古应力场定量研究的光弹物理模拟实验法

在应力作用下，岩石或地层会发生不同样式和特性的变形，油气运聚成藏亦与古应力场密切相关，因此古应力场研究是当今构造地质学和石油地质学的研究热点，但从地质体直接获得古应力场所有参数相当困难。近年来地质学家尝试将光弹物理模拟实验方法应用于古应力场研究中。光弹物理模拟实验是在实验室条件下直接观察和测量在外力作用下物体内部应力状态和特征的有效手段，能够得到定量化的最大主应力方向、主应力轨迹线和应力级值分布图。介绍了光弹物理模拟实验的相似理论、装置、材料和方法。以松辽盆地北部三肇凹陷和朝阳沟阶地扶余油层的古应力场光弹物理模拟实验为例，展示了实验结果。对该实验结果进行物理学和动力学分析，得到的认识概括为：①油气运聚与古应力作用导致的岩石应变之间具有时间上的非同步性，油气运聚滞后于构造变形雏形幕；②最大主应力作用方向和强度控制着非均匀介质中应力集中区和高势能区的分布；③最大主应力作用方向与断层系之间的水平夹角小于90°，最小主应力作用方向与断层系走向之间往往近于平行；④应力轨迹图可能描述了应力传递方向与油气运移方向之间的几何关系，应力级值区分布图是确定低势能区和预测油气有利成藏区的重要佐证。通过物理模拟实验定量研究古应力场，