国家重点实验室开放基金(LED2010A03)
- 作品数：9 被引量：51H指数：5
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- 断层岩气体渗透率及Klinkenberg效应被引量：3
- 2014年
- 在围压2～40MPa变化范围内,以恒流法多次变化上游压力测量了以断层岩为主的样品的气体（N2）渗透率,将实验结果进行了Klinkenberg效应校正.对实验数据的拟合分析表明,滑脱因子b值与绝对渗透率kl存在b=λkl-d形式的幂律关系,断层岩符合b=0.004 6kl-0.4766的变化关系.与沉积岩相比,断层岩的气体滑脱效应更强,采用气体测量渗透率时,其滑脱效应不能忽略.断层岩气体渗透率和绝对渗透率与测量所用的孔隙压力间的关系为kg/kl=1＋（0.0092kl-0.476）/（Pu＋Pdl）.结果表明样品渗透率越低,滑脱效应越强,提高孔隙压力,滑脱效应逐渐减小;对于高渗（10-15m2～10-18m2）的样品,高孔隙压力下（4MPa以上）的气体渗透率与绝对渗透率基本一致,对于超低渗（10-22m2～ 10-20m2）的样品,即使提高孔隙压力亦很难避免滑脱效应.在40MPa有效压力下断层泥样品的绝对渗透率为4.54× 10-199m2～2.43×10-17m2,角砾岩的绝对渗透率较断层泥高出1～2个数量级,为2.25×10-17m2 ～7.94×10-16m2,表明汶川地震断层带具有核部低、破碎带高的渗透结构,断层带核部具备热压作用发生所要求的低渗条件.
- 段庆宝杨晓松陈建业
- 关键词：断层岩绝对渗透率汶川地震
- 汶川地震断层岩气体和液体渗透率实验研究被引量：7
- 2014年
- 以N2和水为孔隙流体在20-180 MPa围压范围内详细测量了汶川地震断裂带断层岩的渗透率,并同时测量了作为参照的砂岩的渗透率.实验结果表明,气体和液体渗透率均随围压增加而幂次衰减.在相同围压和孔隙压条件下,N2渗透率高于水渗透率接近1个数量级.将Klinkenberg效应校正后的气体渗透率（绝对渗透率）与水渗透率进行了比较.对比结果显示,砂岩的绝对渗透率与水渗透率基本一致;但断层岩绝对渗透率显著高于水渗透率,表明断层岩气体渗透率与水渗透率之差别不能完全由Klinkenberg效应解释.对实验数据的拟合分析表明,滑脱因子b值与绝对渗透率kl存在幂律关系（b=λkld）.断层岩符合b=0.2×10–3kl–0.557关系（R2=0.998）,显示绝对渗透率在10^–16-10^–20 m2范围内,控制断层岩渗透率的因素是一致的.另一方面,断层岩的d值明显小于砂岩的d值,暗示二者的滑脱效应存在差异.分析表明,断层岩中的粘土矿物颗粒表面吸附水及粘土矿物吸水膨胀导致有效孔隙尺寸减小是造成断层岩渗透率显著低于绝对渗透率的主要原因.研究结果显示,对于富含粘土矿物的断层岩,经Klinkenberg校正后的气体渗透率与水渗透率并不一致,因此采用相应的液体作为测量介质才能够更为准确和真实地揭示地下流体的渗流状况.
- 段庆宝杨晓松
- 关键词：断层岩渗透率断层带
- 汶川地震断裂带水岩相互作用及其对断裂带演化影响被引量：2
- 2018年
- 汶川地震断层岩的矿物学和地球化学特征揭示出地震断层经历了漫长时间演化和复杂的水岩相互作用.间震期水岩相互作用导致断层岩中的破碎矿物蚀变,尤其是长石等矿物含量渐渐减少甚至消失,而黏土矿物(蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、绿泥石等)含量逐渐增高,以及如黄铁矿、石膏、重晶石、坡缕石等热液系统中常见的矿物大量出现;Mg、P、Ti、Mn、Fe等元素倾向富集在断层带中,而Si、K和Na等出现明显的亏损;元素的大量迁移导致断层带的体积巨量亏损.实验结果表明,黏土矿物的亲水性引起水渗透率比干燥气体渗透率明显偏低,并且二者偏差无法通过Klinkenberg校正消除.蒙脱石吸水膨胀和黏土矿物颗粒表面吸附孔隙流体造成孔隙度降低是导致水渗透率偏低的重要原因.断层岩碎屑结构使得其中的孔隙可能在600MPa围压下得以保存,从而有助于流体沿断层带下渗,并在断层带深部形成高流体孔隙压.地震断层的主要矿物学及粒度分布特征并非在地震破裂过程中形成,因此利用断层岩粒度分布资料估算地震破裂能并不合适.
- 杨晓松段庆宝陈建业
- 关键词：水岩相互作用孔隙度汶川地震
- 地震断层带流体作用的岩石物理和地球化学响应研究综述被引量：8
- 2015年
- 断层活动导致断裂带裂隙广泛发育,成为地壳中流体运移与聚集的有利通道和场所.流体在地震过程中具有重要作用.流体与地震破裂带内的岩石相互作用导致其具有与其他完整岩石不同的性质,包括矿物-化学组成、粒度分布及传输性质(渗透率、孔隙度)等.这些特性可以视为流体与地震断层带岩石相互作用的响应.一方面,较高的孔隙流体压力导致断层的有效正应力降低.另一方面,流体会与断层岩发生一系列水-岩反应导致矿物蚀变、分解,生成大量摩擦系数较低的粘土矿物,同时一些不稳定元素可能会随流体发生迁移,导致大量物质流失.在地震周期过程中,伴随着流体运移,断层带的物理性质(渗透性、流体压力等)也随之发生变化.同震快速摩擦生热会导致流体产生热压作用,促进同震滑动.另外,同震破裂导致断层带的渗透性快速上升,较高的流体压力会很快释放.在间震期过程中流体会使破裂趋向于缓慢变形,矿物溶解-沉淀、重结晶及压溶等作用胶结并愈合裂隙,断层强度恢复的同时断层带渗透性逐渐降低,孔隙压力又逐渐积累.研究流体的这些物理化学行为对理解地震成核、同震滑动及震后断层愈合等过程有重要意义.本文介绍了有关流体对断层带物理化学性质的改造及流体的动力学意义等方面的研究进展,总结了流体在地震周期过程中所产生的一系列岩石物理化学效应及其对地震过程的影响.
- 段庆宝杨晓松陈建业
- 关键词：渗透率水-岩反应孔隙流体压力
- 超低渗透率测量仪的测试标定及初步测量结果被引量：11
- 2011年
- 低渗-超低渗透率测量是流体渗流力学和岩石物理学研究领域的热点问题。断层带流体输运的定量化研究对于了解断层的力学性质和预测地下流体的流动具有重要意义。文中介绍了新研制的超低渗透率测量系统和工作原理。这套设备使用稳态法和目前逐渐流行的孔隙压力振荡法进行测量,其孔隙流体为蒸馏水和氮气,最高围压可达200MPa,孔隙压上限为40MPa。对该测量系统进行了参数标定,并给出了循环加载条件下典型砂岩的渗透率测量结果。对比了2种测量方法得到的结果,分析了产生差异的原因,比较了2种方法的特点和适用条件。探讨了孔隙压力变化对实验结果的影响,按照加载间隔计算了有效压力系数。结果发现有效压力系数依赖于加载路径。使用最小二乘法对所有数据进行拟合,求出了最优有效压力系数并获得渗透率和有效压力函数关系,为分析围压和孔隙压对渗透率的影响提供了依据。
- 吴曼杨晓松陈建业
- 关键词：稳态法
- 汶川地震断层带结构及渗透率被引量：25
- 2011年
- 对汶川地震断层带进行了跨断层的渗透率测量.结果显示汶川地震断层由低渗的核部(2.4×10^(-19)～3.8×10^(-16)m^2)、高渗的破碎带(3.7×10^(-16)～3.0×10^(-15)m^2)以及含裂隙原岩(6.0×10^(-18)～4.3×10^(13)m^2)组成(有效压力40 MPa),其中新鲜断层泥具有最低的渗透率.断层泥和两侧原岩由于渗透率低,阻碍流体跨断层带流通,断层带内的流体活动局限在高渗的破碎带中,这一结果与断层岩显微结构和粒度分布特征能很好的吻合.对汶川地震同震热压作用发生的条件进行了探讨,结果显示,约2 km以下汶川地震主滑动带具有发生热压作用所要求的低渗透率特征.
- 陈建业杨晓松党嘉祥何昌荣周永胜马胜利
- 关键词：汶川地震地震断层渗透率热压作用
- 汶川地震断裂带粒度分布特征:对地震碎裂机制的约束被引量：4
- 2014年
- 断层岩的粒度分布包含岩石破裂机制、摩擦性质和地震能量分配等重要信息.筛分-称重和激光测量是分析断层岩三维粒度的2种有效方法,但每一种方法的测量范围仅有3个量级,难以全面反映断层岩的粒度分布特征.利用上述2种方法对汶川地震断层滑动带上的断层岩（简称断层岩）的粒度分布进行了测量,粒径测量范围从0.2μm至16mm,跨度达到5个数量级.结果显示：1）存在临界粒径dc（0.95～ 1.90μm）.粒度大于和小于dc的颗粒满足不同的颗粒数（Nd）-粒径（d）分布关系,表明该断层岩的粒径分布不具有自相似性特征.2）利用粒度大于dc的颗粒计算出的分形维数与断层岩类型有很好的相关性,即断层带边缘的角砾岩的平均分形维数为2.6,核部压碎角砾岩的平均分形维数约为3.0,中心断层泥的分形维数约为3.5.粒径小于dc的颗粒的分形维数为1.7～2.1.分形维数的突变反映出断层破裂机制的复杂性,即在不同的粒度域,岩石的破裂机制不尽相同.3）依据粒度分析结果,估算出汶川地震断层泥的单位破裂能（Es）为0.63MJ/m2.
- 陈建业杨晓松
- 关键词：自相似性分形维数
- 水库蓄水与断层带流体孔隙压时-空分布的数值模拟--以紫坪铺水库为例被引量：4
- 2015年
- 通过对汶川地震破裂带上的断层岩及围岩的渗透率测量,获得了研究区岩石的渗透率随深度变化的规律。依据所得到的渗透率实验数据,数值模拟了紫坪铺水库蓄水所产生的流体孔隙压的时空分布。模拟结果显示,渗透率是否随深度变化,其流体孔隙压的模拟结果也相差很大。由于断层带具有高渗的特点,因此与水库底部存在水力联系的断层带及其宽度对流体渗透的模拟结果有明显的影响。断层带越宽,下渗作用越明显,流体孔隙压的分布与断层带的产状越接近。若断层带宽度为100~300m,2008年汶川MS8.0地震发生时,其震源区的流体孔隙压为0.1~0.15MPa,与库体载荷在断层面上产生的附加正应力相当。该模拟结果可以作为进一步分析汶川地震的发生是否与紫坪铺水库蓄水存在关联的重要约束。
- 杨彧杨晓松段庆宝
- 关键词：汶川地震
- 地震断层带流体作用的岩石化学-物理响应--来自矿物学、岩石化学、岩石物理学的启示被引量：6
- 2014年
- 地震断层带是壳内深部流体的通道。流体与地震破裂带内的岩石相互作用导致其具有与地壳完整岩石完全不同的特性,包括其矿物成分、化学成分、粒度分布、孔隙度、渗透性和弹性等方面,这些特征可以视为流体与地震断层带相互作用的响应。深入研究断层岩的岩石化学和岩石物理性质将有助于准确和精细地了解地震断层岩的形成过程,分析地震能量分配,认识物质迁移的方式,解释或约束地震断层带深部探测结果等。文中以汶川地震破裂带内的断层岩为例,研究并总结了地震断层岩的渗透率、孔隙度、纵波速度、粒度分布和矿物组成等特征。结果显示,地震破裂带上的断层岩形成与地震破裂作用有关,但表现出的性质更大程度上烙有间震期流体与断层岩相互作用的印记。汶川地震破裂带上的断层岩本身并不是汶川地震破裂的直接产物,而是多次地震破裂和间震期流体与断层带相互作用的综合结果。此外,还探讨了地震破裂能、地震破裂扩展、围陷波形成及解释的问题。
- 杨晓松陈建业段庆宝杨彧陈进宇
- 关键词：水岩相互作用热压作用
