地面预注浆技术在治理断层破碎带区域中的应用分析.docx

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地面预注浆技术在治理断层破碎带区域中的应用分析

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王晓冬袁刚

摘要：本文详细分析具体案例，介绍了断层破碎带的地质特征，分析了地面预注浆的基本原理和技术控制措施，并结合工程案例，探讨了地面预注浆技术在治理断层破碎带中的应用。

关键词：地面预注浆；施工；断层破碎带

引言

根据其构造岩的不同，断层破碎带呈现不同的特征，然而，断层破碎带在工程应用中多表现出性能差这一特点，而实际工程中，又不可避免的面对断层破碎带。为了满足工程的施工质量和使用要求，当遇到断层破碎带时需要采取措施对其进行处理。地面预注浆技术就是经常使用的措施之一。

1.断层破碎带的地质特征

断裂带具有断层核（faultcore）和破碎带（damagezone）典型的二元结构。断层核是指由滑动面（slipsurfaces）、构造透镜体（lens）和断层岩[断层泥（gouge）、断层角砾岩（breccia）、碎裂岩（cataclasite）和泥岩涂抹（claysmear）]组成的剪切带[1，4-8]。破碎带指断层核两侧的低序次构造（次级断层、裂缝、变形带和岩脉等）切割围岩形成的渗透率异常区。Kim等将破碎带分为围岩破碎带（walldamagezone）、连接破碎带（linkagedamagezone）和端部破碎带（tipdamagezone）。由于断层核、破碎带与母岩间的物性具有一定差异，使断裂在低-非孔隙性岩石和高孔隙性岩石中的表现形式明显不同，使其对储层物性具有相反的改造作用。致密岩层（孔隙度小于15%）中发育的断裂，断层岩为断层角砾岩和断层泥，破碎带发育大量裂缝，随着离断层核距离增加裂缝密度越来越小，当裂缝密度与区域裂缝密度一致时，标志着破碎带终止[3]，无内聚力的断层角砾岩比母岩渗透率提高1～5个数量级，破碎带比母岩渗透率提高1～7个数量级[15]；高孔隙性（孔隙度大于15%）岩石中的断裂，断层岩为碎裂岩系列，破碎带中发育变形带，即在局部压实、膨胀或剪切的作用下，由颗粒滑动、旋转以及破碎形成的带状微构造，破碎带内变形带的发育规律与低孔隙岩层中裂缝的发育规律相似，即随着离断层核距离增加变形带密度越来越小，当变形带密度与区域变形带密度一致时，标志着破碎带终止。变形带与裂缝相比，其为流体运移的遮挡物，而裂缝通常为流体运移通道。断裂的位移和断裂带厚度普遍表现为正相关，这种正相关性代表了一种生长趋势，一个小位移断层随着位移的增大将会逐渐变宽。Childs等研究表明，位移为100m的断层，伴生的破碎带宽度可以达到1000m以上，这意味着断层圈闭范围内发育大量微构造，对储层具有极强的改造作用。传统观点认为，储层受力变形均产生裂缝，可以提高物性。实际上高孔隙性储层中变形后发育的是变形带，降低储层物性。笔者以松辽盆地徐家围子断陷营城组致密火山岩和大庆长垣葡萄花油层高孔隙性储层为例，系统剖析断裂伴生微构造类型及其对储层反向改造作用。

断层破碎带根据其构造岩的不同而具备不同的地质特性，断层泥的隔水性强，厚度变化大，岩体结构面抗剪性能差，是抗滑稳定分析中的控制因素；角砾岩分为有胶结和未胶结，有胶结的一般较坚牢，但软弱泥化夹层工程性能较差，未胶结的岩块之间为泥质物填充，性质很差。

2.地面预注浆的基本原理和技术控制措施

地面预注浆是通过一定的加压设备将水泥浆液注入岩层，在岩层孔隙内形成强度高、渗透性低的水泥和岩层的结合体。浆液的整个注入过程可以分为四个阶段：（1）提高注浆压力，当注浆压力超过静水压力和流动阻力之后，浆液开始进入岩层中的孔隙；（2）浆液在岩层孔隙中流动，大裂隙开始缩小，小裂隙被填充，继续提高注浆压力，使浆液流动的更远；（3）由于注浆压力大，浆液将岩层中的泥质等不良填充体冲破，提高岩层填充体的性质；（4）浆液完成充填、压实、凝固等过程，形成全封闭裂隙。

在实际工程中，通过調节一些注浆参数来对预注浆技术进行几个技术控制。具体参数如下：（1）扩散半径：主要与岩层性质有关，当前主要参考压水实验的相关参数（2）注浆浆液：主要是指填充地层裂缝、孔隙的物质，并且是实现地层加固的关键。（3）注浆压力：实现浆液的扩散、充实是注浆压力的主要作用。注浆压力主要与净水压力、过流断面尺寸、浆液粘滞性、裂缝及孔隙的粗糙度等因素有关。（4）浆液注入量：为了保证工程的经济性，需要提前预估浆液的注入量，而浆液扩散半径和地层的裂隙率是两个主要的参考参数。一般用公式来预估浆液注入量。其中：Q是浆液注入量；A是注浆消耗系数，不同类型的浆液不同；R是扩散半径；H是注浆段长度，需要根据实际工程确定；n为裂隙率，一般根据实际工程确定；B是浆液填充系数；是浆液结实率。（5）注浆结束标准：注浆的结束标准一般可分为两个，一是最终吸浆量（即浆液注至最后的允许吸浆量），另一个是达到设计压