新加坡地应力测量

2008年和2009年, 通过和新加坡宜康地质技术有限责任公司合作, 在新加坡18个浅钻孔中进行了水压致裂地应力测量. 通过测量获得了新加坡地壳浅部的现今应力状态, 为新加坡拟建地下管缆隧道设计施工提供了地应力依据, 也为世界应力环境数据库提供了参考. 测试结果表明, 在38.00~56.95 m深度域内最大水平主应力σh值为3.45~9.64 MPa, 最小水平主应力σh为2.49~6.28 MPa. 水平主应力和用上覆岩层重量计算的垂直应力σv之间的关系为σh>σh>σv,最大、最小水平主应力平均值分别是垂直应力平均值的5.13倍和3.23倍, 表明新加坡应力场以水平应力为主导. 初步分析认为, 新加坡陆域浅部构造应力场的量值大致呈南、北两端偏低, 中间高的态势, 在北端最大与最小水平主应力值都小于它们各自的平均值, 而南端则与平均值相当. 最大水平主应力优势方向为NE—NEE向, 该方向与前人在其邻区获得的构造应力场方向和由震源机制解反映的主压应力方向较为一致. 新加坡现今构造应力场状态与印度板块、澳大利亚板块、菲律宾板块与欧亚板块的汇聚作用有着密切的联系. 根据库仑摩擦滑动准则, 断层面摩擦系数取0.6~1.0, 分析了研究区内断层产生摩擦滑动的可能性.     

冀东地区深孔地应力测量及其意义

为获得矿山深部开采和设计所需要的地应力基础资料,中国地质科学院地质力学研究所于2012—2013年在冀东地区滦县—乐亭大断裂附近开展了3个钻孔水压致裂的应力测量工作,钻孔孔深为500—1 000 m.地应力测量结果初步揭示了研究区地壳浅表层现今地应力的分布规律.实测结果表明:现今研究区域应力场优势方向为NW70°;3个测点的最大剪切应力与平均应力的比值um范围为0.24—0.48,平均值分别为0.30,0.40和0.30,均未达到地壳应力摩擦极限状态(um=0.6)的水平,而唐山大地震后不久研究区浅层获得的um则较大,个别点大于0.6,平均值为0.44,表明唐山大地震后研究区应力积累程度较低,应力释放较为充分;依据断层摩擦准则及拜尔利定律可知,研究区发生较大地震活动的危险性较低.      

新加坡地应力测量

2008年和2009年, 通过和新加坡宜康地质技术有限责任公司合作, 在新加坡18个浅钻孔中进行了水压致裂地应力测量. 通过测量获得了新加坡地壳浅部的现今应力状态, 为新加坡拟建地下管缆隧道设计施工提供了地应力依据, 也为世界应力环境数据库提供了参考. 测试结果表明, 在38.00~56.95 m深度域内最大水平主应力σ_h值为3.45~9.64 MPa, 最小水平主应力σ_h为2.49~6.28 MPa. 水平主应力和用上覆岩层重量计算的垂直应力σv之间的关系为σ_h>σ_h>σv,最大、最小水平主应力平均值分别是垂直应力平均值的5.13倍和3.23倍, 表明新加坡应力场以水平应力为主导. 初步分析认为, 新加坡陆域浅部构造应力场的量值大致呈南、北两端偏低, 中间高的态势, 在北端最大与最小水平主应力值都小于它们各自的平均值, 而南端则与平均值相当. 最大水平主应力优势方向为NE—NEE向, 该方向与前人在其邻区获得的构造应力场方向和由震源机制解反映的主压应力方向较为一致. 新加坡现今构造应力场状态与印度板块、澳大利亚板块、菲律宾板块与欧亚板块的汇聚作用有着密切的联系. 根据库仑摩擦滑动准则, 断层面摩擦系数取0.6~1.0, 分析了研究区内断层产生摩擦滑动的可能性.     

水压致裂法地应力测量若干问题的探讨

在深层地应力测量中,水压致裂法是最有效的测量方法。本探讨了该方法的几个关键性问题,例如压裂特征参数的取值,三维地应力测量,压裂缝的方向,破裂准则和钻孔轴向秒是主应力的一个方向等问题。     

长白山天池火山西南麓水压致裂法地应力测量及其实测数据在断裂稳定性分析中的应用

长白山天池火山是一座新生代多成因复合火山, 其活动性一直受到地学界的高度重视.而地应力测量数据对于了解火山的活动情况等具有重要意义, 但目前长白山天池火山地区实测地应力资料较少.为了更准确地了解长白山天池火山地区现今地应力状态及断裂稳定性, 在长白山天池火山西南麓MJZ测点0~300 m孔深开展了水压致裂法地应力测量.利用此次实测地应力数据, 本文首先分析了该地区地壳浅表层应力状态, 结果表明: ①测区以水平构造应力为主导, 应力值与其他地区相比, 相对较低; ②S_H(最大水平主应力)、S_h(最小水平主应力)和S_v(垂向主应力)均随深度增加而基本呈线性增大趋势; 在60~180 m深度, 三者展现为逆断层应力状态, 即S_H＞S_h＞S_v; 在180~300 m, 则表现为S_H＞S_v＞S_h, 该应力关系有利于走滑断层活动; ③钻孔上部S_H方向为N38°E, 与东北地区构造应力场方向基本一致.钻孔下部由于受区内NW向断裂和其他因素影响, 存在与区域主应力方向有偏差的局部应力场.其次, 基于实测应力数据, 应用库仑摩擦滑动准则, 并取摩擦系数为0.6和1.0, 初步评价了区域断裂的稳定性.结果显示, 研究区现今应力状态尚未达到断裂失稳滑动水平, 推测测区断裂目前相对稳定.结合其较低的应力积累水平, 一定程度上反映出长白山天池火山区目前没有明显活动, 地壳总体是稳定的.本文的研究结果可为长白山天池火山的活动性、地震地质等研究提供地应力方面的基础数据, 同时也为测区地质环境安全评价提供参考依据.

     

在同一钻孔中水压致裂法地应力测量与套钻孔应力解除法测量成果的比较

本文叙述了在同一钻孔中水压致裂法地应力测量和套钻孔应力解除法进行对比测量，获得基本一致实测成果的两个实例。     

金沙江溪洛渡水电站水压致裂地应力测量分析研究

溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县接壤的金沙江峡谷中。电站设计采用的是双曲拱坝、两岸库内地下厂房的方案，最大坝高273m。电站以发电为主，兼用于拦沙、防洪、改善下游航运等。电站规模巨大，工程厂址的稳定性分析以及高坝、深埋厂房的设计     

乌鲁木齐市区断层附近原地应力测量研究

利用水压致裂原地应力测试技术,在乌鲁木齐市区碗窑沟断裂东段、雅玛里克断裂东段和西山断裂带中、东段开展了断层附近原地应力测量研究,得到了地表浅部构造应力的大小、方向和分布特征。钻孔HFZK3位于碗窑沟断裂东段的南侧,孔深62.13m;钻孔HFZK5位于雅玛里克断裂东段的南侧,孔深30.00m;钻孔HFZK9和HFZK12都位于西山断裂带的中、东段,孔深分别为34m和54.5m。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明显不同。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垂直应力的关系为σH>σh>σV,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为主基本一致。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达到或超过产生逆断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造活动以逆断层为主。研究区的3条断层不具备发生走滑断层活动的可能性,其中雅玛里克断裂东段、西山断裂带中段和东段具有发生逆断层活动的可能性,相比而言,西山断裂带中段危险性更大     

长白山地区现今地应力测量结果与应力状态分析

本文通过在长白山地区不同地点进行原地测量获得了现今地应力实测值的大小和方向.为了研究长白山地区现今地应力状态,结合长白山火山监测工程的需要,我们在长白山地区进行了现场地应力测量,首次取得了该区的地应力实测数据.测量方法采用水压致裂法,测点分别布置在安图县永庆乡东清村和松江镇冰湖屯村,抚松县仙人桥镇大青川村等三个不同的构造部位,测量深度为40~95 m.测量结果表明:本区现今最大水平主应力方向在天池北部以NW-NNW向为主,而在天池西部则为近EW向为主;最大水平主应力值一般为2.31~12.39 MPa,最小水平主应力值一般为1.39~7.02 MPa.与其他地区相比较,本区属中等偏高应力区.本文对研究区现今应力状态进行了初步分析,本区现今地应力状态主要受区域构造影响,同时受天池岩浆活动和地热田的影响,具有复杂性.     

青藏高原拉萨块体地应力测量及其意义

受印度板块向欧亚板块持续北东向挤压作用,青藏高原腹地拉萨块体内新构造活动强烈,其地应力特征一直是工程规划建设、地球动力学和地壳稳定性研究的重要内容.2014至2015年,沿雅鲁藏布江断裂带,分别在西藏林芝县(LZ)、朗县(LX)和乃东县(ND)开展了水压致裂原地应力测量工作.本文通过测试结果分析,获得了拉萨块体现今地壳浅表层的应力状态及分布特征.LX及ND测点应力强度均高于LZ测点,且应力结构均为逆断型,表现为S_HS_hS_v,水平应力作用占主导.LZ测点在测试深度内揭穿了断裂,且应力结构不够明确.三个测点的应力状态显示出拉萨块体现今地壳强度处于破裂临界状态,结合各测点所处构造环境,应力的持续累积可能会打破这种平衡导致断裂活动.主应力比值K_(Hv)=S_H/S_v,K_(av)=(S_H+S_h)/2S_v和K_f=(S_H—S_h)/2也显示出该区强烈的水平构造运动.三测点揭示的最大水平主应力方向集中于近SN(LX)-NNE(LZ及ND)向,与该区背景应力场特征相一致,且与地壳运动场相耦合,反映出该区应力状态主要受控于印度板块北向欧亚大陆持续挤压碰撞的构造背景,同时各测点之间应力状态的差异性也体现了区域构造作用的差异影响.     

Crustal Stress Measurement for Significant Project Construction and Its Application in Design

The hydrofracturing technique has developed into a reliable and practical method for determining the original three-dimensional crustal stress state of underground caverns,the load-bearing capacity of a high pressure cavern itself,and the high pressure hydraulic permeability of rock masses,and has also been extensively used in disposal of nuclear waste,long and deeply-buried traffic channels and high-pressure cavern engineering for hydraulic power plants.The practice shows that the comprehensive measurement of the physical parameters of the rock mass and taking full use of the wall rock load-bearing capacity to optimize the engineering design hold are very useful in ensuring the engineering safety and improving the design level.     

瓜什则盆地的地应力场分析与模拟

基于水压致裂法地应力测试的原理,系统性研究分析了瓜什则盆地区域内的地应力场特征,这为成宁铁路控制性工程甘青特长隧道的选线设计提供了重要的参考依据。首先,根据区域内钻孔的地应力测试结果,采用有限元方法进行了区域地应力场的三维数值模拟,确定了该区域内的水平应力大于垂直应力的基本特征;其次,根据多个水平构造应力场的水平切片,分析了水平构造应力场随深度的变化,说明了该区域内水平构造应力场具有由东北向西南挤压的应力变化特征;然后,根据区域岩体抗拉强度分布,发现该区域内存在一个低抗拉强度带,它的地层结构相对较复杂,且其工程地质特征主要表现为地层破碎带或断层;最后,采用最小二乘法拟合了CK方案隧道横截面最大切向应力与最大水平主应力的线性回归模型,并预测了该方案隧道地层的岩爆发育程度。     

兰州至玛曲地区地应力测量与现今构造应力场特征研究

兰州—玛曲地区是印度板块北东向推挤引起青藏块体强烈变形的前缘区,该区的现今构造应力场研究对研究大陆动力学问题具有重要意义.本文给出了兰州—玛曲地区不同地点的现今地应力实测值的大小和方向.测量方法采用压磁应力解除法,测点分别布置在阿姨山、大水、尕海、玛艾以及清水.为系统研究本区及邻近地区现今构造应力场特征,对已有应力实测数据进行了整理分析.研究结果表明,本区及邻区几十米浅表部应力与其他地区相比,属于中等大小量值;应力随深度增加而加大,但在不同构造单元,应力增加梯度有所不同;最大水平主应力方向总体上为北东向,不同构造单元上方向有所不同,鄂尔多斯地块最大水平主应力方向为近东西向,河西走廊带最大水平主应力方向在北北西—北东方向内变化,祁连山东南端最大水平主应力方向变化较大,西秦岭地块是现今地应力的一个过渡带,最大水平主应力方向由北侧的NE向逐渐转变为中部的EW向和南侧的SEE向.本文给出的结果与由GPS观测给出的该区域应变场分布具有一致性.     

北京地区地应力测量与主要断裂稳定性分析

2008年汶川地震后,为查明北京地区现今地应力状态、评价断裂稳定性,相继在北京地区开展了5个深孔（600~1000 m）的水压致裂法地应力测量,并在适宜深度安装了地应力相对变化监测探头,建立了地应力变化监测台站.本文首先利用实测地应力数据分析了北京地区地壳浅表层应力状态,结果表明：（1）北京地区千米深度内,最大、最小水平主应力随深度增加梯度系数分别为0.0328和0.0221,侧压系数Kav和KHv值,最大、最小水平主应力之比KHh值与国内外已有认识基本一致,而水平向剪应力相对强度参数μm值较低;（2）北京地区最大水平主应力优势方向为近EW向,与华北地区构造应力场方向基本一致,同时受区内断裂活动等影响,存在与区域主应力方向偏差的局部应力场;（3）实测数据揭示的应力结构显示,北京地区地壳浅表层最大主应力（σ1）总体为最大水平主应力（σH）,受区域构造演化以及测点附近断裂的影响,中间主应力（σ2）与最小主应力（σ3）所对应的实测地应力存在变化,但总体来讲,实测地应力数据揭示的应力结构与北京地区主要断裂性质基本相吻合.其次,基于实测应力数据,采用库仑摩擦滑动准则,结合拜尔定律,并取摩擦系数为0.2~1.0,初步评价了北京地区主要断裂稳定性,结果显示：（1）在摩擦系数取0.6~1.0条件下,北京地区现今应力状态尚未达到导致断裂失稳滑动水平,断裂不会出现失稳滑动现象;（2）摩擦系数弱化到0.4时,西峰寺钻孔应力状态满足断裂失稳滑动条件,揭示出八宝山断裂存在失稳滑动可能性,而夏垫-马坊断裂和黄庄-高丽营断裂附近测点应力状态将趋近满足断裂失稳滑动条件,表明这两条断裂有趋向失稳滑动可能性;（3）只有当摩擦系数弱化到0.2时,北京地区主要断裂才可能在现今应力状态出现断裂失稳滑动.本文的认识对北京地区乃至华北地区构造应力场、地震地质研究有重要参考意义.     

山西煤矿矿区井下地应力场分布特征研究

采用煤矿井下专用的小孔径水压致裂地应力测量装置,在山西省的晋城、潞安、汾西、华晋、阳泉、平朔、大同等矿区,完成了160个测点的地应力测量,测点地质条件涵盖了山西省煤矿大部分条件.基于实测数据,分析了地应力与测点埋深的关系,不同深度条件下煤矿矿区井下地应力状态;绘制出山西省煤矿矿区井下地应力分布图,并与震源机制解的分析结果进行了比较,得出山西省煤矿矿区井下地应力场分布特征与变化规律.煤矿井下水平应力总体上随着埋深增加而增大,但由于各矿区地质条件差异较大,导致地应力测试数据离散性也较大;埋深小于250 m的岩层应力状态主要为σH>σh>σV型,埋深处于250~500 m的岩层应力状态以σH>σV>σh型为主,埋深较大的矿区主要为σV>σH>σh型;最大水平主应力与垂直主应力的比值绝大部分集中在0.5~2.0之间,而且随着埋深增加,侧压比呈现减小的趋势,并向1附近集中;最大水平主应力与最小水平主应力的比值主要集中在1.5～2.0之间;平均水平主应力与垂直主应力的比值大多处于0.5～1.5,尤以0.5～1.0之间最多;山西省煤矿矿区从北到南,最大水平主应力方向发生了较大变化.北部最大水平主应力方向为NE,往南发生偏转到NNW;靠东部与西部偏向NW;靠东南部出现了多变的方向.井下实测数据与震源机制解相比在部分区域一致性较好,而在另一些区域存在明显的差异.特别是在受较大地质构造影响的区域,水平主应力方向往往发生明显的扭转和变化.     

乌鲁木齐市断层附近地应力特征与断层活动性

为了查明乌鲁木齐西山—碗窑沟断裂带地应力分布特征, 在研究区20 km×20 km的范围内布置12个基岩应力钻孔,采用水压致裂地应力测量技术进行了基岩原地应力测量;共布置了2条观测剖面,第一剖面是沿断层走向布置了7个钻孔,第二剖面在垂直断层走向布置了6个钻孔(与第一剖面共用1个钻孔).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明显不同.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垂直应力的关系为σH＞σh＞σv,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为主基本一致.利用库仑摩擦滑动准则,摩擦系数取0.6~1.0分析,断层附近的现今地应力状态达到或超过产生逆断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造应力有利于逆断层活动.     

汶川MS8.0级大震前后的水压致裂原地应力测量

在汶川M_S8.0级大震发生前一周,采用水压致裂技术在龙门山发震断裂带±400 m深度上测得的最大水平主应力值为21～22 MPa,与其附近下盘之差高达8～10 MPa.大震后的原地重复测量结果表明,发震断裂带上的最大、最小水平主应力值分别降低了29％和23％,而在下盘大震前后的地应力作用状况并无变化.测量结果分析表明,活动断裂带的地应力高值异常是圈定地震危险区的可靠依据,是强震孕育和发生的警示标志.