岩稳固性好，矿体厚度较厚，矿体埋藏很深。为了实现该矿山185中段F3断层附近的矿体安全回采，同时确保采场顶板上覆岩层内井巷工程的安全稳定，依据断层附近的矿体赋存条件、顶底板围岩岩性特征、地质构造与上覆岩层结构特征，构建了地表与井下采场的三维数值计算模型，采用FLAC3D有限差分法来模拟地下开采在断层影响作用下对上覆岩层内井巷工程稳定性的影响分析，同时计算分析了地下矿体逐段开挖、逐段充填对保安矿柱及地表稳定性的影响。通过模拟计算结果表明：该岩层移动是一个自下而上传递的动态过程，断层附近矿体的开采通过采取设置10 m宽采场间柱和矿房之间采用“跳采”方式开挖后，大大缩短了采场空区的跨度，控制了断层附近的采场地压，并未引起采场顶板产生过多的塑性扰动区，上覆岩层产生的塑性扰动区范围非常有限，并未波及到采场顶板上部井巷工程，实现矿体顺利回采和上覆岩层内井巷工程的整体安全稳定。本文研究结果为深部矿体安全高效回采、采场地压管理和控制上覆岩层安全稳定提供了理论决策依据和技术指导。

关键词：深部开采上覆岩层稳定性井巷工程断层采动影响

缓倾斜煤层坚硬顶板断层活化微震时空演化规律及诱冲机制

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采矿与岩层控制工程学报 2024年第3期6卷 1-15页

作者：崔峰陆长亮王昊贾冲西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室陕西西安710054 自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021

以宽沟缓倾斜煤层I010203工作面为研究背景,结合理论分析、数值模拟等手段对工作面过断层的位移场、应力场变化规律进行了研究,并根据现场监测数据,得到以下结论:(1)根据超前支承压力理论计算与现场实测,将采煤工作面过断层分为3个开采... 详细信息

以宽沟缓倾斜煤层I010203工作面为研究背景,结合理论分析、数值模拟等手段对工作面过断层的位移场、应力场变化规律进行了研究,并根据现场监测数据,得到以下结论:(1)根据超前支承压力理论计算与现场实测,将采煤工作面过断层分为3个开采区域,正常开采区域、超前影响区域与断层影响区域,工作面推进过程中微震能量变化由“低频次、高能量”→“低频次、低能量”→“高频次、高能量”;(2)受I010203工作面倾斜角度的影响,工作面运输巷微震能量事件多于工作面回风巷,同时根据采煤工作面微震能量事件分析,在采掘扰动作用下工作面极易发生两种冲击类型事故,断层活化型冲击和断层煤柱型冲击;(3)当采煤工作面距断层较远时,构造应力在采掘扰动作用下释放,微震总能量相对活跃,应力表现为应力显现阶段,随着工作面逐渐推进至断层,微震总能量由稳定阶段转变为活跃阶段,同时断层活化显现由蓄能阶段转变为断层活化阶段;(4)分析宽沟I010203采煤工作面数值模拟结果得到,工作面逐渐向断层推进过程中,其断层接触面由初始活化阶段转变为活化稳定阶段,最终接近断层时表现为活化加剧阶段,其与采煤工作面期间微震大能量事件变化规律基本吻合。

关键词：微震能量断层活化失稳断层煤柱型冲击断层活化型冲击采掘扰动