断裂带特征（精选10篇）
断裂带特征 篇1
南雄断裂带分布于诸广山杂岩体与南雄断陷红盆的接触带上,总体走向呈北东40°-60°,倾向南东,倾角30°-45°,沿走向延伸长达120km以上,出露宽度一般300-1000m。断裂带上盘为白垩系地层,属南雄断裂带控制的盆地沉积产物,主要岩性为砾岩、砂岩、粉砂质泥岩;下盘主体为印支期和燕山期花岗岩,断裂带本身发育了规模较大,而且面理与断裂带的走向基本平行的糜棱岩带(图1)。前人的研究证明南雄断裂带的控矿作用十分明显,沿断裂带及其上下盘有238、234矿床及一些矿点、矿化点,南雄断裂带既是一条控盆构造,又是一条控矿构造,同时它具有导矿与储矿的双重作用。
一、剖面综述
笔者根据收集到的本地区的钻孔数据资料,将具有相似性的岩石划为一层,连接不同钻的相似层,得到一个本区的地质剖面。由剖面图可以看出,南雄断裂带主要是一套构造岩,其大致可以分硅化带、混合岩化带两段,下面将从上到下依次对各段进行描述。
1)硅化带:由硅化砂砾岩、硅化角砾岩、硅化构造砾岩、硅化糜棱岩及破碎硅化岩等组成,厚约数米到120米。
2)混合岩化带:主要由混合岩化碱交代岩、混合岩化碱交代花岗岩、混合岩化花岗岩和部分碱交代碎裂岩、碱交代花岗碎裂岩、花岗碎裂岩等组成,并夹有部分糜棱岩,厚度约300米。
在这个带中,我们可以根据矿物的变形相分成两个带,上部为脆性变形带,各种矿物已经在脆性域发生了明显的脆性变形,石英、钾长石、斜长石的眼球状残斑大都剪切裂开,并可见钾长石残斑因受剪切而形成的斜列构造;其下部为韧性变形带,各种矿物在韧性域发生了明显的韧性变形,岩石发生糜棱岩化,矿物定向排列,并可见旋转残斑。
在混合岩化带中普遍发育了很好的蚀变,主要有红化、绢云母化、绿泥石化、萤石化以及不同程度的红化、赤铁矿化、黄铁矿化等,还发育了不同程度的钾钠交代。
(据2 9 0资料改编)1、第四系;2、古近系始新统古城组上段;3、古近系始新统古城组下段;4、古近系古新统浓山组上段;5、古近系古新统浓山组下段;6、古近系古新统上湖组上段;7、奥陶系浅变质岩;8、燕山期第二阶段黑云母花岗岩;9、印支期第三阶段二云母花岗岩;10、印支期第二阶段二长花岗岩;11、碱交代岩;12、硅化带;13、硅化砂砾岩;14、糜棱岩化碱交代花岗岩;15、硅质脉;16、中基性岩脉;17、断裂构造;18、断裂带与地层交切线;19、蚀变碎裂岩带推测界线
在各段中均发现了不同期次侵入的辉绿岩脉,在构造作用下,部分已经被改造。
二、岩石特征描述
在野外工作的过程中,我们对南雄断裂带的岩石进行了钻孔中的系统取样,在室内进行了手标本和光薄片的详细观察,下面将对该带这一套构造岩石的特征进行详细的描述。
1、硅化带:
硅化带中的主要岩石为硅化砂砾岩、硅化角砾岩、硅化构造砾岩、硅化糜棱岩及破碎硅化岩。该硅化带出露范围广,野外定点在遥感图像上的反映显示硅化带是沿断裂带发育的。
镜下观察发现,硅化带中岩石含有大量的大小不等的角砾,角砾之间大都为硅化胶结,只有少数的为铁质或者碳酸盐胶结,岩石的强烈硅化作用使其形成了大量的热液石英。
角砾成分主要是片岩角砾、与混合岩成分相当的角砾以及火山角砾,其中火山角砾的主要成分为石英、蚀变钾长石以及凝灰岩岩屑(图2晶屑凝灰岩角砾),这些石英、钾长石的晶屑呈自形,布满了炸裂纹,晶屑断口大量呈棱角状,保留熔蚀特征(图3熔蚀成港湾状石英晶屑)。
2、混合岩化带:
该带的主要特征是花岗岩以及碱交代花岗岩都发生了混合岩化作用,混合岩过程中,脉体矿物主要是石英、钾长石和斜长石,基体矿物主要是黑云母,已经发生绿泥石化。
(1)矿物特征
镜下观察发现原眼球状混合岩的剪切定向保留,其主要矿物为钾长石、斜长石、石英,含有的残斑也主要是钾长石、斜长石和石英残斑,残斑均受剪切作用而破碎,岩石主要结构为碎裂结构,其构造特征主要是变余眼球状构造,变余定向明显。
南雄断裂带岩石当中,钾交代和钠交代现象比较常见,在钾长石残斑边缘可以见到由钾交代形成的微斜长石环边(图4),而有些交代形成的微斜长石在后期构造作用中业已碎裂。石英以及钾长石发生静态重结晶,在镜下可以清楚地看到三联点结构,而有些重结晶矿物包围了先前形成的基质,显然可以知道重结晶是属于韧性剪切晚期的产物。
南雄断裂带岩石破碎,这是一个很重要的特征,说明其在漫长的过程中受到了剪切力的作用发生了脆性变形。镜下观察可以发现,石英、钾长石、斜长石的眼球状残斑大都剪切裂开,并可见钾长石残斑因受剪切而形成的斜列构造(图5),以上说明原岩混合岩在脆性域遭受了剪切。
同时,南雄断裂带深部岩石发育了强烈的糜棱岩化,在镜下观察剪切拉伸片理明显,开始出现了明显的细粒化的特征,这是在较深部发生的韧性形变的特点,说明在一期的构造过程中,其形变特点随深度不同也在发生变化。
(2)蚀变特征
南雄断裂带构造岩石普遍发育了不同程度的蚀变,特别在混合岩化岩石带里,蚀变很强烈,主要蚀变有水云母化、绢云母化、绿泥石化、硅化以及局部表现强烈的红化、黄铁矿化、绿帘石化、碳酸盐化、钠交代和钾交代,个别样品还出现了代表高温热液蚀变产物的黄长石等(图6,7)。蚀变主要发育在后期脆性变形形成的裂隙中,并可见到互相的穿插,说明构造的复杂性,南雄断裂带构造岩是经历了几个不同的构造期次最后形成现在见到的这套组合。
3、侵入脉体:
南雄断裂带发育了不同期次的侵入脉体,岩石原岩主要为辉绿岩,镜下观察其有很好的定向性,片状构造,镜下表现为绿帘石绿泥石片岩、阳起石片岩等,但根据构造环境,其定名应该为构造片岩,主要矿物组成为绿泥石、绿帘石、阳起石等。在该类岩石中,我们也发现了明显碎裂特征,形成了碎裂构造片岩。
三、结论
南雄断裂带的构造岩特征表明本区的构造情况是比较复杂的。早期形成的眼球状混合岩应该形成于拉张的构造环境,在这个阶段,由于岩浆自身的熔融和自分异而形成了大量的眼球状残斑。这些残斑在后面的构造活动中已经被破坏,形成了碎裂眼球状混合岩以及碎裂岩,这种构造形变形成于第二期的构造活动,是岩石受到剪切力的作用,在主要在脆性域发生的形变,这个阶段的构造活动将是以挤压构造活动为主[1,2,3]。
本区的辉绿岩脉体已经发生了片岩化,而本区的辉绿岩脉侵入时间为1 4 0 M a、1 1 0 M a和9 0 M a,因此,南雄断裂带的活动时间应该在90Ma以后。再者,南雄断裂带上覆为白垩系地层,因此,可以认为南雄断裂带活动闭合时间是晚白垩世。
参考文献
[1]陈耀辉.南雄断裂构造剥离作用及其与成矿的关系[J].铀矿地质.1994.10(3):168-174
[2]童航寿.拆离构造与成矿作用[J].铀矿地质.1993.9(2):81
[3]苗培森等.不同构造机制韧性剪切带研究[J].中国区域地质.1995.4:353-359
断裂带特征 篇2
新民堡断裂新构造活动特征
新民堡断裂属于河西走廊西段酒西盆地内断裂系的组成部分,位于嘉峪关以西40 km的`新民堡一带.新民堡断裂呈北西西向延伸,长8.0 km,走向299°,倾向南西,倾角20°～35°.断裂下部主要发育在新近系红色泥岩中,地表穿切上更新统和全新统,变形性质以蠕滑变形为主,活动方式属于逆冲推覆;新民堡断裂在距今69.3 ka与35.4 ka之间、距今28.3 ka左右,距今4.4 ka左右发生过新构造活动.断裂位移速率为0.54～0.90 mm/a,其中垂直位移速率为0.26～0.50 mm/a.同时,以新民堡断裂为代表的低角度逆冲推覆断裂是造成酒西盆地及河西走廊横向压缩的重要因素和表现形式之一.
作 者：陈柏林 王春宇 刘建民 刘建生 张永双 CHEN Bailin WANG Chunyu LIU Jianmin LIU Jiansheng ZHANG Yongshuang 作者单位：陈柏林,王春宇,刘建民,张永双,CHEN Bailin,WANG Chunyu,LIU Jianmin,ZHANG Yongshuang(中国地质科学院地质力学研究所,北京,100081)刘建生,LIU Jiansheng(中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州,730000)
刊 名：地球学报 ISTIC PKU英文刊名：ACTA GEOSCIENTIA SINICA 年，卷(期)： 27(6) 分类号：P5 关键词：逆冲推覆 蠕滑 新民堡断裂 甘肃断裂带特征 篇3
摘要：为了揭示深部隧道工程围岩的分层断裂机理而展开数值实验研究.分析了深部地层岩体历史及赋存环境，认为深部岩体在力学上处于峰后阶段，根据岩石峰后应力应变特征选定了围岩的峰后特征指标及其开挖响应方程.建立了数值实验模型，设计了开挖数值模拟的围岩响应监控方案.完成了大量的开挖数值模拟，实现了深部围岩分层断裂现象在数值模拟中的重现.基于实验中围岩应力、变形分布的全程监测结果，在确定围岩分层断裂产生条件的基础上，进一步研究得到了围岩分层断裂层数、分层断裂圈半径、最大峰值应力等参数与峰后特征指标的关系.根据地下结构开挖围岩应力重分布及岩石力学破裂机理，分析了分层断裂中次生自由面、多重似开挖面形成的力学机制.所得数值模拟结果，为深部工程围岩的分层断裂提供了验证依据，消解了长期以来数值模拟中没有观察到分层断裂现象的困惑.
关键词：深部隧道；分层断裂；应变软化；峰后脆性；力学机制
中图分类号：TU458文献标识码：A
Abstract：Numerical simulation research has been conducted in order to reveal the mechanism of the layered fracture within surrounding rock in deepburied tunnel. Analysis of the history of the rock mass and its environment suggests that the mechanism of the deep rock mass was located in the postpeak stage， the postpeak characteristic indexes and the excavation response equations were selected based on the postpeak stressstrain characters of rock mass. A numerical model was established， a monitoring scheme of surrounding rock response was designed which was caused by excavation， and a fair amount of excavation was completed by numerical simulation method， and the phenomenon of layered fracture within surrounding rock was reproduced in the numerical simulation. According to the monitoring results about the rock stress and deformation distribution from the experiment， and based on the critical conditions under which the layered fracture in surrounding rock was emerged， the relationship of the fracture layer number of surrounding rock， the radius of layered fracture zone and the maximum peak stress with the postpeak characteristic indexes were studied. Based on the surrounding rock stress redistribution related to the excavation of underground structure and the fracture mechanism of rock mechanics， this paper analyzed the mechanical mechanism of the formation of secondary freesurface and multiple excavation surface. The numerical results provide the basis for the layered fracture in deep surrounding rock， and the confusion about the unobserved phenomena of layered fracture in numerical simulation is also eliminated.
Key words：deepburied tunnel； layered fracture； strainsoftening； peakbrittleness of rock； mechanicalmechanism
由于煤炭、石油、国防以及核废料处理等领域向地层深部或超深部挺进，深部岩体的开挖变形问题已引起了岩土工程界的广泛重视.传统的观测和理论公认，地下工程开挖后仅在靠近临空面围岩形成单一破裂带.但在深部工程开挖及相关试验中，发现围岩表现出不同于浅部工程的破裂区域分布，即非经典破裂现象.
断裂带特征 篇4
关键词：高青断裂带,构造特征,构造演化,成藏规律
0 引言
高青断裂带东邻博兴洼陷, 西接里则镇洼陷, 是油气运聚的有利指向区, 勘探面积约800km2。目前已发现古生界、中生界及新生界多套含油气层系, 探明高青、平南、平方王油田以及花沟气田, 累计石油地质储量8285×104t, 天然气地质储量45.13×108m3。长期以来由于对高青-断裂带研究缺乏系统的认识, 构造、地层格架等地质问题没有得到很好的解决, 严重的制约了勘探开发进程。因此, 加强高青断裂带的构造特征、演化过程及其对油气聚集的影响等问题的研究, 对于挖掘该区勘探潜力具有重要的意义。
1 地层特征分析
1.1 中、新生界地层格架
地层的划分和对比是基础地质工作的重要组成部分, 正确的地层划分和对比是正确恢复古地理的保证, 是正确分析地质构造的保证。
通过多口井单井地层的细致划分, 建立横穿研究区的典型剖面, 搭建地层格架 (图1) 。对研究区地层格架和地层展布情况有了一个初步的认识。该区南部青城凸起地层遭受剥蚀严重, 基本为一单斜, 呈南高北低的态势, 在其沉积过程中, 由于受到济阳、东营两次构造运动的影响, 形成了两次大的沉积间断, 发育了沙四段-沙三段, 沙一段-东营组两个地层不整合面。地层由老至新, 由北到南层层超覆尖灭, 上第三系馆陶组覆盖其上, 青城凸起南部则馆陶直接覆盖在中生界上。
1.2 中、新生界残留地层分布特征
本区经历了多次构造运动的影响, 地层剥蚀很多, 且很不完整, 由下而上主要有三个地层不整合:中生界与孔店组、孔店组与沙四段、东营组与馆陶组等, 每个不整合面的发育都代表了一次剥蚀的地质过程。通过对残留厚度进行计算, 明确了地层展布规律。该区地层分布大体有三种类型:1凸起顶部类型:以泥岩为主的上第三系直接覆盖在中生界之上;2凸起斜坡类型:下第三系由北向南逐层遭到剥蚀, 依次出现孔店组、沙河街组、东营组剥蚀尖灭线, 以泥岩为主的上第三系直接覆盖在下第三系不同层系之上;3断裂带类型:位于大断层下降盘, 下第三系沉积较厚, 层位较全, 从岩性到厚度与凸起都有很大差别。
2 构造特征分析
2.1 区域构造背景
区域研究表明, 渤海湾盆地是一个多期发展的叠合盆地, 主要经历了四个发育阶段, 形成了四种不同类型盆地的叠加;而中生代晚期的大地构造环境对新生代早期的构造沉积演化产生了重要的影响。北北东向展布的郯庐断裂带自印支运动期开始发育, 经燕山、喜山至今构造运动均很活跃, 对渤海湾盆地东部产生挤压、压扭、拉张交替出现的构造应力作用[1]。中生代郯庐断裂的左旋走滑运动早成了该时期渤海地区东西分带的构造格局;新生代以后, 东亚大地构造环境的变化导致郯庐断裂带转为右旋走滑运动, 导致济阳坳陷走滑拉分构造环境的形成。济阳坳陷东部新生代盆地长轴为北东向-近东西向, 而中生代盆地长轴为北西向, 二者呈斜交关系, 很好地解释了博兴地区北西、北东两组走滑断裂带的形成[2]。
高青地区的构造格局受高青断裂带燕山后期拉张运动影响, 呈南北向沟梁相间的格局。内幕各组构造特征表现为北西向、南北向、东西向和北东向断裂相互切割, 形成了一个个方形、三角形的构造块, 断裂构造表现十分复杂。不同走向断层形成于不同的构造演化阶段, 古生界-中生界早期以发育北西向断层为主, 中生界发育以南北向断层为主, 孔店-沙四早期以发育东西向断层为主;而沙三以来以发育北东向断层为主。
2.2 构造演化及构造成因分析
自古生代始至新生代结束, 研究区先后经历了加里东运动、海西运动、印支运动、燕山运动 (早、中、晚期) 、喜山运动 (Ⅰ幕、Ⅱ幕) 等多期构造运动, 在这种频繁的构造运动作用下形成了多类型、多期次的不整合, 地层接触关系复杂, 剥蚀量大。同时, 由于研究目的层位于中古生代, 地层埋深大, 地震品质差, 多期次构造运动共同作用, 导致构造现象互相叠加, 区分困难, 给构造演化史的恢复研究带来了很大的困难[3]。
鉴于此, 在研究中, 优选典型剖面, 采用多种方法, 以等长度恢复法为主, 兼顾结合等面积 (体积) 恢复法, 并考虑剥蚀情况, 进行剥蚀量恢复, 综合分析, 对研究区的构造发育史进行了研究。
通过对研究区各条剖面的构造演化研究, 基本上明确了高青-平方王潜山带的构造发育特征 (图2) 。青城凸起、平方王潜山和东营凹陷的形成与高青-平南断裂带的发育有直接的关系。中生代, 伴随着高青-平南断裂的形成, 青城凸起逐渐隆起, 古近纪该区活动最为强烈, 伸展量最大, 进入新近纪后, 随着断层活动的减弱, 该区的活动性也逐渐减弱, 至明化镇组沉积后期, 青城凸起一直处于不断抬升之中。不断的抬升导致青城凸起和平方王潜山中生界遭受到了严重的风化剥蚀, 中生界仅在青城凸起上有所残余, 而在青城凸起以外的区域, 已全部被剥蚀, 如平方王潜山馆陶组即直接与上古生界相接。至东营组沉积末期, 剥蚀才告结束, 馆陶组沉积覆盖在遭受剥蚀的地层之上, 形成了截平不整合接触[4]。
早第三纪时期由于高青-平南大断层的强烈活动, 孔三段地层沉积期在靠近高青大断裂附近形成多期火山喷发, 与金家、草桥地区孔店组火成岩的形成属同一时期。古新世末期, 受燕山运动的影响, 该块在孔店组末期局部抬升, 出露地表遭受风化剥蚀, 使得该区缺失孔一段、沙四中、下段地层, 局部缺失孔二段地层, 形成沙四段与孔店组之间的区域性不整合接触。至始新世后期沙四上段沉积末期, 受济阳运动影响, 高青-平南断裂继续活动, 高青北部斜坡带地区抬升并出露地表遭受风化剥蚀;致使北区缺失沙三中、下地层, 沙三上直接覆盖在沙四段之上, 呈不整合接触。而又因南部中生界地层凸起, 致使下第三系孔店组、沙河街组地层自北向南呈叠瓦状层层上超。到渐新世末期、东营运动晚期, 渤海湾盆地处于拗陷阶段。受东营运动的影响, 东营凹陷整体抬升, 下第三系地层由新到老、由北向南超覆, 地层受到风化剥蚀, 以泥岩为主的上第三系馆陶组地层覆盖在下第三系不同层位之上, 形成东营组与下伏沙河街组各组段地层间的区域地层不整合接触。由于东营运动的影响, 在金家一草桥地区沿大断裂形成基性岩浆岩喷发。在高青北区斜坡带北部部分井馆陶组底部发育有一套厚度不等的玄武岩, 即为此期基性岩浆岩喷发的产物。中新世后, 高青大断层活动强度减弱, 至明化镇组沉积后期, 断层基本停止活动, 该区构造演化停止。
2.3 构造样式
该区主要发育了一系列的北东向和近东西向的断层, 并见有少量的南北向和北西向断层。平面上断层组合复杂, 小断层在平面上和剖面上延伸性均较差。通过精细地震解释, 我们发现研究区共有平面组合构造样式和剖面组合构造样式两大类。
2.3.1 平面断层组合样式
本区断层平面组合构造样式主要有斜交式、网格状等.
1) 斜交式断层组合构造样式
这种组合构造样式是一条断层不垂直相交并终止于另一条断层之上, 组成斜交式断层组合构造样式 (图3) 。
2) 网格状断层组合构造样式
这种构造样式由多组、多条不同走向的断层组合而成, 断层将地层切割呈多个断块, 断层之间互相限制、切割, 形成类似于网格的断层
2.3.2 剖面断层组合样式
剖面断层组合构造样式有阶梯状、地堑、马尾状、潜山披覆等。
1) 阶梯状断层组合
研究区发育有一定的阶梯状断层组合构造样式, 该构造样式一般由若干条产状基本一致的正断层组成, 各条断层的上盘依次向同一个方向掉落, 形成类似于阶梯状 (图4)
2) 地堑断层组合
地堑和半地堑是研究区比较常见的一种剖面断层组合构造样式, 地堑由走向大致平行、倾向相反、性质相同的两条或多条断层组成, 他们共用一个下降盘。半地堑一侧受正断层控制, 盖层呈超覆状态, 基底为单斜 (图4) 。
3) 马尾状断层组合
这种构造样式常常是主干断层与其对应的上盘低级别断层组合而成。高青-平南断裂带为一切穿基底的深大断裂, 受其影响, 主干断层周围派生出一系列次级断层, 组成了一个断裂带, 在剖面上表现类似于马尾状 (图4) 。
3 油气分布特征分析
由于本地区独特的构造地质和沉积特征, 因此具有许多独特的成藏地质条件和油气富集特点, 油气藏类型丰富多样。该油田的断层、不整合、砂体的发育状态及时空匹配关系决定了该区油气藏类型和分布[5]。
3.1 油气藏类型及主要特征
在高青油田, 中生界顶部的风化壳、孔店组、沙河街组及不整合面的上倾方向均为SSW, 油气在各通道中朝构造高部位运移[6], 由于泥岩、断层的封堵、以及岩性尖灭等因素, 形成了不同类型的油气藏, 按圈闭成因可分为构造、地层、岩性、复合等四大类, 并以被断层复杂化的地层复合油气藏为主[7]。
(1) 地层不整合油气藏:由于储层上倾方向或上方受不整合面遮挡而形成, 油气层可以存在于不整合面之上, 也可在其下。受馆陶组底部大套泥岩和不整合面风化粘土层的封堵作用, 在不整合面之下中生界和第三系储层被削截、封堵形成不整合油气藏。
(2) 断块油气藏:该油气藏在剖面上表现为储层的上倾方向被断层切割遮挡, 在平面上往往由两条或三条断层相交构成封闭断块或地层下倾方向敞开的断块。
(3) 岩性油气藏:由于沉积条件的不同, 导致沉积物岩性或物性变化, 形成岩性圈闭。
(4) 复合油气藏:由构造、岩性或不整合因素中的两者或两者以上共同起作用所形成的圈闭, 高青油田北区主要发育有断层-不整合复合油气藏和断层-岩性尖灭复合油气藏。如高12-27、高12-42等井的孔店组油气藏。
3.2 油藏特征
由于本地区沉积间断多, 造成地层残缺不全, 同时, 由于高青大断层的长期活动, 造成断层多, 断块小[8]。因此油气藏主要有以下特征:
(1) 油气藏层系多。目前已发现的有馆陶组、沙一段, 沙四段、孔店组及中生界共计五套含油气层系。主力含油气层系孔店组、沙四段、馆陶组, 中生界次之。
(2) 断块油藏小而多。“小”是指含油气面积小, “多”是指断块数量多, 这是由于该地区的大、小断层数目众多造成的。
(3) 由于本区油气类型丰富多样, 油气分布广, 油气藏控制因素亦极其复杂, 主要包括断层、不整合面及盖层三个方面。
3.3 成藏规律
断层、砂体、不整合面的时空匹配关系决定了该区油气藏类型和分布。
3.3.1 断层是油气运移、富集的主控因素
断层具有通道和遮挡作用二重性, 这是由于其所处地质历史时期和不同层段的不同而不同。在断层活动期, 主要表现为通道作用, 在其活动相对停止期, 则表现为遮挡作用, 同时, 流体沿断层的运移呈现为间歇式。正是由于断层的开启与封闭双重作用的结合, 形成了该地区多层系、多类型、油气分布复杂的特点。通过对研究区断层活动性分析发现:
1) 距离断裂带越近, 含油层组越多, 油层厚度越大, 油气越富集;
2) 北部断层多为孔店期活动至东营期甚至馆陶期, 切割地层, 形成复杂构造断块;活动时期与生排烃期匹配, 有利于油气运移。南部断层中生代活动为主, 到孔店期逐渐变弱、消亡, 有利于形成构造圈闭。
3) 该区存在一组纵贯全区的继承性发育的断层, 活动最晚至明化镇期, 由于该组断层与油源区相接, 可作为该区的油源断层。
3.3.2 不整合面对油气运移、富集有重要影响
通过研究将研究区不整合划分为两种不整合结构样式 (图5) :Ⅰ型不整合, 不整合面之下发育风化粘土层, 主要是第三系/前第三系不整合, Ⅱ型不整合, 不整合面之下风化粘土层不发育的不整合, 第三系内部及中生界顶面不整合均为这种结构样式, 通过分析明确的不整合平面分布特征, 研究区Ⅰ型不整合发育面积最广, 是该区不整合最主要类型, Ⅱ型不整合除高101、高102井区发育, 其余零星分布。
1) Ⅰ型不整合
Ⅰ型不整合:不整合面下风化粘土层发育, 风化粘土层岩性主要为泥岩、砂质泥岩, 岩石的颗粒粒度较细, 在经过后期的成岩压实作用, 岩石极易固结, 形成致密、孔、渗性非常差的非渗透层, 具有很好的封堵效应。通过对风化粘土层渗透性分析发现, 风化粘土层的孔隙度一般<1.4%, 渗透率<0.3×10-3um, 是油气藏的主要盖层 (图6) 。
因此Ⅰ型不整合, 为风化壳成藏模式, 风化粘土层是他的直接盖层, 下部风化淋滤带作为储层, 形成地层岩性油藏。
2) Ⅱ型不整合
Ⅱ型不整合结构样式, 由于不整合面下不发育风化粘土层, 为传统的油气成藏模式, 盖层是馆陶组底部泥岩, 第三系砂岩作为储层, 第三系内部的不整合均为这种成藏模式, 油藏分布受顶板岩性及砂组尖灭线控制 (图6) 。
若盖层条件良好, 油源条件充足, 易形成地层油藏, 若盖层条件不好, 油气可继续向上运移, 馆陶组、明化镇组易形成岩性油藏。
4 结论
(1) 建立研究区分组地层划分标准, 通过制作地层对比剖面, 弄清了研究区地层格架和发育特征, 明确地层界线划分标准。
(2) 高青地区的构造格局呈南北向沟梁相间的格局。各组构造特征表现为北西向、南北向、东西向和北东向断裂相互切割, 形成了一个个方形、三角形的构造块, 断裂构造表现十分复杂。不同走向断层形成于不同的构造演化阶段, 古生界-中生界早期以发育北西向断层为主, 中生界发育以南北向断层为主, 孔店-沙四早期以发育东西向断层为主;而沙三以来以发育北东向断层为主。
(3) 研究区构造样式有平面和剖面两种。平面构造样式有斜交式断层组合构造样式、网格状断层组合构造样式;剖面构造样式有阶梯状断层组合、地堑、马尾状。
(4) 距离断裂带越近, 含油层组越多, 油层厚度越大, 油气越富集, 北部断层多为孔店期活动至东营期甚至馆陶期, 切割地层, 形成复杂构造断块;活动时期与生排烃期匹配, 有利于油气运移。南部断层中生代活动为主, 到孔店期逐渐变弱、消亡, 有利于形成构造圈闭该区存在一组纵贯全区的继承性发育的断层, 活动最晚至明化镇期, 由于该组断层与油源区相接, 可作为该区的油源断层。
(5) 断层、砂体、不整合面的时空匹配关系决定了该区油气藏类型和分布, 油气富集与大的构造背景密切相关, 油源断层沟通对油气输导起决定性作用;不整合类型不同, 油藏模式、主控因素也不同, 需要分类评价。
参考文献
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断裂带特征 篇5
巢湖北部耙子山-马家山区域断裂构造演化特征研究
巢湖北部的耙子山-马家山区域,由于不同时期不同性质的构造相互叠加,呈现出相对复杂的`地质构造现象.研究认为:该区主要经历了印支、燕山两期构造运动,多期次构造运动相互干扰、相互叠加,从而形成了复杂多变的断裂构造演化特征.
作 者：陈义林 连尔刚 田华 CHEN Yilin LIAN Ergang TIAN Hua 作者单位：中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏,徐州,221116 刊 名：四川地质学报 英文刊名：ACTA GEOLOGICA SICHUAN 年，卷(期)： 29(4) 分类号：P542 关键词：构造应力场 断裂构造 演化 耙子山-马家山断裂带特征 篇6
沂沭断裂带是1668年8.5级郯城地震、1888年渤海湾7.5级地震、1975年海城Ms7.3地震以及1969年渤海Ms7.4级地震的发震构造。该断裂带位于中国华北地区东部, 是鲁东、鲁西两大块体的缝合部分。沂沭断裂带不仅是中国东部重要的构造带, 更是一条强活动的地震带。本文通过运用GIS相关软件取得的投影图件, 与实地地质调查相结合对沂沭断裂的空间和时间地震活动规律进行了研究。
1 地质概况
沂沭断裂带是鲁西地块与胶东地块和苏鲁造山带的地质界线。该断裂带南起山东郯城, 北至渤海莱州湾, 总体延伸360 km左右, 整体呈N15°E向展布。郯庐断裂带在早中生代发生过大规模左行平移[1,2], 其平移构造保留在变质基底内, 呈现为左行走滑韧性剪切带。自第四纪以来沂沭断裂带进入了新构造活动期, 表现为一系列活动断层出现[3]。第四纪地层在该区一般较薄, 白垩纪所形成的地垒与地堑内多为基岩裸露, 活断层在地表出露较好[4]。
对沂沭断裂带的研究由来已久。但通过小震归纳投影的方法来总结沂沭断裂带的活动规律则仅有二十余年的历史。通过对沂沭断裂带临区的小震分布进行归纳, 发现MS>1.0的地震主要分布于沂沭断裂带的东侧两条断裂, 即昌邑-大店断裂 (F1) 和安丘-莒县断裂 (F2) , 占地震总数的近4/5[5]。说明了昌邑-大店断裂和安丘-莒县断裂的现代地震活动性远强于位于断裂带西侧的沂水-汤头断裂 (F3) 和鄌郚-葛沟断裂 (F4) 。许再良、李国和、李翔[6]对沂沭断裂带全段进行小震分布投影如图, 表明震中主要集中在东部地堑F1和F2两条断裂之间, 其中郯城到莒县段最为集中, 而中地垒和西地堑分布则很少。这些研究集中显示了沂沭断裂带东西地堑地震活动的不均一性。
2 沂沭断裂带的地震活动特征分析
2.1 地震点位在四条主干断裂上的分布特征
沂沭断裂带共分为四条主干断裂, 由东向西依次为昌邑-大店断裂 (F1) 、安丘-莒县断裂 (F2) 、沂水-汤头断裂 (F3) 和鄌郚-葛沟断裂 (F4) 。断裂带主要的构造走向为NNE, 平面上呈北部宽南部窄的长束状, 总的构造格局呈“两堑夹一垒”。投影点的分布表明沂沭断裂带上的现代地震活动在空间分布上有明显的东西分带特征。震中点位主要分布于分布在东地堑中的两条主干断裂 (F1和F2) 之间, 而这其中又以莒县到郯城段最为集中。与之相比, 地震点位很少落在西地堑和两地堑之间的地垒上, 断裂带内部东西两侧的震点分布具有非常明显的差异性。从历史上看, 1668年发生的郯城-莒县8.5级特大地震就发生在东地堑中, 相应的西地堑中都没有发生中强震。
因此, 沂沭断裂带内的四条主干断裂的地震活动性至少在从莒县北部到郯城范围内表现出明显的东西差异性分带特征。主要表现为位于东地堑中的F1、F2两条主干断裂第四纪以来不仅仅在地震活动强度上强于西地堑, 而且其期活动的时间也明显要比西地堑长的多[7]。
2.2 地震点位在东地堑中两条断裂上的分布特点
由于F1、F2的活动强度远大于西地堑中的F3、F4。因此就以东地堑为例分析地震点位在顺断裂带走向上的分布特征。以沂水-五莲一线为界, 将断裂带分为南北两段, 经测两段长度大致相等, 约为150 km[5]。对1970年1月至2014年4月该地区发生的里氏震级大于3级的地震点位进行投影显示落在南段的地震为12个, 落在北段的为6个, 显然有感地震沿沂沭断裂带带东侧两条断裂的南段密集成带状, 而北段则较为稀疏, 通过3级以下的小镇投影得到的结果也验证了这一点, 这表明沂沭断裂带南段的地震活动性要高于北段活动性要高于北段。
由于全新世以来F1、F2活动规模不大, 持续时间短, 单从地表形迹难以分辨断裂上活动剧烈与较为平静的区段。为了进一步明确沂沭断裂带东地堑全新世以来活动较为剧烈的南段的不同区段活动性的差异, 本文将沂沭断裂带东地堑南段分为5个区段, 分别为A段 (北北段) 、B段 (莒县北段) 、C段 (莒县南段) 、D段 (莒南大店段) 和E段 (临沂临沭段) , 见图1, 图1中各段除A段长45 km以外, 其余各段长度大致相等, 约为25~30 km。
注:本图中断裂数据来自山东省地质图;地震数据来自中国地震台网中心。北西向断裂由南向北依次为F1汶泗断层;F2蒙山断层;F3新泰一垛庄断层;F4泰山一铜冶店断层。地震分段由北向南依次为A、B、C、D、E五段分界点分别为五莲、莒县、夏庄、板泉镇
前人的经验表明, 同一条断裂地震发生频率越高, 证明其断层活动性越强。如表1所示, 在C段和E段微震的投影点最多, 其中C段为29个, E段为30个。由此可见东地堑中的微震活动性以C段和E段最强, 其他三段则相对较弱。但微震分布的结果与有感地震的分布并不一致, 由表1可知, A段和D段发生有感地震次数最多, 而微震分布最多的C段和E段则只有1~2个投影点。这显示出该区微震与可感震在空间分布位置上的不协调性。C段和E段作为微震的聚集区段, 其可感地震的发震次数相对较少。与之相反, D段由于少有微震发生, 连续积累的能量没有得到释放, 当地应力达到一定值时, 断裂所积累的能量的瞬间释放, 形成有感地震。沂沭断裂带在D段闭锁效应的形成显然与鲁西伸展构造发育的北西向断层束相关联。沂沭断裂带在该段内与北西向的汶泗断层相交叉 (如图1所示) , 交叉区域正是D段所处的位置, 图2所反映出的震点分布规律也从另一个方面证明了交叉处闭锁现象的存在。
次
注:本表所列3级以上地震为1970年1月至2014年4月在研究区内发生的Ms>3的地震事件;所列3级以下地震为2009年1月至2014年4月发生于研究区内的Ms<3的地震事件。
交叉断层上会交替地发生失稳事件。两条交叉的断层在活动中既相互促进, 又相互制约, 即一条断层既可能使另一条断层发生闭锁而积累应变, 又可能触发其错动。发生在正应力较大的断裂上的失稳事件影响范围常常更大[8]。新近纪以来, 华北克拉通基本处于相对稳定的状态, 至第四纪后断层几乎不再活动, 反映鲁西隆起基本处于稳定[9]。
与鲁西隆起中几条断层相比, 沂沭断裂带中的正应力值相对大得多, 其在南北各区段的分布相差很大, 南部的受力性质以压性为主[7]。虽然D段在1668年发生了8.5级大地震, 但由于震级越大, 周期越长, 且1970年以来, D段已经发生5次3级以上的有感地震, 在闭锁部位能量频繁得到释放的情况下, 短期内应不具备发生破坏性地震的能力。
3 结论
1) 沂沭断裂带现代地震活动显示出空间上的不均一性, 分段活动明显。总体表现为东地堑的活动强度大于西地堑及中地垒, 断裂带南段的地震活动强度大于北段。而南段本身的活动强度也不均一, 差异性明显。
2) 沂沭断裂带南段的地震活动受北西向断裂尤其是汶泗断层的影响很大, 两个断裂带交叉处形成闭锁, 这是断裂带在东地堑D段失稳的主要原因。
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汽车灯丝的断裂形式及特征分析 篇7
灯光装置在保障车辆的安全行驶中发挥着重要的作用,灯光装置的缺失或损坏不但降低运输效率,而且还常常引发交通事故,因此齐全有效的灯光装置不仅是自身行车的需要,而且还如同流动的交通信号灯,时刻维护着交通运输的安全。
灯光装置主要有前照灯和信号灯,前者用于照明,后者发出警示。前照灯按其发展的时间顺序有真空灯、普通充气白炽灯和卤钨灯。信号灯的功率小,常使用普通充气白炽灯,而前照灯的功率较大,多采用真空灯和卤钨灯,它们的工作原理相同,基本结构相似。
和汽车零件一样,车灯也存在着正常的损耗,而和多数汽车零件不一样的是,它的损坏或失效往往殃及池鱼,诱发对方车辆发生碰撞事故。如夜间行驶车辆的前照灯部分失效,会给对向车辆在横向上造成错觉,易发生对向碰撞;夜间车辆的后位灯功能失效,则易发生追尾事故;转弯车辆的转向灯失效,则易发生对向碰撞或同向碰撞;车辆减速过程中制动灯失效,则易发生尾随碰撞事故等。
在灯光失效的原因中,灯丝的断裂最为常见。或在正常使用时,或在肇事碰撞中,灯丝的断裂不但形式多,而且原因复杂。判断灯丝是肇事前断裂还是肇事后断裂,往往关系到事故的成因和驾车人的责任归属。因此探索汽车灯丝在正常使用时和肇事碰撞中的断裂形式和特征,有利于提高车辆技术鉴定工作在交通事故分析中的意义和作用。
2 灯丝正常使用时的断裂形式和特征
根据汽车灯泡的使用特点并结合肇事碰撞因素,将灯丝的断裂形式分为三类:一是与肇事碰撞无关也即在正常使用过程中的断裂形式;二是由于车辆肇事碰撞产生的震动冲击引发的断裂;第三是其它的断裂形式,如接近灯丝寿命期限或灯泡存在质量问题时的断裂。
2.1 灯泡的种类与灯丝的蒸发断裂
灯泡正常工作时,钨的蒸发是一个缓慢的过程,随着灯丝中钨的蒸发,灯泡泡壳慢慢变黑,灯丝的机械性能逐渐下降,从而变硬变脆,最终在自身的热胀冷缩过程中断裂。灯泡的种类不同,则灯泡内的气体成分、灯丝的温度以及灯丝蒸发所受的影响也有差异。
对于真空灯,钨在高温时的蒸发是相当可观的。表1是复旦大学电光源实验室研究得到的真空中0.1 mm直线钨丝的工作温度对蒸发率和灯丝寿命的影响关系。
从表1可以看出,当灯丝温度从2400 K提高到3000 K时,钨的蒸发率就将增加7600倍,而灯丝的寿命就会从1000 h下降到不足1 h。因此由于高温对真空灯寿命产生的不利影响,使得真空灯的工作温度和发光效率受到了一定的限制。
普通充气白炽灯充有一定比例的混合惰性气体,使钨丝的工作温度能够提高到2700 K至3000K,虽然灯泡内气体的热传导和热对流会造成“气体损失”,灯的光效也不如同样温度的真空灯,但是普通充气灯能够有效地抑制钨的蒸发,从而保证灯丝相对稳定地在较高的温度下工作。
新型的卤钨灯在含有86%的氩和14%的氮的混合惰性气体中加入碘或溴等卤素元素,当混合气体受热膨胀,产生较大的压力时,一方面可以抑制钨的蒸发;另一方面在温度小于1723 K的环境下,蒸发出来的气态钨和卤素反应生成易挥发的卤化钨。卤化钨扩散到灯丝附近的高温区发生分解,分解出来的钨重新沉积在灯丝上形成了卤钨循环,从而将灯丝中钨的损失降到最小,灯壳也很少出现发黑的现象,因此卤钨灯灯丝的工作温度可以更高,灯泡泡壳的尺寸可以更小,并且小到充气气体的稳定层以内,避免气体热对流造成的损失。所以卤钨灯既可以提高灯丝的温度,减小“气体损失”,又能够较好地控制钨的蒸发。
卤钨循环中被还原的钨并非均匀地回到原位,而是随机分布在灯丝上,因此灯丝的表面会变得粗糙,甚至会在灯丝的某些位置汇聚成小斑点。
2.2 灯丝支架冷端的腐蚀断裂
新型的卤钨灯,在卤钨循环中生成的卤化钨有一定的腐蚀作用。在支架或支架与灯丝相连的冷端,由于温度比灯丝低,不利于卤钨循环,反应会朝着生成卤化钨的方向进行,使支架或支架与灯丝接头逐渐受到腐蚀而断裂,断裂部位表面粗糙,有明显的结块和腐蚀斑点。
另外,以碘作为循环剂的卤钨灯,灯泡内的含氧量对碘钨循环的影响最大:W+O2+I2(冷)→WO2I2,WO2I2(热)→W+O2+I2,如果氧的含量太少,则卤钨再生循环就会很弱,灯泡壳容易发黑;如果氧的含量太多,则循环反应就会很激烈,灯泡壳虽然很清洁,但灯丝接头或支架冷端受到的腐蚀会更严重,发生断裂的可能性更大。
2.3 灯丝的“热点”断裂
汽车灯丝的“热点”断裂一般是由于灯丝某一部的化学成分不均匀,导致这部分的电阻比其它部分高,工作温度也高于平均温度,灯丝的这一高温部分就被称为“热点”。由于灯丝蒸发的速度随着温度的升高而加快,因此“热点”处的直径就会逐渐变小,而电阻值随之增大,这样“热点”处的温度就上升得更快,直至达到熔点,灯丝便发生断裂。
卤钨灯的充气压力大,温度高,虽然能较好地抑制钨的蒸发,但是由于整个钨丝的温度较高,因此“热点”处的温度也就更高,于是局部“热点”就会更快速地蒸发,结果灯丝反而要比真空灯或普通充气白炽灯的灯丝更易发生“热点”断裂,其临界损耗也要比真空灯或普通充气白炽灯小,这样一来卤钨灯的灯丝在较小的临界损耗值下就发生断裂。
灯丝的“热点”断裂一般发生在灯泡的使用初期,与灯丝的蒸发断裂相比,整个灯丝不变细、不收缩,泡壳和灯丝支架无明显的发黑现象。由于灯丝“热点”重复着“变细—升温—再变细”的循环,因此“热点”部分的断裂发生在蒸发变细的过程中,断口处一般不会有明显的灯丝熔化而凝成的“小圆珠”。
3 肇事时灯丝的断裂形式和特征分析
3.1 灯丝的扭曲变形或扭曲断裂
灯丝的扭曲变形或扭曲断裂是指车辆肇事碰撞时,处于工作状态的高温灯丝出现的拉伸、扭曲或膨胀等不规则的变形或断裂。
灯丝工作时的温度高达2000 K至3000 K,这一温度除了产生辐射和少量对流(真空灯除外)外,还经过支架或气体以传导的方式向外传递。由于灯丝和支架的材料和形状各异,它们的体或线膨胀系数也就不同,因此其温升和变形的程度就不一样,于是就会在灯丝和支架的内部产生热应力。由于灯丝两端受到支架的约束,灯丝便处于一种相对稳定的平衡状态,是一种受到支架的约束力、受到与支架相连接时螺纹灯丝的预紧力、受到不均匀温升时的热应力以及重力和行驶颠簸中的惯性力等共同合成的平衡状态。当车辆肇事,灯泡受到冲击,引起灯丝或支架发生一定程度的弹性或塑性变形时,灯丝的这一平衡就会在碰撞产生的惯性力作用下被打破,从而出现拉伸、膨胀或扭曲变形,甚至造成断裂。
3.2 灯丝匝间短路的蒸发断裂
灯丝的这种断裂形式外观上表现为灯泡泡壳发黑处软化凸起。
一般情况下,正常工作的灯泡,其泡壳的温度要远远低于玻璃的软化温度。以卤钨灯为例:灯丝的工作温度为2770 K,灯泡内的平均温度为400K,泡壳的温度则仅有350 K,不到玻璃软化点温度723 K(熔点为1273 K)的一半。但是如果车辆发生碰撞,灯泡受到震动冲击,引起高温灯丝或支架产生一定程度的弹性或塑性变形,当这一变形使密排的螺旋灯丝发生匝间短路时,灯丝的电阻就会大幅减小,温度骤然升高,灯丝就会大量而迅速地蒸发,直至断裂。由于灯丝的蒸发量大、时间短、温度高并集中附着在泡壳上,达到玻璃软化点的温度后,泡壳便发生软化并在泡内气体压力的作用下向外凸起,甚至破损,凸起处由于有大量附着的钨而明显发黑。
3.3 灯丝的高温氧化断裂
当车辆肇事碰撞,较强的震动冲击造成灯泡外壳密封失效时,灯泡内充入气体的成分和压力就会因密封不严渗入空气而发生改变。如果灯泡处于工作状态,则高温灯丝就会被渗入的空气氧化,从而在泡壳的内表面、支架或玻璃支撑冷端留下灯丝被氧化时生成的淡黄色粉末。灯丝被氧化的程度,取决于泡壳漏气量的大小,严重时整个灯丝氧化变细,支架和泡壳上布满灯丝被氧化时留下的淡黄色粉末。
3.4 灯丝的熔化断裂
灯丝熔化断裂的特征是在灯丝断裂的端部留下灯丝熔化形成的“小圆珠”。当车辆肇事碰撞,车身前部发生变形时,造成电压调节器的内部线路或线圈短路,输出电压升高,灯丝被熔化,从而在断裂灯丝的端部留下熔化而成的“小圆珠”。
3.5 灯丝的震动断裂
从车辆检测时收集的灯丝断裂的样品看,这种断裂的形式多发生于H1和H3型灯泡,这些灯泡的灯丝悬臂较长,顶端无支撑,悬臂的支撑端受到的弯矩最大,是典型的危险截面。当车辆肇事碰撞,灯泡受到较大的震动冲击时,H1或H3型灯泡的灯丝就会沿危险截面断裂,而灯泡的外观通常无破损。
4 灯丝其它形式的断裂
4.1 灯丝寿命期结束时的断裂
灯丝中的钨在高温下发生少量的蒸发就会造成灯丝的断裂,根据复旦大学电光源实验室进行的试验结果,灯丝中的钨蒸发掉1%,灯丝的寿命就会结束。从表1、表2看,不同类型、不同功率的灯泡,其寿命各不相同。新型的卤钨灯利用卤钨循环,寿命得到了提高,可达2000小时,是普通充气灯泡的2至3倍。而普通的充气灯泡,由于钨的蒸发现象仍然存在,寿命相对较短,约为1000小时。灯泡在使用中受到的影响因素较多,很难对其使用寿命进行定量分析,因此在灯丝接近使用寿命期的较长时间段内灯丝随时都有发生断裂的可能,如果车辆在这个时间段内肇事,那么灯丝断裂的原因就会相对复杂,分析时不仅要考虑肇事碰撞的影响,而且还要兼顾寿命期限的因素。
4.2 灯泡存在质量问题时灯丝的断裂
灯泡质量的好坏,直接影响着灯泡使用寿命的长短,外观粗糙、字迹模糊、焊点不牢、有明显气线、灯丝歪斜等存在一定质量问题的灯泡,不仅工作的稳定性不能得到保证,而且灯丝的断裂也存在较大的随机性,对于这类灯丝的断裂原因,就要从灯泡的结构、工作原理和使用条件等几方面来综合分析。
首先,汽车灯泡的功效是靠灯丝的高温来实现电光转化的,因此钨丝的质量是关键,钨丝中加入微量的氧化物如氧化硅、氧化铝以便于钨丝加工成螺旋丝状的灯丝,高温时有较高的坚韧性,防止高温工作时发生变形。
其次,对于普通充气灯和卤钨灯,灯泡内的惰性气体和卤素保证了高温状态的灯丝不被氧化并促进卤钨循环,是灯丝实现电光转化的外部条件。
第三,对于真空灯和普通充气灯,由于氧气、水汽会对灯丝造成损害,因此消气剂成了重要的材料,普通充气灯泡并不需要抽到高真空,而是通过消气剂来吸收灯泡内大量的氧气、水汽等杂质气体从而提高灯泡的真空度。
这三方面的因素是保证灯丝正常工作的前提,稍有质量问题,都会对灯丝产生不利的影响,不但会催生或加速灯丝的“热点”断裂、蒸发断裂和腐蚀断裂,而且还会造成灯丝的机械性能下降,发生震动断裂和氧化断裂。
5 结语
在众多的断裂形式中,灯丝断裂所经历的变化过程并不总是独立发生的,由于多种因素的共同作用,使得灯丝的蒸发、腐蚀、氧化、热应变等变化过程相互渗透,相互影响,不仅加快了灯丝断裂的速度,也使得这种混合因素造成的断裂变得异常复杂。因此对于灯丝断裂的样品,要具体问题具体分析,按图索骥难免以偏盖全,应根据灯丝断裂的特征和肇事现场收集的信息进行全面客观地分析,方能得出正确的结论。
摘要：文章结合汽车灯泡的特性,探讨灯丝在正常使用过程中和肇事碰撞时的断裂形式,并对灯丝的断裂特征和断裂原因进行分析,为交通管理部门进行相关的事故原因调查提供技术支持。
关键词：交通安全,汽车,灯光装置,灯泡灯丝,断裂
参考文献
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断裂带特征 篇8
溱潼凹陷是苏北盆地东台坳陷的1个次级构造单元,南以断阶带与泰州凸起相接,东以小海、梁垛凸起与海安凹陷相隔,北与博镇—吴堡低凸起相接,呈南断北超的箕状特征(见图1),凹陷面积约1 200 km2。溱潼凹陷的形成发展先后经历了仪征、吴堡、三垛等构造运动,发育了众多北东———近东西向正断层。溱潼凹陷为一南断北超的箕状断陷,自南向北可分为断阶带、深凹带、内斜坡带、坡垒带及外斜坡带。
2 断裂特征
研究区内断裂的发育展布主要有两组:一组为控制凹陷的沉积与构造发育演化的东部边界断裂带北西倾向断层,断裂整体呈北东走向弧形展布,局部呈“S”形,与凹陷的走向相一致;另一组为凹陷斜坡带断层,它们的平面延伸距离相对较短,断裂的走向为北东向-北东东向展布。从戴一段顶面(T24)断裂分布图可以看出,断裂呈北东向展布,舒缓型延伸的主断面与其相伴生的次一级羽状断裂构成的构造带,表现出平移扭动。
从断裂平面分布图上来看,三维探区斜坡上叶甸-边城-俞垛-帅垛为一横穿工区中部的北东东-东西向展布的扭动断裂构造带,其断裂较为发育,且呈现为朝着凹陷区散开的“帚”状,均为正断裂,为研究区整体上表现为东-东南断西北上超的半地堑构造格局,主体受东部边界断层的控制。控制凹陷的断裂为几条近似平行的犁式断层构成(见图2),呈北东走向,断面上陡下缓,但局部可表现为坡坪式断层。其成因是由于该凹陷长期活动,在凹陷的地层沉积及构造发育演化过程中,不同时期、不同地段受局部拉张应力场的不均衡性及基底岩石物理特征存在差异性,加上断层活动的规模、强度不同,使其断层在不同层段的剖面产状也不尽相同。受边界断裂活动的影响,斜坡上的正断裂均呈北东向,且与凹陷的走向以锐角相交。茅山-顾庄一带位于工区北部,其发育为北东-东西向展布的扭动断裂构造带,断裂带在平面上的展布与南部主控断裂相协调,属于同期同一应力构造环境下发育起来的构造带[1]。
从地震剖面上看,研究区内目的层断裂的活动时期主要有2个时期,即吴堡运动时期和三垛-东台运动时期。阜宁组断裂主要形成于吴堡运动,以反向正断裂为主,规模相对较小,一般不断穿T30地震反射层面,仅在阜宁组发育。而戴南组断裂则主要形成于三垛-东台运动,规模相对较大,主要为顺向正断裂,相当部分该期断裂向下断穿T30地震反射层面进入了阜宁组。由于阜四段为泥岩较为发育,属软弱层,而东部控制凹陷的边界断裂又持续活动,这就使得由戴南组断入阜宁组的断裂面呈现为椅状(见图3)。受三垛-东台运动的影响,斜坡断裂形成时期较晚,构造形态以负花状断裂样式为主(见图3),以几条相互平行的顺向正断裂为主干,与其相伴的小断裂一起构成在剖面上呈负花状,在平面上呈现为“帚”状断裂带。
研究区内华庄-边城一带为一继承性的鼻状隆起,其上断裂极为发育,在阜宁组其断裂具有一定程度的走滑,而在戴南组以上,则主要呈现为负花状构造(见图4)。
研究区整体具东南断西北超的半地堑构造特征,构造轴向为北东向,呈现为由东南向西北抬高的斜坡。受区域应力场控制,研究区内断裂极为发育,具断裂走向与构造等值线走向呈一定角度,形成众多的断块圈闭。断裂的发育程度不仅影响圈闭的发育程度,而且对油气的运移也产生严重的影响。根据断裂的发育特征及油藏关系,将其分为顺向断裂和反向断裂,其中反向断裂又分为深部反向断裂,浅部反向正断裂和主干反向断裂[2]。
3 断裂与油气成藏关系
溱潼凹陷的圈闭主要以断鼻、断块型圈闭为主,油气从生油凹陷向上倾方向运移而成藏。阜宁组四段主要为生油泥岩段,其烃源岩的质量相对阜宁组二段较差,但是阜宁组四段分布全部工区,也直接为戴南组一段的砂岩提供油气[3],油气从生油凹陷向上倾方向运移并聚集成藏,油气主要是以断层为油气运移通道,由低而高作层间转换提供油气。
4 结语
明确溱潼凹陷帅垛-余垛地区的断裂特征,研究该区的构造特征和断裂样式,落实圈闭的石油地质特征及其对油气富集成藏的控制作用研究具有重要意义。研究区断裂复杂,形成丰富的断块构造等油气富集区,油气圈闭发育,也预示油气富集成藏样式多样化。
参考文献
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断裂带特征 篇9
渭河断裂是一条纵贯渭河盆地中部的大断裂,国家地质总局第三石油普查勘探大队1977年主要依据区域重力、磁力和渭河盆地人工地震反射勘探等资料确定该断裂。之后,西北大学、长安大学、陕西省地震局、咸阳市地震局等单位对渭河断裂进行了不同程度的研究,取得了一定的进展。渭河断裂西起宝鸡,东至渭南,长达320 km,规模大,形成时代古老,据有关资料,渭河断裂是一条基底断裂,错断了第三纪以前的古老地层,第四纪地层错断不明显,有人将该断裂称为隐伏断裂,表明断裂在地表的迹象不明显。断裂总体近东西走向,以西安市草滩镇一带为界分为东西两段,西段(宝鸡—草滩)走向NWW—NEE,南倾,倾角65°～80°;东段(草滩—华阴),断裂走向NEE—EW,断面北倾,倾角70°左右,为高角度正断层,断裂形成于前震旦纪,第四纪以来仍有活动,属于活动断裂[1,2,3,4,5]。
渭河断裂从咸阳市区北部通过,陕西省地震局和咸阳市地震局在市区西郊的魏家泉和东郊的龚家湾附近进行了物探和槽探,研究结果表明断裂分布于渭河三级阶地与二级阶地的交界部位,西郊程家—大泉一带发现的地裂缝与渭河断裂位置一致[3]。咸阳市区渭河断裂研究较少,关于渭河断裂的具体位置,不同研究成果存在一定差异,有的将渭河断裂划在三级阶地前缘陡坎处,有些将其划在二级阶地后部毕塬路。吴家堡村附近渭河断裂的位置,不同资料之间的差异达30—80 m,这势必给城市规划造成一定困扰,影响规划决策,很有必要对其较准确的位置进行探查确定。尽管本研究涉及区域较小,但可为今后进一步研究渭河断裂咸阳段的总体特征积累工作经验和数据资料。
2 探查区概况与探查方法
咸阳市秦都区吴家堡村地处渭河断陷盆地中部,地貌单元属渭河左岸二级阶地后部与三级阶地前缘。探查区位于吴家堡村附近,范围西起西兰路,东到联盟三路北沿线,南从毕塬路南侧,北到三级阶地前缘陡坎上。场地地形不太平坦,勘探点位地面标高398.96—406.78 m,高差为7.82 m。
本研究基础资料源于吴家堡城中村改造渭河隐伏断裂探查项目,该项目实施过程中考虑到场区位于居民区,民房密集,道路车辆较多,对浅层地震勘探反射波信号的干扰比较大,探查工作采用现场钻探与浅层地震勘探方法相结合进行,现场钻探为主,地震勘探为辅。在与断裂垂直的方向布置浅层地震勘探剖面三条(其中第二条受建筑物阻挡分为两段测线),地震勘探工作共获得记录261炮,测线总长度529 m。
浅层地震勘探,数据采集采用国产SWS—2型瞬时浮点高分辨率综合数字地震仪采集记录,40 Hz速度型传感器拾取地震信号。震源采用24磅铁锤震击。仪器参数设置为,采样长度1 024 ms,采样率0.5 ms。勘探测量道距1.0—2.0 m,23个道间距, 24通道标准仪器接收,12次覆盖观测系统。
在地震勘探剖面线上共布置钻探孔18个,孔间距约10—40 m,控制孔深度约60 m,一般孔约12—20 m。钻探采用DPP—4型汽车钻,钻孔总进尺525.0 m,另外利用已有钻孔资料3个210.0 m。
3 浅层地震勘探成果
3.1 地震测线布置与数据处理
浅层地震勘探在场区从西向东选择与断裂方向垂直的3条南北向道路布设3条地震测线(DZ-Ⅰ测线,DZ-Ⅱ-1和DZ-Ⅱ-2测线,DZ-Ⅲ测线),各测线的位置如图1所示。其中DZ-Ⅰ测线道间距2 m,偏移距4-30 m,测线长164 m,共敲击58炮;DZ-Ⅱ-1测线道间距1 m,偏移距15-20 m,测线长155 m,共敲击119炮;DZ-Ⅱ-2测线道间距1 m,偏移距5-23 m,测线长66 m,共敲击39炮;DZ-Ⅲ测线道间距2 m,偏移距10 m,测线长144 m,共敲击45炮。
由于本次工作中环境干扰大,敲击能量相对偏弱,故均采用多次垂直迭加技术,叠加次数为2-5次。
本次数据处理流程如下:格式转换→能量均衡→道、炮编辑→频谱分析→自动增益控制(AGC)→带通滤波→定义观测系统→施加道头→FK二维滤波→FX信噪分离→能量均衡→选排→速度分析→动校正→水平迭加→带通滤波→修饰性处理。 其中,一维带通滤波参数为30/35-100/110 Hz,自动增益控制(AGC)时窗为90 ms,FK二维滤波参数取决于各条测线的具体情况。
3.2 地震勘探成果
吴家堡村渭河断裂浅层地震勘探数据处理获得的主要成果资料为水平迭加时间剖面图。剖面横坐标顶端标示了地面桩号和地震CDP道顺序号,剖面的纵坐标标示的是地震波双程反射时间,数值以毫秒(ms)为单位。剖面的形态基本反映了地下地层界面的空间分布形态。
上述三条测线CDP时间迭加剖面均显示同相轴有错断现象(如图2),从其错断形态推测该断裂为一条NEE向南倾的正断裂。需要说明的是,断裂异常是根据时间剖面同相轴错断形态推得的,可作为判断断裂的一个主要依据,但其在地表位置可能与实际位置存在一定的误差,还需要钻探加以验证。
4 钻探成果
4.1 地层分布特征
本次断裂探查布置南北向钻探剖面线3条,与地震测线基本重合,每条剖面线各6个钻孔。据钻探资料,该场地(二级阶地和三级阶地)所有钻孔揭露的地层结构均具有“二元结构”特征,其下部为河流冲积成因的砂与粉质黏土互层,上部为风积成因的黄土地层(包括黄土与古土壤)。地层层序总的特征也较相似,但断裂两侧地层仍有一定差异,且地层不连续。场地地层主要由第四系全新统及上更新统风积黄土、残积古土壤及中更新统风积黄土冲积黄土状粉质黏土和中砂及粉质黏土组成,顶部为人工填土层(地层层序、各层岩性特征和分布如表1)。
上述地层中,二级阶地④—1层中砂和④—2层粉质黏土与三级阶地④层黄土为同时期不同沉积相的产物。三级阶地在⑤层中砂堆积之后结束了河流堆积的历史,二级阶地仍接受河流沉积物直到③层古土壤发育中后期也结束了河流堆积的历史。
4.2 断裂位置的确定
渭河咸阳段的阶地类型属堆积阶地,地层结构均有冲积风积“二元结构”,三级阶地发育时期形成的河流冲积相地层时代较早,在两级阶地中均有分布,这些地层是研究断裂的较好标志层,渭河断裂在咸阳市区分布于二级阶地和三级阶地之间,断裂的上下垂直错动会在这些标志层中留下痕迹,造成断裂两侧地层的不连续,而地层的不连续处即为断裂经过的位置。
从上述地层分布特征及3条南北向剖面图可以看出,3条地质剖面上均发现⑤层中砂分布不连续,有上下错动现象。1—1剖面图中(图3)引用了咸阳市建筑设计研究院在场地附近已有3个深孔钻探资料,使得剖面长度大大增加,错动现象更加明显。从农行吴家堡3#住宅楼Z2孔到文林枫景小区Z1孔,再到本场地Z1—Z4孔,⑤层中砂厚度较大,分布范围广,该层顶面标高较稳定,约在397.0 m左右, 1—1剖面图中⑤层中砂在Z4钻孔中分布正常,Z5钻孔中其层顶分布位置变低,Z6钻孔中更低,层顶标高为366.15 m。从Z6钻孔到七厂十字Z2钻孔,本层顶面也比较稳定。显然,渭河断裂从Z4钻孔北侧通过,Z4钻孔穿过断面, Z4、Z6钻孔之间显示的断距约31.7 m。2—2、3—3剖面与1—1剖面特征相同。
5 断裂分布特征及其活动性
5.1 断裂平面和剖面分布特征
通过浅层地震勘探及工程地质钻探揭露,CDP时间迭加剖面显示的断裂位置与工程地质剖面图显示断裂位置基本一致。从平面分布(图1)来看:渭河断裂在吴家堡村附近分布从西兰路口到联盟三路之间,西从毕塬路中线,东到联盟三路北沿线距毕塬路中线约82 m处,呈N—EE向分布。需要说明的是,该断裂规模较大,断裂面并非是简单的一个面,平面上也并非是一条线,而是一个带,有一定宽度。
从剖面分布来看,浅层地震勘探CDP时间迭加剖面和工程地质剖面图均显示该断裂面南倾,倾角约50°～65°,断面两侧地层上下错动方向为:下盘(断裂北侧)相对上升,上盘(断裂南侧)相对下降,表明断裂为一张性正断层。从L2黄土堆积开始至今,该断面错动距离约30 m左右。
5.2 断裂活动性
已有研究资料证明渭河断裂是一条活动断裂,第四纪晚更新世以来仍在活动。据国家地震局第二形变监测中心跨渭河断裂的西安—礼泉水准测线1986～1996年10年间测量结果显示,活动速率达3.3 mm/a[6]。另外,位于咸阳之西的武功,1988年发生3.8级地震;西安东北1568年的6.7级地震均发生在渭河断裂带上,也表明渭河断裂是一条发震断裂。咸阳市秦都区马泉镇程家—大泉一带1996年出现的地裂缝也与断裂有一定关系。上述均说明渭河断裂有一定的活动性,属全新活动性断裂。
从断裂错断的地层时代和断距来分析其活动速率,⑤层中砂位于L2黄土之下,形成时代比L2黄土早,由黄土-古土壤系列地层年代学研究成果可知,L2黄土形成与距今180 000年前,由此可见,渭河断裂两侧⑤层中砂顶面近30 m的断距所经历的时间也大约为180 000年,计算断裂上下错动的平均速率约为0.17 mm/a,这一错动速率比形变监测速率小很多。当然,断裂活动有阶段性,有相对活跃期和相对稳定期,用断距推测的错断速率是变形的平均值,应该具有一定的准确性和代表性。
尽管上述推测的活动速率很小,但其活动经过积累必然会对建于其上的建筑物产生破坏,应引起规划和设计部门的重视,采取有效的避让和建筑结构措施,防止因断裂活动引起地面建筑物和有关设施的破坏。
6 结论及建议
通过对吴家堡附近渭河断裂的探查和研究得出以下几点认识和建议。
1) 浅层地震勘探CDP时间迭加剖面图和工程地质钻探均发现⑤层中砂及其以下的地层南北分布不连续,有错断现象。该错断现象为渭河断裂所为。
2)渭河断裂在平面分布上从吴家堡村南侧通过(具体位置见图1)。
3) 浅层地震勘探CDP时间迭加剖面图及工程地质剖面图均显示该断裂在剖面上的错动方向为南盘相对下降,北盘相对上升,为一断面向南倾斜的正断层,断面倾角约50°～65°,垂直方向断距约30 m。
4) 渭河断裂属全新活动断裂,吴家堡附近断裂两侧平均垂向错动速率约为0.17 mm/a。尽管平均垂向错动速率不大,但断裂活动有阶段性,城市建设中应予以高度重视,积极采取避让和建筑结构措施,以避免断裂加速活动对建筑物的破坏作用。
摘要：为了准确掌握渭河断裂在咸阳吴家堡附近的浅部特征,根据研究区自然条件和城市道路、居民点分布等实际,采用现场钻探为主,地震勘探为辅,二者相结合的方法,对渭河断裂在场区内的分布位置、形态特征、类型及活动性进行探查和分析评价。研究结果显示吴家堡附近渭河断裂面南倾,倾角约50°～65°,为一张性正断层。断面浅部垂向错动距离约30 m,推算错动的平均速率为0.17 mm/a。
关键词：渭河断裂,位置,浅部特征,活动性,咸阳
参考文献
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断裂带特征 篇10
而内燃机曲轴在实际生产和使用过程中, 往往还存在很多不足。这使得内燃机曲轴 (以下简称曲轴) 常常发生早期疲劳断裂。曲轴疲劳断裂是突发性断裂, 且常常导致连杆、飞轮等零件产生连带损伤, 甚至导致整台发动机报废, 给内燃机制造商和用户带来较大的损失[1,2]。
我们从内燃机曲轴疲劳断裂失效的特征分析入手, 概括分析了曲轴疲劳断裂失效的影响因素, 阐述了曲轴疲劳断裂失效分析的手段;以期对曲轴疲劳断裂性质的快速判断与断裂原因的准确定位提供参考, 对促进曲轴行业的发展有所裨益。
1 疲劳断裂特征
断裂特征分析是查找曲轴断裂起源位置、扩展路径、形貌和受力特征进而确定曲轴断裂性质的过程, 在曲轴疲劳断裂失效分析中具有重要作用[3]。疲劳断裂特征分析中最重要的是断裂位置和断口特征分析。
1.1 断裂位置
曲轴的疲劳断裂位置常常位于主轴颈或连杆颈与曲柄间的过渡圆角处, 裂纹由圆角表面起始, 沿与曲轴轴向呈45°夹角的方向向相邻轴颈一侧扩展, 典型形貌见图1。少数情况下位于轴颈油孔、靠近R角的轴颈表面、亚表面及曲柄, 疲劳裂纹起源于油孔的典型形貌见图2。
曲轴疲劳断裂常常发生在轴颈过渡圆角、断裂沿与曲轴轴向呈45°夹角方向, 这是由于轴颈过渡圆角位置是曲轴服役过程中受弯曲、扭转应力最大的地方, 过渡圆角相对平直轴颈表面具有较大应力集中, 还因加工困难而常常存在某些缺陷。曲轴服役过程中, 轴颈过渡圆角及连接相邻轴颈过渡圆角心部45°截面上的应力分布的典型特征见图3和图4[4]。
1.2 断口特征
断口形貌显示了材料的断裂过程和机制。通过对断口宏、微观形貌的分析, 可以深入认识材料的断裂机理, 推动断裂原因分析。断口形貌特征与材料的成分、结构、处理工艺、受力条件及服役环境密切相关。
曲轴疲劳断口特征与材质、断裂过程中的受力状态密切相关。曲轴主要采用锻钢或球墨铸铁两种材料[7]。该两种材料曲轴疲劳断口的共同特征是断口宏观一般都呈倾斜断面, 具有明显的疲劳断裂特征区:裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区, 并可见指示曲轴断裂路径的疲劳弧线。锻钢曲轴和铸铁曲轴不同特征是:锻钢曲轴疲劳断裂的3个特征区明显, 疲劳源区微观大多可见类解理特征, 裂纹扩展区的疲劳条带明显, 瞬断区微观常呈韧窝特征;铸铁曲轴疲劳断裂的3个特征区有时不太明显, 疲劳源区常呈条纹状及解理特征, 裂纹扩展区疲劳条带不明显并可见解理特征, 瞬断区主要为解理特征。
曲轴服役过程中, 主要受到循环弯曲载荷和循环扭转载荷作用。曲轴疲劳断裂往往由循环弯曲载荷和循环扭转载的综合作用引起。其中, 又有80%的曲轴疲劳断裂主要由循环弯曲载荷引起, 20%的曲轴疲劳断裂主要由循环扭转载荷引起[8]。由断口特征可判断引起曲轴疲劳断裂的主要载荷形式。曲轴主要在循环弯曲应力作用下的疲劳断裂, 断口疲劳弧线大致呈以源区为中心向外规则扩展特征, 断面较平直, 见图5。旋转弯曲疲劳载荷引起的曲轴疲劳断裂, 疲劳源区与瞬断区中心线有一夹角, 且由瞬断区中心线指向源区的周向为曲轴的旋转方向, 这与一般的轴类旋转弯曲疲劳断口的特征相同, 该类断口示意图见图6。曲轴疲劳断裂过程中, 当扭转应力占主导作用时, 疲劳裂纹断面可见扭曲或翘曲特征。曲轴疲劳断裂由旋转弯曲疲劳载荷引起, 断裂过程扭转载荷逐渐占据主导作用时形成的断口形貌见图7。
2 曲轴疲劳断裂的影响因素
引起曲轴疲劳断裂的因素较多, 涉及从材料、结构、加工、受力、服役环境等多个方面;概括来说主要可分为设计因素、制造因素、使用因素。其中, 制造因素在引起曲轴疲劳断裂的因素中所占的比例最大。
2.1 设计因素
曲轴的设计安全系数偏低, 轴颈过渡圆角偏小。工作转速设计不合理, 工作过程中曲轴达到临界转速, 相对于飞轮发生扭转变形而引起扭振。曲轴的轴颈、长度、重叠度及平衡块结构等不满足曲轴服役过程中的疲劳性能要求。
2.2 制造因素
引起曲轴疲劳断裂的制造因素可分冶金因素、热处理因素和机械加工因素。
冶金因素主要由曲轴容易发生疲劳断裂的部位存在疏松、较多的非金属夹杂物、偏析及材料化学成分不合格等因素造成。
热处理因素主要由热处理工艺控制不当, 导致曲轴在容易发生疲劳断裂的部位出现以下缺陷:淬火裂纹, 材质不均匀 (性能低) , 硬度不均匀, 疏松、组织偏析, 淬硬层深度过深或过浅, 渗氮层过浅, 坯料加热过程存在局部过热、过烧 (过热、过烧区域在后续磨削力、校直力作用下可能产生微裂纹或开裂) , 锻造过程中, 轴颈圆角处形成后续加工过程未完全清除的较深折叠层。
曲轴机械加工过程中, 轴颈过渡圆角加工尺寸比设计尺寸小, 滚压过程控制不当, 在过渡圆角表面形成白亮层见图8, 微裂纹或残余压应力偏小;轴颈感应淬火表面磨削过热导致的硬度降低或产生磨削裂纹及二次淬火见图9。轴颈圆角处在制造时, 表面留下明显的加工刀痕, 表面粗糙度过大, 呈现鱼鳞状;校直不当在轴颈过渡圆角形成残余拉应力甚至微裂纹[11]。轴颈油孔口边缘形状尺寸加工不当, 形状不规则, 边缘或内壁存在明显刀痕或沟槽, 这都使油孔部位的应力集中程度增大。
2.3 装配、使用和维护因素
曲轴轴颈轴承装配不当, 轴颈与轴瓦之间的间隙过大或过小, 飞轮松动, 润滑不良均会导致曲轴受力增大。维修引起断裂的原因有:磨削工艺不当, 使得轴颈表面产生较多磨削裂纹, 表面硬度层厚度过小, 轴颈圆度较差, 磨削或校直后的动平衡载荷未得到有效控制[12]。曲轴服役过程中, 润滑不良或轴颈表面粗糙度不达标, 导致烧瓦抱轴, 在易萌生疲劳裂纹的轴颈过渡圆角部位产生损伤, 如磨损沟痕[13]。
3 曲轴疲劳断裂失效分析的手段
断裂失效分析是从断口和裂纹的宏微观特征入手, 研究断裂过程和形貌特征与材料性能、显微组织、受力状态及环境条件之间的关系, 以揭示断裂失效的原因和规律[14,15]。完成曲轴断裂失效分析, 需要系统、有效地使用各种断口和材料检测方法、工具。常用的检测工具包括感官检查、体视显微镜、扫描电子显微镜、金相显微镜、硬度计, 化学成分分析仪, X射线衍射残余应力测试机、过渡圆角尺寸测量设备, 力学性能试验机及用于分析曲轴受力状态的力学分析软件等。
感官检查指从整体上对曲轴及与曲轴连接的整个系统中的零件如轴承、飞轮等痕迹和损伤特征进行分析, 甄别出需深入重点分析的部位。感官检查主要用于曲轴断裂的宏观特征分析, 如判断曲轴整体损伤情况, 辨别断裂位置、源区有无明显损伤、缺陷和腐蚀, 裂纹扩展方向, 裂纹扩展区有无疲劳弧线及条带等。
体视显微镜和扫描电子显微镜分析是对感官检查中甄选出的重点部位在更高倍数上进行特征形貌分析, 包括断裂源区位置和断裂方向的确认。源区性质判断和特征分析如下:点源还是线源、有无损伤或缺陷。裂纹扩展区大小, 有无疲劳条带, 瞬断区特征及面积等。扫描电子显微镜还可用于曲轴断口表面、夹杂或污染物的成分分析。
金相显微镜用于对曲轴的基体材料组织和淬火层、渗层组织和深度进行分析, 以判断组织有无缺陷、淬火层及渗层深度是否满足要求。
根据曲轴疲劳断裂特征及断裂时的运行情况, 运用外观检查、体视和扫描电子显微镜对曲轴整体断裂情况和断口特征进行分析, 常常可以较迅速地确定曲轴的断裂性质, 查出曲轴断裂的起源位置。但是, 由于曲轴疲劳断裂的影响因素较多, 服役过程中受力复杂, 且曲轴疲劳断裂往往还是多个因素综合作用的结果, 断裂源区在疲劳裂纹扩展过程中常常发生磨损即产生了二次损伤。曲轴疲劳断裂原因的确切定位比较困难, 需综合运用各种分析手段。
4 结论
疲劳断裂是曲轴失效的常见形式。曲轴疲劳断裂常发生在轴颈过渡圆角、断面与曲轴轴向大致呈45°夹角, 断口常可见疲劳断口的3个特征区:裂纹源区、裂纹扩展区和瞬断区。
曲轴疲劳断裂的影响因素较多, 涉及从材料、结构、加工、受力、服役环境等多个方面, 其中, 任何一个方面出现问题都可能导致曲轴疲劳断裂。根据曲轴疲劳断裂特征及断裂时的运行情况, 可迅速地确定曲轴的断裂性质, 查出曲轴断裂的起源位置。