我国某地下油库预可行性研究地应力测量及其应用分析

本文运用水压致裂地应力测量方法,对我国某地下油库预可行性研究工程场区两个钻孔进行了地应力测量。测量结果表明:最大和最小水平主应力(S_H,S_h)都远大于对应深度处的垂向应力(S_v),三向主应力的关系为:S_H > S_h > S_v,应力大小在该深度范围属中等偏大级别;工程场区最大水平主应力方向近EW方向,与测点外围确定的区域最大水平主应力总体方向较为一致;建议未来地下硐库长轴按近EW分布,地应力状态、岩体结构构造、岩石强度等基本保证了其岩体稳定性。      

雪峰山深孔水压致裂地应力测量及其意义

利用最新研制的深孔水压致裂地应力测量设备在雪峰山2000 m科钻先导孔内开展了原地应力测量,在孔深170~2021 m范围内获得了16个测段的有效地应力测量数据,是国内首次利用水压致裂法获得的孔深超过2000 m深度的原地应力测量成果。测量结果表明,地应力随孔深增加而逐渐加大,对实测数据进行线性回归,得到最大和最小水平主应力随深度变化的关系分别为:S_H=0.03328H+5.25408,S_h=0.0203H+4.5662,在孔深2021 m深度,其实测值分别为66.31 MPa和43.33 MPa。基于实测数据,结合钻孔成像测试和井温测试结果,对测点应力状态进行了综合分析。在170~800 m深度范围,三向主应力关系为S_H > S_h > S_v,有利于逆断层活动;孔深1000~2021 m表现为S_H > S_v > S_h,表明该区域深部应力结构属于走滑型。最大水平主应力方向为北西-北西西方向。基于实测地应力数据及莫尔-库伦破裂准则,对测区附近断层活动性进行了分析讨论,认为该区域断层处于稳定状态。      

潞安矿区井下地应力测量及分布规律研究

在山西潞安矿区的13个煤矿采用小孔径水压致裂地应力测量装置,完成了60个测点的原岩应力测量工作。实测数据表明：潞安矿区55%的测点最大水平主应力大于垂直主应力,由于受埋藏深度与地质构造影响,矿区内各矿地应力值差别较大,但地应力大小总体上属于中等地应力值;潞安矿区最大水平主应力方向从南到北变化较大,构造应力场呈现出多变的形态。在实测数据的基础上,绘制了潞安矿区地应力分布图;分析了地应力随埋藏深度的变化规律、平均水平主应力与垂直主应力的比值与埋藏深度的关系。煤矿井下地应力测量为井田开拓、巷道布置与支护设计等工程实践提供了可靠的基础参数,提高了工程设计的科学性、合理性与可靠性。     

川西折多山某深埋隧道地应力测量及其应用研究

川西地区地质构造环境复杂,该区深埋隧道建设过程中经常面临岩爆风险,而地应力条件对深埋隧道的规划建设和岩爆风险预判具有重要意义。本研究利用水压致裂法在川西折多山某深埋隧道开展了原地应力测量及其工程效应分析。某钻孔196~650 m深度范围内的地应力测试结果显示,隧址区以水平构造应力为主导,测试深度范围内水平主应力随深度线性增加,且应力增加梯度高于中国大陆背景值。地应力结构整体以逆断型(S_H>S_h>S_v)为主,其中389.50~560.50 m深度范围属应力释放区,地应力结构以走滑型(S_H>S_v>S_h)为主。侧压系数及最大、最小水平主应力比值随深度分布基本符合中国大陆各参数变化特征。最大水平主应力方向为NWW向,与区域应力场分布及周边活动断裂反映的力学机制一致,主要受印度板块向欧亚板块持续俯冲和高原物质东南向扩散作用控制。测点现今地应力强度较高,临近断裂失稳状态,随着应力的不断积累,区内优势破裂方向或已有断裂的特殊构造部位可能发生失稳滑动。最后,基于地应力测量结果对深埋隧道围岩稳定性进行了预判分析,受隧址区高地应力影响,围岩发生中-强岩爆的可能性较大,需优化设计并重点防护。     

成兰铁路地应力测量与构造应力场分布规律研究

成兰铁路位于青藏高原东部边缘高山峡谷区,由于印度板块与欧亚板块碰撞,区域内构造变形强烈,构造应力场十分复杂。为研究成兰铁路工程区地应力分布规律及断层稳定性,在铁路沿线茂县、松潘县以及宕昌县境内4个深孔水压致裂地应力测量基础上,获得了不同位置区域地应力实测值的大小和方向,并建立工程区应力参数随深度分布规律。分析表明:工程区应力随深度变化呈现出较好的线性关系,在测试深度范围内,水平应力普遍高于垂直主应力,地应力值总体上属于中—高地应力级别,在750 m深度内,最大水平主应力达25 MPa,反映出工程区构造应力占主导地位,侧压系数随深度呈缓慢衰减趋势。成兰铁路在不同构造单元上最大水平主应力方向有所不同,在东昆仑断裂以北甘南块体内,最大水平主应力为北北东向,在东昆仑断裂以南川青块体内最大水平主应力为北西向。根据实测的地应力数据并结合库伦滑动摩擦准则,对工程区内的断层稳定性进行了分析。文中取得的认识对成兰铁路工程区的构造应力场、断裂活动性的研究以及隧道工程的建设具有重要的参考意义。     

青藏高原东北缘水压致裂地应力测量

在青藏高原东北缘首次采用水压致裂法进行了地应力测量,结果显示：在测量深度域内,青藏高原东北缘三个主应力之间的关系表现为σＨｍａｘ〉σＨｍｉｎ〉σｖ,水平主应力占主导地位,现今地壳应力场的主压应力方向为ＮＥ－ＮＥＥ,测量结果与地质事实较吻合。     

新疆西部地应力测量在隧道工程中的应用

随着西部地区建设的投资力度逐年加大,地应力测量与研究工作越来越显得重要.通过在新疆西部拟建精伊霍铁路北天山越岭隧道(最大埋深约1100m)工程区进行的水压致裂地应力测量,获得了北天山地区应力场的主应力值及其方向.本文根据地应力测量结果,对工程区应力场的应力状态进行了研究,分析了隧道围岩的稳定性和地质灾害发生的可能性.      

安徽金寨沙坪沟矿区地应力测量与现今应力场研究

安徽金寨沙坪沟钼矿位于秦岭—大别山成矿带东段,是近年来我国发现的世界级特大钼矿,其开采设计和地质安全评价备受重视。为了查明沙坪沟矿区现今应力场特征,指导矿区开采设计,在矿区3个700~1000 m深钻孔中开展了水压致裂法地应力测量工作,测量结果表明:(a)矿区最大、最小水平主应力随深度增加梯度系数分别为0.0226和0.0166,与区域地应力背景值基本一致;(b)矿区实测最大水平主应力优势方位为NE-NEE向,与区域构造应力场方向一致;(c)实测地应力数据揭示的应力结构与区域结果存在差异,分析认为,沙坪沟矿区所在的桐柏—大别构造带特殊的构造位置和构造活动机制可能是造成这种差异的主要原因。进一步,利用库伦滑动摩擦准则评价了实测地应力数据,探讨了其对矿区开采设计的意义,结果表明,矿区现今地应力强度不足以导致以断裂失稳活动或地震为表现形式的地应力状态调整事件的发生,从地应力角度讲,沙坪沟矿区目前总体处于稳定的构造应力环境。本文结果,对于沙坪沟矿区开采设计、地质安全评价及大别山造山带东段构造应力场研究有重要意义。     

郯庐断裂带山东段深孔地应力测量及其现今活动性分析

已有的地表调查和GPS位移测量、深部震源机制等研究结果表明,郯庐断裂山东段现今活动性表现为顺时针压扭性活动特征。为揭示郯庐（郯城－庐江）断裂带山东段地表和深部之间地壳浅表层日本大地震发生后的现今地应力状态和活动特征,在鲁东北部花岗岩地区开展了600 m的钻探工程与地应力测量工作。钻探岩芯编录初步揭示地壳浅表层岩体结构特征,随深度系统的地应力测量结果表明,现今水平主应力起主导作用,易于断层走滑作用发生,且现今最大水平主应力方向为近东西向,反映出郯庐断裂带山东段现今活动特征为压性兼右旋走滑,与地表和深部已有研究成果相吻合。研究成果为郯庐断裂带山东段现今活动性研究补充了新的资料。     

华东某公路隧洞地应力测量与岩爆可能性浅析

通过华东某公路隧洞3个深钻孔的水压致裂法地应力测量结果,分析并推导得到了隧洞轴线水平面上的应力和隧洞轴线横截面内最大切向应力的估算公式,并用于隧洞形状选择及隧洞开挖时岩爆可能性判断。认为测区应力以水平作用为主,在测试深度域内最大水平主应力的数值在4.69~14.07MPa,优势方向约N61°W,用应力估算公式和岩爆判据得出岩爆发生的临界埋深厚度约304m。     

藏东南某大型水电站工程区地应力状态及反演分析

某水电站作为西藏易贡藏布流域的控制性调节工程,对满足西藏电网的用电需求发挥重要作用。为查明该水电站现今地应力环境,掌握地下厂房、引水隧洞等关键位置地应力分布特征,保障其工程安全,文章综合考虑工程区构造地质背景、岩体条件等,通过布设钻孔开展水压致裂法地应力测量工作,获得4个测点（8个孔）的地应力数据;依据现有地质条件,建立有限元三维地质模型;通过测得的应力状态,获得加载条件,进行工程区应力场反演分析。结果表明：二维地应力测试结果显示最大水平主应力为4.17～16.93 MPa,三维地应力测试结果显示最大主应力为14.20～16.23 MPa,最大水平主应力方位为NE 38°～NE 47°,现今构造应力场以北东向为主导;电站地下厂房区域2995 m高程水平面最大主应力σ1应力值为11.70～12.12 MPa,中间主应力σ2应力值为9.81～10.74 MPa,最小主应力σ3应力值为5.22～6.85 MPa;引水隧洞沿线最大主应力值σ1为11.8～14.05 MPa,中间主应力值σ2为10.13～12.83 MPa,最小主应力值σ3为4.56～8.49 MPa;该水电站地下厂房轴线方向和引水隧洞轴线方向与实测最大主应力方向呈小角度相交,地应力场对工程洞室的稳定性有利。后期施工过程中应综合考虑实际地质情况,采用适宜的隧洞施工技术并加强施工监测,从而确保工程安全建设。     

上海地区浅部地应力测量及其构造地质意义分析

通过水压致裂法与超声波成像测井法相结合的方法,对上海地区浅部（180 m深度范围）原位地应力进行了测量。测量结果表明：最大水平主应力值在9.54~12.91 MPa之间,最小水平主应力值在5.41~6.96 MPa之间,最大水平主应力方向为北西42°-62°,优势方位为北西,地应力结构为SH > Sh > Sv,可以反映区域构造应力场特征。依据区域内断裂空间分布特征和现今实测地应力结果综合分析认为,北东向断裂易于发生压性或压扭性逆断活动,断裂相对稳定;而北西向断裂易于发生张性或张扭性正断活动,在现今相对较高的应力水平状态下仍值得关注。测量结果可能对于揭示区域构造界线（江山-绍兴断裂）的走向有一定启示。     

山东招远水旺庄金矿深部地应力特征及其岩爆倾向性分析

通过山东省招远市水旺庄金矿1881.08 m深孔水压致裂原地应力测量,获取了矿区深部地应力特征及其随深度的变化规律。结果表明：该矿区最大主应力随深度增加具有呈线性增大趋势,800.00 m以浅原位地应力状态以水平应力为主,随深度增加铅直主应力逐渐过渡为最大主应力;其中,最大水平主应力为11.22～45.69 MPa,最小水平主应力为7.28～36.17 MPa,铅直主应力为8.44～48.27 MPa,最大水平主应力方向为北西西向。根据该矿区应力量值及其最大水平主应力方向,分析了深部矿体地应力特征,水旺庄矿区深部地应力在招远−莱州地区属于一般偏低水平。结合钻孔岩芯岩石力学参数,基于工程岩体分级标准及岩石块体弹性应变能理论,对高围压环境下深部矿体开挖过程中,地下巷道发生岩爆的倾向性进行了分析讨论,水旺庄金矿总体属于无岩爆或弱岩爆的地层,但局部如1102.78 m、1379.40 m深度存在强烈岩爆倾向性,金矿矿体所处的1680.40~1684.90 m深度大体位于无岩爆区域。上述研究成果可为深部矿山建设与开采设计提供重要的科学依据。     

基于原位地应力测试及流变模型的深部泥页岩储层地应力状态研究

深部泥页岩储层地应力状态的准确确定是页岩气等非常规能源高效开发的关键。综合基于原位地应力测试获得水平最小主应力,建立基于流变模型的地应力剖面,应用成像测井技术确定水平最大主应力方向等,是准确确定泥页岩储层地应力的有效方法。将该研究思路应用于陕西汉中SZ1井,利用水压致裂原地应力测试方法获得储层水平最小主应力值范围为32~41 MPa;利用偶极声波测井数据获得岩石力学参数,结合地壳应变率和储层埋藏史,建立了SZ1井地应力剖面,结果表明牛蹄塘组1950~2025 m深度范围内水平主应力差介于10~15 MPa,水平最小主应力值范围为28~41 MPa,水平最大主应力值范围为47~49 MPa,预测得到的水平最小主应力值与实测结果具有较好的一致性。原地应力实测及流变模型预测结果揭示SZ1井地应力为正断型(Sv＞SH＞Sh)或正断型与走滑型相结合的应力状态(Sv≈SH＞Sh)。水平主应力差随伽玛值的升高而变小,表明地应力剖面与地层岩性具有较好的对应关系。基于成像测井揭示的钻孔诱导张裂隙分布特征,SZ1井水平最大主应力方向约为N74°W,与区域构造应力场方向基本一致。相关结论为准确认识SZ1井目标层地应力状态,以及后期水平井布设及压裂控制等提供了重要依据。     

鄂尔多斯地块西南缘宁夏固原地区原位地应力测量结果及其成因

鄂尔多斯地块西南缘新构造活动强烈、地震频发,具有复杂多样的构造变形模式和活动特征。为了解鄂尔多斯地块西南缘地壳浅部地应力分布规律及断层稳定性,利用宁夏固原地区的水压致裂地应力测量数据,结合其他实测及震源机制解资料,分析了鄂尔多斯地块西南缘构造应力场特征。结果表明：①研究区2个钻孔的主应力关系整体表现为SH > Sv > Sh,水平应力起主导作用,属于走滑型应力状态,钻孔附近最大水平主应力方位平均为N59°W,与震源机制解获得的青藏高原东北缘主压应力方位有差异,推断鄂尔多斯地块西南缘现今NWW向走滑剪切应力环境的形成可能主要受到海原断裂带和六盘山断裂带的影响,应为局部构造和区域构造应力场共同作用的结果。②利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6~1.0,对研究区的现今地应力状态分析后发现,鄂尔多斯地块西南缘海原断裂带和六盘山断裂带的地应力大小未达到地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,处于较稳定的应力状态。该研究成果为鄂尔多斯地块关键构造部位的断裂活动性分析和地质环境安全评价提供了参考依据。     

龙门山北端青川断层附近应力测量与断层稳定性

汶川8.0级地震后, 余震是否沿青川断裂向汉中方向发展, 是否还会发生强烈余震成为社会关注的问题。为了查明汶川8.0级地震后青川断层库仑应力的变化, 判明余震的发展趋势, 2008年6月2日~28日我们在青川断裂中段阳平关一带开展了断层附近原地应力测量研究, 在3个钻孔中分别用水压致裂法和解除法得到了断层上下盘构造应力的大小、方向和分布特征。根据实测的地应力资料, 断层附近最大水平主压应力方向为NE-NEE向, 与区域构造应力SN-NNE向主压应力方向有一些差异, 说明受断层活动影响, 断层附近的应力状态与区域应力场已经发生了改变。青川断层是一条逆冲兼右行走滑的活动断裂, 在汶川大地震中虽未见其活动, 但其阻隔了余震向北发展, 表明该断层是一条重要的边界断层, 既是区域构造分区的界线, 也是区域应力场的分区标志线。利用地应力实测资料研究了断层的活动性, 在测量深度域内水平和铅直应力的关系为σ_H>σ_h>σ_V, 该应力状态有利于逆断层活动, 与地质资料反映的以逆断层活动及近期在断层附近发生的地质异常现象一致。利用库仑摩擦滑动准则, 摩擦强度取0.6~1.0进行分析, 断层附近的现今地应力状态接近产生逆断层摩擦滑动的临界值, 其中断裂东段发生逆断层活动的可能性较小, 相比而言, 青川断裂带西段危险性更大。      

Piezomagnetic In-situ Stress Monitoring and its Application in the Longmenshan Fault Zone

The relative change of in-situ stress is an inevitable outcome of differential movement among the crust plates. Conversely, changes of in-situ stress can also lead to deformation and instability of crustal rock mass, trigger activity of faults, and induce earthquakes. Hence, monitoring real-time change of in-situ stress is of great significance. Piezomagnetic in-situ stress monitoring has good and longtime applications in large engineering constructions and geoscience study fields in China. In this paper, the new piezomagnetic in-situ stress monitoring system is introduced and it not only has overall improvements in measuring cell＇s structure and property, stressing and orienting way, but also enhances integration and intelligence of control and data transmission system, in general, which greatly promotes installing efficiency of measuring probe and quality of monitoring data. This paper also discusses the responses of new piezomagnetic system in large earthquake events of in-situ stress monitoring station at Qiaoqi of Baoxing and Wenxian of Gansu. The monitoring data reflect adjustments and changes of tectonic stress field at the southwestern segment of and the northern area near the Longmenshan fault zone, which shows that the new system has a good performance and application prospect in the geoscience field. Data of the Qiaoqi stress-monitoring station manifest that the Lushan Earthquake did not release stress of the southwestern segment of the Longmenshan fault zone adequately and there still probably exists seismic risk in this region in the future. Combined with absolute in-situ stress measurement, carrying out long-term in-situ stress monitoring in typical tectonic position of important regions is of great importance for researchers to assess and study regional crust stability.     

东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析

为获取东构造结关键构造部位地应力特征、分析其构造稳定性,采用水压致裂法开展了墨脱断裂带西让段1个地应力孔、11个测试段的原位地应力测量工作。结果表明：61.43~121.34 m测试段最大、最小水平主应力值（SH、Sh）分别为3.05～14.50 MPa和2.16～9.87 MPa,垂向主应力值（Sv）为1.63~3.31 MPa,即SH>Sh>Sv;测点处应力场以水平挤压作用为主,均处于逆断层应力状态,且其主应力值随深度增加而逐渐增大,测点的最大水平主应力优势方位为北东东向;在整个地应力测量深度范围内,侧压系数值（Kav）为1.39~4.38,最大水平应力系数值（KHv）均大于1,且比值随深度的增加而增大,该关键部位区域应力场以水平应力为主导,方向性较强,所有测试段水平应力系数值（KHh）为1.23~1.66,与林芝−通麦段地应力特征参数计算结果基本相似;测点位置98 m以浅地层水平构造应力作用程度较小,应力积累水平较低,保持断层稳定所需的摩擦系数值小于实际断层的临界摩擦系数值,构造环境相对稳定,超过98 m深度地层由于水平构造应力起主要作用,保持断层稳定所需的摩擦系数值接近于实际断层的临界摩擦系数值,存在小概率发生断层失稳滑动的风险;区域强震在墨脱断裂带断层面上造成的左旋走滑方向上及逆冲方向上的库仑应力变化值的叠加量均为负值,抑制了断层的滑动,未能增加墨脱关键区域断层活动的危险性。