离散元数值模拟作为构造变形研究的新方法,可以定量的观测分析模型内应力、应变的演化过程,有助于揭示褶皱冲断带的变形特征与变形机制,分析应力应变分布对油气储层物性的影响,具有重要的理论意义及实用价值。本文在文献调研的基础上,结合野外地质调查、地震剖面解析和构造物理模拟试验,基于离散元数值模拟技术,对褶皱冲断带构造变形特征及其变形演化机制和控制因素进行综合分析,取得了如下成果:1)采用结构体数组构建离散元的基本数据结构,改进基于网格法的邻居搜索算法,加快邻居搜索与接触判断的速度,重组邻居搜索与接触判断和接触力的更新模块,实现了无锁、高效的并行计算。嵌入线弹性和Hertz-Mindlin接触力学模型,开发适用于构造模拟的易扩展、高性能的离散元程序VBOX,并给出了离散元程序测试流程。2)提出等效参数与等效模型的概念,通过休止角试验和双轴试验标定反映石英砂宏观力学特性的颗粒的细观参数,构建一个典型的物理模拟和离散元数值模拟试验,提出基于网格的挤压楔体定量方法,定量(如坡角、断层倾角等)对比了两种方法在构造变形研究中的差异与相似点。3)通过系统的离散元数值模拟试验给出颗粒细观参数与岩石宏观参数的对应表,研究岩层粘聚力和内摩擦角、滑脱层强度和厚度对褶皱冲断构造形成与演化的控制作用,定量分析了褶皱冲断构造变形特征与变形机制,为复杂褶皱冲断构造地质理论的完善提供了定量依据。岩层粘聚力较低时,内部应变分散,裂隙分布较为分散;岩层粘聚力较强时,应变集中,断层断距较大,单个断层位移量大,楔体内部可能出现明显的反冲断层。也就是说,粘聚力弱的岩层,应力集中不明显,挤压楔体内部裂隙发育松散、均匀,具有连通孔隙,利于油气在其中储存和渗滤。而粘聚力强的岩层中裂隙发育集中,成带状,可以作为优势的油气运移通道。滑脱层的强度对褶皱冲断带构造形态影响很大,高摩擦滑脱层模型中,主要构造形态为前展式逆冲叠瓦构造;在低摩擦滑脱模型中,正向和反向逆冲断层间隔出现,形成冲起构造;褶皱冲断带盖层岩石强度对褶皱冲断构造影响较小,整体构造演化主要受基底滑脱层强度影响。并且,滑脱层厚度对构造变形样式影响较弱。4)以库车坳陷新生代褶皱冲断带为切入点,标定了岩盐宏观参数所对应的颗粒的细观参数。通过数值模拟证实了同构造沉积对变形的分布具有重要的控制作用,认为秋里塔格盐丘形成演化的主要控制因素之一是同构造沉积作用。盐岩使得库车坳陷西段构造具“垂向分层”特点,盐下构造以紧密排布的逆冲断层为主,盐上构造以宽缓褶皱为主。同时,通过数值模拟了揭示初始盐盆宽度可能是影响库车坳陷西段构造沿走向差异演化的主要控制因素。初始盐盆宽度和盐层厚度差异使得库车坳陷构造变形具“横向分段”特征。盐岩使得地层中应力有明显的分层性,分成盐上、盐层和盐下三层,盐层中应力最小,盐下应力最大。盐岩流动具有一定的指向性,同构造沉积使得盐岩表现明显的顺层流动特点,总体流动趋势与挤压方向相同。