本次平面数值模拟将研究区简化为一个正方形,根据区域构造演化,确定其边界受力情况。成矿前,区域受EW向挤压形成SN向褶皱及相应的断裂;而成矿期以形成NNW向张剪断裂为特征,显示了以SW向的挤压作用为主。为限定成矿期主应力方位,首先遭受EW向挤压变形,形成SN向的断裂变形带,在此基础上,逆时针方向再次叠加不同方向的应力,观察其应力-应变-运移势的响应。
(一)模拟过程简介
1.单元划分
采用美国Algor Company 开发的Super SAP有限元软件专用CAD系统ViziCad,建立数学模型,模型采用四角剖分,共划分单元数670、节点数701。
2.应力边界条件
I期最大主压应力20MPa,I期最小主压应力10MPa。
II期最大主压应力20MPa,II期最小主压应力10MPa。
3.位移边界条件
数学模型有一个固定全约束点(△标志);2条边界部分约束,沿边界可以切向位移,但不能法向位移(〇标志);2条边界施加应力边界条件。
4.岩石力学参数
平面应力场数值模拟主要岩石力学参数如表5-3所示。
表5-3 应力场数值模拟物理参数表
5.模拟计算
数学模型建立后,采用美国Algor Company开发的Super SAP有限元软件进行模拟计算。计算结果见图版Ⅴ-1至图版Ⅴ-7;分析见表5-4。
(二)结果分析
1.夹角为0°
(1)最大主应力
在由4条SN向断裂构成的总体呈NE向的变形带内,形成低应力区,往西北及东南应力递增。而主应力极大值则出现在变形带的东北角及西南角的顶端。各断裂带内应力高值主要分布于断裂的2个顶端,断裂中部的应力分布则有分段集中的趋势。相邻两断裂的顶端与末端构成低应力走廊区。
(2)最小主应力
各断裂带内形成应力高值区,应力极大值位于断裂的中部,往外递减,形成应力急变带。相邻2断裂之间则为低应力域,总体上构成NE向的低应力带。
(3)2倍最大剪应力
总体上形成NE向与EW向交互的低应力带,往南北两侧逐渐升高,在东北端及西南端剪应力形成极大值。断裂带是应力急变带,剪应力小,且断裂的南北两端形成极小值。相邻2断裂的顶端与末端构成中等应力走廊区。
(4)运移势
总体上构成NE向的低运移势带,极大值出现在东北及南西端,但断裂带内是运移势高值区,相邻断裂夹持的区块则为低运移势区。表明流体是由断裂带内向外迁移的。
(5)应变能
在东北端和西南端形成应变能极大值,断裂变形区域扩大,显示应变能往断裂外侧扩展,但南北两端变形不显著。相邻2断裂的顶端与末端连线方向构成中等应变走廊区。
表5-4 平面模型应力-应变特征表
续表
续表
注:①急变带等级由A→D递减。
2.夹角为45°
(1)最大主应力
形成由SW向NE的应力梯度带,应力高值区出现在南西端,而东北部则为应力低值区。各断裂带内应力高值区分布于断裂中部,而低值区则分布于断裂的顶端。相邻断裂区块则以应力高值区相隔,断裂带非应力急变带。
(2)最小主应力
形成NW向SE的应力梯度带,应力高值区出现在西北端,向南东依次递减。低值区则分布于断裂的顶端,断裂带非应力急变带。相邻断裂夹持的区块为应力相对高值区。
(3)2倍最大剪应力
剪应力总体上南高北低。相邻断裂夹持的区块剪应力相对增高,而断裂带内则应力值较低,尤其是断裂的2个顶端剪应力极低。断裂带非剪应力急变带。
(4)运移势
总体上形成自SWW向NEE的运移势梯度带,断裂带内为低运移势分布区,尤其是各断裂的2个顶端为运移势极低区,相邻断裂为运移势高值域。显示流体向断裂带的2个顶端富集。
(5)应变能
形成NNE向的变形梯度带,总体上南部变形较北部强。断裂变形继续扩展但相对较弱,未形成急变带。
3.夹角为90°
(1)最大主应力
总体上形成NE向的高应力区带,各条断裂夹持的块体间应力相应高,而断裂带内应力低,在断裂带附近应力分布形成明显的急变带。相邻2断裂的顶端与末端构成高应力走廊区,各断裂的顶端外侧均构成应力极大值,显示断裂向2端扩展的可能。
(2)最小主应力
总体上形成NE向的低应力区带,但各断裂带内均是应力高值区,且应力分布形成明显的急变带,往断裂带内应力急剧升高,尤其是各断裂带中部构成应力极大值。相邻断裂间区块形成应力低值区。
(3)最大剪应力
NE向的剪应力高值区带,但断裂带内剪应力则急剧变小,形成应力分布的急变带。相邻2断裂的顶端与末端构成高剪应力走廊区。
(4)运移势
总体上构成NE向的低运移势带,断裂带内则是极低运移势区带,尤其是各断裂的2个顶端为甚,且形成低运移势的急变带。显示流体大范围内急速向断裂带富集。
(5)应变能
形成NE向的低应变区,且低应变区仅限于各断裂构成的狭窄的、局域化的NE向区带,周围都是大范围的高形变区,尤其是各断裂顶端外侧是最大形变区。在各断裂带内形成明显的应变急变带。
4.夹角为135°
(1)最大主应力
东南方向为应力高值区,总体上构成NE向的低应力区带,尤其是断裂带两端更是应力低值区。
(2)最小主应力
东北方向为高应力区,构成由NE向SW方向应力递减的梯度带。断裂带内则构成应力高值区,且在靠东北部的2条断裂中形成急变带。断裂夹持的区块为应力低值域。
(3)最大剪应力
东南都是应力高值区,而北部则是低值区,总体上构成NE向的应力低值区带,断裂带更是低应力分布区。
(4)运移势
总体上形成自NE向SW的运移势梯度带,高值区分布在东部及东北端,同时,又构成NE向的低运移势区带,但断裂带内未构成运移势急变带。流体总体上向西南方向流动。
(5)应变能
变形显示立交桥模式,总体上东南变形部极大,而东北部变形小,构成SW向的应变梯度带。同时,4条NE向断裂排列也构成NE向的低应变带,断裂带内应变两端低,中段稍高,且无急变带。
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