川東北部異常流體壓力對構(gòu)造變形的控制作用

范慧達(dá)，何登發(fā)，張旭亮

（中國地質(zhì)大學(xué) 能源學(xué)院，北京 100083）

自1953年，美國灣岸地區(qū)的超壓被報道以后，沉積盆地的超壓得到了廣泛關(guān)注[1]。20世紀(jì)50年代，Hubbert和Rubey在對位于伊朗和伊拉克的扎格羅斯沖斷帶以及巴基斯坦西部褶皺帶的研究發(fā)現(xiàn)，褶皺沖斷帶廣泛發(fā)育接近靜巖壓力的異常高壓。1959年，Hubbert和Rubey提出流體壓力斷層弱化理論，認(rèn)為異常高的流體壓力能夠減小沖斷帶與滑脫層之間的有效正應(yīng)力，從而減小沖斷帶在基底滑脫層滑動所需要的剪切應(yīng)力[2]。

在美國科羅拉多州的丹佛地區(qū)，1962—1966年發(fā)生地震的頻率與通過鉆井向地層注入流體的體積密切相關(guān)，地震頻率和震級與引起地震的流體壓力呈正相關(guān)關(guān)系[3]；在此之后，在日本松代地區(qū)和美國俄亥俄州也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象[4-5]。這些地質(zhì)現(xiàn)象的存在說明：在地質(zhì)條件下，異常高的流體壓力會降低斷層面摩擦阻力，進而控制構(gòu)造變形。

前人利用泥巖聲波時差，計算流體壓力、地殼強度等，研究了流體超壓在增生楔、褶皺-沖斷帶臨界-錐頂角機制中的應(yīng)用，以及流體超壓對大陸邊緣和富含巨厚泥頁巖變形造山帶地殼強度的影響[6]。也有人根據(jù)泥巖聲波時差，研究了臺灣西部活躍沖斷帶孔隙流體壓力的區(qū)域分布，以及對應(yīng)深度的分布特征[7]。

本文根據(jù)川東北部地區(qū)40口井鉆井、完井和測井資料，在鉆井深度內(nèi)計算流體壓力并利用實測壓力數(shù)據(jù)進行校正，刻畫異常流體壓力在平面以及縱向上的分布特征。模擬流體壓力隨深度的變化趨勢，對滑脫層的流體壓力比、有效摩擦系數(shù)進行預(yù)測，同時結(jié)合過井地震資料，對基底滑脫層的有效摩擦系數(shù)進行校驗。在此基礎(chǔ)上，定量分析流體超壓對基底滑脫層有效摩擦系數(shù)的影響。

1 理論方法

（1）流體壓力的計算 在測井資料的基礎(chǔ)上，利用等效深度法計算出流體壓力，然后根據(jù)鉆井液密度、實測資料對其進行校正。等效深度法的基本原理是：無論在正常壓實帶還是欠壓實帶，同樣的聲波時差值對應(yīng)相同的有效應(yīng)力。當(dāng)深度小于流體滯留深度時，流體壓力為等高靜水柱所產(chǎn)生的壓力；當(dāng)深度大于流體滯留深度時，流體壓力等于等效深度處等高靜水柱產(chǎn)生的壓力加上等效深度與所求深度間的靜巖壓力[8]。

（2）隆升剝蝕影響 隆升剝蝕對聲波時差和流體壓力分布有一定影響（圖1），由于壓實過程的不可逆性[9-10]，隆升剝蝕使巖石壓實曲線向上平移，即巖石在同一深度時具有較小的聲波時差。對于隆升剝蝕段，按正常壓實段的斜率，過地表截距[11-16]，恢復(fù)重新定義的正常壓實段與欠壓實段的交點位置為現(xiàn)今超壓頂面，即流體滯留深度。

（3）基底滑脫層的流體壓力和有效摩擦系數(shù)的計算 用等效深度法計算流體壓力，當(dāng)深度小于流體滯留深度時，流體壓力滿足（1）式，為靜水壓力區(qū)；當(dāng)深度大于流體滯留深度時，流體壓力滿足（2）式，為超壓區(qū)。由于等效深度De等于流體滯留深度DFRD，將De=DFRD代入（2）式中則可得到（3）式。此時，流體壓力pf是深度D的線性函數(shù)，故流體壓力隨深度的變化趨勢為一條直線，由此可以預(yù)測基底滑脫層流體壓力。此時，流體壓力比是孔隙流體壓力與靜巖壓力的比值，滿足（4）式，弱化摩擦系數(shù)μf滿足（5）式，為關(guān)于深度D的簡單函數(shù)。有效摩擦系數(shù)μeb滿足（6）式，反映流體壓力對滑脫層的弱化作用（圖2）。其中，Byerlee提出經(jīng)典的靜態(tài)巖石摩擦系數(shù)為0.60～0.85[17].

（4）基底滑脫層強度的計算 臨界楔頂角理論描述的就是構(gòu)造楔在即將破裂的臨界狀態(tài)時，構(gòu)造楔角度與構(gòu)造楔以及滑脫層的強度表現(xiàn)為一種近似線性的關(guān)系，滿足（7）式[18]。此時，滑脫層強度指的就是基底滑脫層的有效摩擦系數(shù)。構(gòu)造楔強度是有效應(yīng)力與靜巖壓力的比值，滿足（8）式。前人針對構(gòu)造楔強度做了大量研究，德國普法爾茨地區(qū)10 km深處的科學(xué)鉆探巖心所測得的構(gòu)造楔強度為1.00[19]；加利福尼亞州圣安德列斯斷層探測項目定向孔巖心測得的構(gòu)造楔強度在0.50左右[20]；根據(jù)Byerlee定律以及Davis在1983年做的沙箱實驗，可以推測構(gòu)造楔的最大強度為2.20；Suppe經(jīng)過研究認(rèn)為大多數(shù)構(gòu)造楔強度為0.50～1.00[21].在尼日爾三角洲測得的構(gòu)造楔強度為0.70，在臺灣中央山脈12 km深測得的構(gòu)造楔強度為0.60[22-23]，證明了Suppe于2007年提出的理論的正確性。但是通過中國大陸科學(xué)鉆探主孔鉆孔崩落數(shù)據(jù)[24-25]及秭歸茅坪800 m鉆孔水力壓裂數(shù)據(jù)[26]計算出中國南方構(gòu)造楔強度為0.32～0.60，故此次研究中構(gòu)造楔強度取值為0.32～1.00.

2 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 隆升剝蝕對聲波時差和流體壓力的影響圖版

圖2 流體壓力、流體壓力比和有效摩擦系數(shù)隨深度變化圖版

川東北部地區(qū)位于華鎣山斷裂與齊岳山斷裂之間，為隔擋式褶皺帶，由大規(guī)模北北東—南南西和北東—南西走向，向西北凸出的弧形褶皺帶組成。川東高陡褶皺帶寬約160 km，長200～300 km，背斜呈尖棱狀，兩翼極不對稱，緩翼地層傾角為20°～30°，陡翼地層傾角為40°～70°，有的地層直立倒轉(zhuǎn)，褶皺軸面較陡，但以北西傾向為主，核部主要出露三疊系海相碳酸鹽巖，僅在華鎣山背斜中段出露二疊系。各背斜之間以寬緩的向斜過渡，向斜核部主體為侏羅系陸相碎屑巖（圖3）。

圖3 研究區(qū)構(gòu)造及地層分布

研究區(qū)自下而上發(fā)育前震旦系、震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、上石炭統(tǒng)、二疊系、三疊系、侏羅系和第四系。區(qū)域性滑脫層主要有基底滑脫層，寒武系膏鹽巖、下志留統(tǒng)龍馬溪組泥頁巖和下三疊統(tǒng)嘉陵江組膏鹽巖。根據(jù)不整合面以及巖性特征，可以劃分出5個構(gòu)造層：基底構(gòu)造層，震旦系構(gòu)造層，寒武系—中志留統(tǒng)構(gòu)造層，石炭系構(gòu)造層和二疊系—侏羅系構(gòu)造層（圖4）。

川東地區(qū)的基底具有雙層結(jié)構(gòu)，下部結(jié)晶基底（新太古代—古元古代康定群）和上部褶皺基底（新元古代板溪群）。在湘鄂西—川東地區(qū)，基底發(fā)生了大型逆沖推覆作用并存在褶皺變形，局部地區(qū)有花崗巖侵入體、蛇綠巖套等[27-29]，表明在中元古代末期或晚元古代早期，中揚子地區(qū)經(jīng)歷了多次板塊俯沖及增生作用。而在元古宙末期，雪峰山地區(qū)的構(gòu)造變形主要受東西向基底構(gòu)造變形的控制，同時受巖漿噴溢作用的影響，發(fā)生北北東—南南西向拉張作用，形成張性斷裂，為雪峰山基底隆起帶、湘鄂西隔槽式褶皺帶和川東高陡褶皺帶的形成提供了動力機制。因此，根據(jù)前人對板塊構(gòu)造、重磁電、測年方法等的研究，把中—上揚子地區(qū)的演化大體分為5個演化階段：多塊體陸殼演化階段、元古宙華南大陸板塊形成階段、南華紀(jì)—志留紀(jì)伸展聚斂旋回階段、泥盆紀(jì)—三疊紀(jì)伸展聚斂旋回階段和侏羅紀(jì)—第四紀(jì)伸展聚斂旋回階段[30-33]。

3 異常流體壓力特征

圖4 川東北部地區(qū)地層綜合柱狀剖面

川東北部地區(qū)40口井流體壓力（部分井見圖5，圖6）的計算主要依據(jù)地層測試數(shù)據(jù)、鉆井液密度和聲波時差。地層測試數(shù)據(jù)主要包括2類，一類是開井測量數(shù)據(jù)，另一類是關(guān)井測量數(shù)據(jù)，它們直接反映地層流體壓力，能對計算的流體壓力進行約束。流體壓力也可以根據(jù)鉆井液密度進行計算，但通常計算結(jié)果比實際地層流體壓力略高。地層測試和鉆井液密度都是對區(qū)域流體壓力直接進行觀測。泥巖聲波時差數(shù)據(jù)記錄原始孔隙度，可以通過等效深度法計算出流體壓力，得到孔隙流體壓力隨深度的變化趨勢，進而預(yù)測深部的流體壓力分布。

40口井的完鉆深度為2 200～6 800 m，鉆遇地層主要有侏羅系、三疊系、二疊系、志留系、奧陶系和寒武系。根據(jù)泥巖段聲波時差計算出來的流體壓力與鉆井液密度計算流體壓力及實測壓力大體吻合；超壓頂界為500～4 000 m，平均為1 934 m，超壓發(fā)育的層位主要為侏羅系和三疊系，局部位于二疊系（月5井、池7井和五科1井等）。在超壓頂界之下的地層，流體壓力突然增加，流體壓力比可達(dá)0.80.利用鉆井液密度計算的流體壓力和實測壓力，對利用泥巖聲波時差計算的流體壓力進行校正，可以得到流體壓力隨深度的變化趨勢，基本呈一條直線，介于靜水壓力與靜巖壓力之間。將40口井流體壓力隨深度變化趨勢直線的斜率進行加權(quán)平均，得到研究區(qū)流體壓力隨深度變化的平均趨勢，流體壓力比為0.71（圖6g）。且由泥巖聲波時差計算得到的剝蝕量為400～3 000 m，主要為1 500～2 000 m.

由于研究區(qū)現(xiàn)今流體超壓頂界的深度和地層具有區(qū)域一致性，可以據(jù)此來推測沒有井?dāng)?shù)據(jù)的地區(qū)的流體壓力。過地震剖面AA'的12口井，分布在不同的構(gòu)造帶上，現(xiàn)今超壓頂界在黃金口背斜—五寶場背斜主要位于中侏羅統(tǒng)，黃龍場背斜—溫泉井背斜在下侏羅統(tǒng)—上三疊統(tǒng)，南門場背斜在上三疊統(tǒng)，云安廠背斜—方斗山背斜在下三疊統(tǒng)，湘鄂西隔槽式褶皺帶在古生界（圖7）。古超壓頂界在鉆遇有標(biāo)志性抬升的重要斷層和不整合面的井中被記錄下來，主要位于上侏羅統(tǒng)。在同一口井中，古超壓頂界比現(xiàn)今超壓頂界淺1 000～2 000 m.在40口井中，除了個別井由于垂向上存在壓力疏導(dǎo)的砂巖體，流體壓力比達(dá)到0.80以上，大部分井最大流體壓力比為0.70.構(gòu)造抬升和剝蝕作用很大程度上影響了現(xiàn)今超壓區(qū)頂界的分布。也就是說，超壓區(qū)的頂界隨著上覆沉積物的減少而向下移動。如天東21井，古超壓頂界位于中侏羅統(tǒng)沙溪廟組內(nèi)，現(xiàn)今超壓頂界位于上三疊統(tǒng)須家河組內(nèi)，現(xiàn)今超壓頂界比古超壓頂界深1 500 m.這種流體超壓的變化在其他井中也可以觀察到，這表明了在構(gòu)造抬升和剝蝕作用下，隨著時間的推移，流體超壓減小。

圖5 研究區(qū)大灣101井、大灣102井、東岳1井、清溪2井、黃龍5井、黃龍1井和溫泉3井聲波時差及流體壓力隨深度的變化

4 流體壓力比及有效摩擦系數(shù)的預(yù)測

川東北部地區(qū)廣泛發(fā)育流體超壓，且在不同構(gòu)造帶上流體壓力分布特征及其隨深度的變化趨勢有差異。因此，要探究滑脫層流體壓力比及有效摩擦系數(shù)的情況，需對不同構(gòu)造帶分別進行討論。

圖8是各個構(gòu)造帶在給定流體滯留深度的情況下，現(xiàn)今壓力、流體壓力比以及有效摩擦系數(shù)隨深度的變化趨勢。其中，校正后超壓梯度趨勢線是指在不同構(gòu)造帶內(nèi)，將各口井計算得到的流體壓力用鉆井液密度計算流體壓力以及實測壓力校正，加權(quán)平均之后，得到的可以代表該構(gòu)造帶流體壓力隨深度變化的趨勢線；靜巖梯度超壓趨勢線是指在流體滯留深度之下，假設(shè)超壓梯度等于靜巖梯度時，流體壓力隨深度變化的趨勢線。

黃金口—五寶場構(gòu)造帶代表井有雷北1井、大灣101井、大灣102井、清溪2井、金珠1井、東岳1井、雙廟1井、黃龍1井、黃龍5井和普光4井，其平均流體滯留深度（可近似等于超壓頂界深度）為1 369 m.校正后超壓梯度趨勢線在下三疊統(tǒng)嘉陵江組膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.72，有效摩擦系數(shù)為0.168～0.238；在下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖滑脫層處，流體壓力比為0.78，有效摩擦系數(shù)為0.132～0.187；在寒武系膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.81，有效摩擦系數(shù)為0.114～0.162.如果流體超壓不存在，各滑脫層有效摩擦系數(shù)為0.372～0.527（圖8a）。流體超壓的存在使黃金口—五寶場構(gòu)造帶嘉陵江組膏鹽巖滑脫層有效摩擦系數(shù)減小了54.8%，龍馬溪組頁巖滑脫層減小了48.4%，寒武系膏鹽巖滑脫層減小了69.3%.

黃龍場—溫泉井構(gòu)造帶典型井有溫泉3井、黃龍1井、黃龍5井、菩薩1井和五科1井，其平均流體滯留深度為1 822 m.校正后超壓梯度趨勢線在嘉陵江組膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.54，有效摩擦系數(shù)為0.276～0.391；在龍馬溪組頁巖滑脫層處，流體壓力比為0.68，有效摩擦系數(shù)為0.192～0.272；在寒武系膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.69，有效摩擦系數(shù)為0.186～0.264；在基底滑脫層處，流體壓力比為0.71，有效摩擦系數(shù)為0.174～0.247；如果流體超壓不存在，各滑脫層有效摩擦系數(shù)為0.372～0.527（圖8b）。流體超壓的存在使黃龍場—溫泉井構(gòu)造帶嘉陵江組膏鹽巖滑脫層有效摩擦系數(shù)減小了25.8%，龍馬溪組頁巖滑脫層減小了48.4%，寒武系膏鹽巖滑脫層減小了 50.0%，基底滑脫層減小了53.1%.

圖7 川東北部地區(qū)超壓垂向分布（剖面位置見圖3）

圖8 川東北部地區(qū)各構(gòu)造帶流體壓力比和有效摩擦系數(shù)隨深度的變化

南門場構(gòu)造帶代表井有門南1井、天東21井和陳家1井，其平均流體滯留深度為2 950 m.校正后超壓梯度趨勢線在嘉陵江組膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.40，有效摩擦系數(shù)為0.360～0.510；在龍馬溪組頁巖滑脫層處，流體壓力比為0.63，有效摩擦系數(shù)為0.222～0.315；在寒武系膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.67，有效摩擦系數(shù)為0.198～0.281；在基底滑脫層處，流體壓力比為0.72，有效摩擦系數(shù)為0.168～0.238；倘若流體超壓不存在時，各滑脫層有效摩擦系數(shù)為0.372～0.527（圖8c）。流體超壓的存在使南門場構(gòu)造帶嘉陵江組膏鹽巖滑脫層有效摩擦系數(shù)減小了3.2%，龍馬溪組頁巖滑脫層有減小了40.2%，寒武系膏鹽巖滑脫層減小了46.7%，基底滑脫層減小了54.8%.

云安廠構(gòu)造帶典型井有云安1井、云安6井、云安12井、梁6井、轎1井和陳家1井，平均流體滯留深度為2 371 m.校正后超壓梯度趨勢線在嘉陵江組膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.38，有效摩擦系數(shù)為0.372～0.527；在龍馬溪組頁巖滑脫層處，流體壓力比為0.71，有效摩擦系數(shù)為0.174～0.247；在寒武系膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.74，有效摩擦系數(shù)為0.156～0.221；在基底滑脫層處，流體壓力比為0.79，有效摩擦系數(shù)為0.126～0.179；當(dāng)流體超壓不存在時，各滑脫層有效摩擦系數(shù)為0.372～0.527（圖8d）。云安廠構(gòu)造帶嘉陵江組膏鹽巖滑脫層被抬升到超壓頂面之上，為靜水壓力，其有效摩擦系數(shù)沒變，流體超壓的存在使云安廠構(gòu)造帶龍馬溪組頁巖滑脫層有效摩擦系數(shù)減小了53.1%，寒武系膏鹽巖滑脫層減小了58.1%，基底滑脫層減小了66.1%.

方斗山構(gòu)造帶代表井有石寶1井、洋渡1井、方東1井、池7井、云安12井、烏1井和建深1井，其平均流體滯留深度為2 235 m.校正后超壓梯度趨勢線在嘉陵江組膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.47，有效摩擦系數(shù)為0.318～0.451；在龍馬溪組頁巖滑脫層處，流體壓力比為0.67，有效摩擦系數(shù)為0.198～0.281；在寒武系膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.81，有效摩擦系數(shù)為0.114～0.162；在基底滑脫層處，流體壓力比為0.84，有效摩擦系數(shù)為0.096～0.136；流體超壓不存在，各滑脫層有效摩擦系數(shù)為0.372～0.527（圖8e）。流體超壓的存在使方斗山構(gòu)造帶嘉陵江組膏鹽巖滑脫層有效摩擦系數(shù)減小了14.5%，龍馬溪組頁巖滑脫層減小了46.7%，寒武系膏鹽巖滑脫層減小了69.3%，基底滑脫層減小了74.2%.

齊耀山以西的湘鄂西隔槽式褶皺帶代表井有利頁1井、恩頁1井和荷頁1井，其平均流體滯留深度為2 450 m.校正后超壓梯度趨勢線在龍馬溪組頁巖滑脫層處，流體壓力比為0.48，有效摩擦系數(shù)為0.312～0.442；在寒武系膏鹽巖滑脫層處，流體壓力比為0.61，有效摩擦系數(shù)為0.234～0.332；在基底滑脫層處，流體壓力比為0.83，有效摩擦系數(shù)為0.102～0.145；如果流體超壓不存在，各滑脫層有效摩擦系數(shù)為0.372～0.527（圖8f）。流體超壓的存在使湘鄂西隔槽式褶皺帶龍馬溪組頁巖滑脫層有效摩擦系數(shù)減小了16.1%，寒武系膏鹽巖滑脫層減小了37.0%，基底滑脫層減小了72.5%.

綜上所述，不同構(gòu)造帶的不同滑脫層的有效摩擦系數(shù)不同，因為流體超壓的存在，或多或少降低了滑脫層的有效摩擦系數(shù)。

5 基底滑脫層有效摩擦系數(shù)在地震剖面上的匹配

從研究區(qū)選取一條北西—南東向，過較多井的地震剖面（圖9），從地震剖面中可以發(fā)現(xiàn)，該剖面跨過了川東高陡褶皺帶和湘鄂西隔槽式褶皺帶。

川東高陡褶皺帶自下而上有基底滑脫層、下寒武統(tǒng)滑脫層、下志留統(tǒng)龍馬溪組泥巖層以及下三疊統(tǒng)嘉陵江組膏鹽巖滑脫層4套滑脫層，各個構(gòu)造帶都表現(xiàn)為分層滑脫變形特征。嘉陵江組以上地層整體上表現(xiàn)為多個向斜與背斜相間的形態(tài)，具有“寬向窄背”的特征，其中，各大背斜均呈現(xiàn)出地層疊置的現(xiàn)象；嘉陵江組以下地層主要發(fā)育雙重構(gòu)造，其中，西北部的背斜（如黃龍場背斜和云安廠背斜）的雙重構(gòu)造主要由北西向南東逆沖的逆斷層組成，而東南部的背斜（如方斗山背斜和齊耀山背斜）的雙重構(gòu)造則由南東向北西逆沖的逆斷層組成。這一現(xiàn)象可以充分說明，研究區(qū)的主應(yīng)力為南東—北西向，西北部的反沖斷層的形成則說明其西北部存在足以抵消該構(gòu)造應(yīng)力的構(gòu)造體存在。

湘鄂西隔槽式褶皺帶發(fā)育與川東高陡褶皺帶相同的4套滑脫層，也是分層滑脫變形。下三疊統(tǒng)嘉陵江組以上地層在利川復(fù)向斜保存較為完整，表現(xiàn)為滑脫層的作用，其他構(gòu)造帶只是少部分隔槽式向斜核部有所保留。下志留統(tǒng)龍馬溪組泥巖—下三疊統(tǒng)嘉陵江組膏鹽巖，只是在宜都—鶴峰復(fù)背斜處遭受剝蝕，其他部位保存較為完整，此構(gòu)造層表現(xiàn)為隔槽式褶皺，主要受下伏構(gòu)造層變形的影響，龍馬溪組和奧陶系的變形表現(xiàn)為向斜窄，背斜寬，因此，隔槽式褶皺帶的形成主要受下寒武統(tǒng)滑脫層的影響。下寒武統(tǒng)底界地層較為平緩，說明基底滑脫層對上覆地層隔槽式背斜的形成影響較小，但控制著研究區(qū)的抬升。另外，研究區(qū)整體受東南側(cè)應(yīng)力的作用，斷層由東南向西北逆沖，主要發(fā)育斷層傳播褶皺及雙重構(gòu)造樣式。

圖9 川東北部地區(qū)北西—南東向地震構(gòu)造解釋剖面（剖面位置見圖3）

綜上所述，研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育主要受基底滑脫層的影響，故本次針對流體超壓對滑脫層強度影響的探討主要聚焦在基底滑脫層上。通過地震剖面進行構(gòu)造楔相關(guān)參數(shù)的研究，進而研究其流體壓力對滑脫層強度的影響。

從地震剖面中可以看出，流體超壓頂界面（λ=0.38）從西北向東南逐漸變深，基底滑脫層處的流體超壓從西北向東南整體上逐漸增大，在川東高陡褶皺帶處流體壓力比為0.70～0.80，在湘鄂西隔槽式褶皺帶處流體壓力比大于0.80，在川東黃龍場背斜—溫泉井背斜處流體壓力比明顯減小，在0.72左右。由于流體壓力比越小，有效摩擦系數(shù)越大，可見在黃龍場背斜—溫泉井背斜處，基底滑脫層的有效摩擦系數(shù)升高，這與上覆構(gòu)造層出現(xiàn)的反沖斷層相互印證。整體來看，從湘鄂西到川東存在明顯的逆沖推覆帶，是一個大型的構(gòu)造楔，以基底滑脫層為主要滑脫層。

圖10 川東北部地區(qū)基底滑脫層強度與構(gòu)造楔強度的關(guān)系

構(gòu)造楔表面的坡角為1.48°，滑脫層傾角為3.30°，川東高陡褶皺帶長度為208 km，根據(jù)（7）式擬合出滑脫層強度和構(gòu)造楔強度之間的關(guān)系。當(dāng)構(gòu)造楔強度為0.32～1.00時，可得出基底滑脫層強度為0.060～0.110（圖10）。如果流體超壓不存在，各滑脫層有效摩擦系數(shù)為0.372～0.527，流體超壓的存在使基底滑脫層有效摩擦系數(shù)減小了79.1%～83.9%.這意味著研究區(qū)沿基底滑脫層發(fā)生剪切作用所需的構(gòu)造應(yīng)力大幅減小。

6 結(jié)論

（1）川東北部地區(qū)廣泛發(fā)育超壓，現(xiàn)今超壓頂界面平均深度為1 934 m，主要發(fā)育于侏羅系煤層和三疊系膏鹽巖。

（2）不同構(gòu)造帶不同滑脫層的強度不同。黃龍場—南門場的基底滑脫層有效摩擦系數(shù)相比其他構(gòu)造帶大一些，這與該地區(qū)發(fā)育的超壓較小有一定的關(guān)系。

（3）研究區(qū)廣泛發(fā)育的超壓，使原基底滑脫層有效摩擦系數(shù)降低了79.1%～83.9%，這意味著現(xiàn)今基底滑脫層比較脆弱，較小的構(gòu)造應(yīng)力即可使其發(fā)生構(gòu)造活動。

符號注釋

D——深度，m；

De——等效深度，m；

DFRD——流體滯留深度，m；

F——滑脫層強度；

g——重力加速度，m/s2；

pf——孔隙流體壓力，MPa；

W——構(gòu)造楔強度；

α——構(gòu)造楔表面的坡角，rad；

β——基底滑脫層傾角，rad；

λ——流體壓力比；

μ——摩擦系數(shù)；

μb——靜態(tài)巖石摩擦系數(shù)；

μeb——有效摩擦系數(shù)；

μf——弱化摩擦系數(shù)；

ρr——巖石密度，kg/m3；

ρw——地層水密度，kg/m3；

θ1——靜巖壓力趨勢線的傾角；

θw——靜水壓力趨勢線的傾角；

σ1——最大主應(yīng)力，N；

σ3——最小主應(yīng)力，N.

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