从水压致裂结果讨论华北地区构造应力场

本文分析讨论了华北地区的应力场,认为本区深部水平应力东高西低。平原区各测点的水平主应力值是深度的线性函数,鄂尔多斯隆起区的水平主应力值随深度的增加而增大。平原区500米深度以内至今仍表现为引张性质。 京津唐渤地区,深部最大水平主压应力方向为北东东向或近东西向。30米深度以内,应力方向比较分散,30米以下,随深度增加,主应力方向有旋转趋势。 应力改变触发地震的机制,主要是由于最小水平主应力的减小,或两个水平主应力同时减小     

唐山地区深部应力测量

在唐山东约20公里的东矿区黄坨苗圃356米深钻孔中,在300米以上深度成功地进行了11次水压致裂应力测量,取得了主应力大小及其方向随深度变化的资科。测量结果表明,现在唐山地区的应力水平很低,在接近300米的深度上最大水平主应力仅7.8兆帕,最大水平剪应力值也仅1兆帕。最大主应力方向在180米以上变化较大,180米以下的三次测量结果一致性很好,最大主应力方向为北81°西到北86°西,与华北地区应力测量的总体方向是一致的。文中还将水压致裂应力测量的结果与应力解除与用声发射凯塞效应法测得的结果作了对比。     

华北地区盆地内地壳应力随深度的变化

本文详细讨论了华北地区盆地内水平应力和垂直应力以及最大剪应力随深度的变化,找出了水平应力与垂直应力之比与深度的关系。鉴于2100米以下超孔压带的存在,对该带内测得的所有最大水平主应力值作了孔压修正。 区内最大水平主应力方向近东西,变化幅度随深度增加逐渐变小,从地表到4000米深处,基本存在S_H=σ_1、S_h=σ_3、S_v=σ_2的应力状态。因此,我们推测区域内现今构造活动模式浅部为平移断层,深部为平移正断层。     

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.     

水压致裂过程中的裂缝扩展——用封闭压力确定最小水平主应力

水压致裂应力测量的理论是建立在裂缝扩展方向仅受应力条件的控制,不管介质如何不均匀,最终裂缝扩展方向都沿着最大水平主应力方向,裂缝面垂直于最小水平主应力的基础上。在水压致裂模拟实验中,我们观察和分析了这一方面的问题,认为,水压致裂裂缝扩展方向基本满足上述要求,以封闭压力确定最小水平主应力,进而得到最大的水平主应力是可行的。     

长江带现代地震构造应力场分布特征

根据长江带76个地震震源机制解与17个小震综合断层面解的结果统计分析,得到该带地震应力场主应力方向的优势分布。表明该带处于北东东—南东东向挤压和北北西—近南北向引张的构造应力作用之中。在力的性质上,该带水平张应力高于水平压应力,斜向压应力又高于斜向张应力,与华北地区比较,主应力方向相对向东南方向偏转,该带水平力和斜力所占比例均高于华北地区,同时讨论了该带中三个分区的现代构造应力场分布及它们的力源关系。     

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K_av和K_Hv值,最大、最小水平主应力之比K_Hh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μ_m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（σ_H）,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.     

中国大陆东部现今构造应力状态

本文依据原地应力测量(套芯解除法90余个,水压致裂法6个),结合油田测井、震源机制解和断层现今活动资料等,综合研究了该地区的现今构造应力场特征,认为: 1.中国大陆东部地区现今构造应力状态似乎具有分区性.华北地区最大主应力方向为近东西向,太行山以西地区转为北北东向,华南地区为北西向.一个地区的主压应力方向在地下几十米至4000米大体是一致的. 2.华北地区地表以下几十米内的最大水平主压应力值一般在2——6MPa,而华南地区似乎比华北地区略高,两区的最大和最小水平主压应力平均差值也不相同。 3.现代活动的郯庐断裂带上,其剪切应力值远低于断裂带以外地区,离断裂带一定距离后,趋于区域正常值. 4.大震的发生,明显地影响极震区的应力场,但在一定时间内能恢复到原有的区域应力状态.      

云南地区震源机制及应力场特征

利用云南和四川区域台网记录的地震波形资料,采用CAP方法计算得到了云南地区1999年1月至2014年8月268次M_L≥4.0地震的震源机制解,结合收集的哈佛大学1976年以来109次地震的震源机制解,分析了云南地区震源机制解分类及其区域特征。基于上述震源机制解资料,采用区域应力张量阻尼反演方法计算了云南地区每个网格的最佳拟合构造应力张量,并利用最大主应力计算方法计算得到了云南地区最大水平主应力的方向。结果表明:1)研究区地震震源类型以走滑型为主,其次为正断型,逆断型相对较少,震源机制空间分布特征明显,反映了研究区不同区域受力源及其作用方式的差异性;2)云南地区应力场方向呈现一定的空间连续性,最大水平主压应力方向由北向南呈顺时针旋转,由西向东呈逆时针旋转,同时应力场方向表现出空间的不均匀性,EW和SN方向分别存在2个应力转换区。应力场反演结果显示,云南地区应力场较为复杂,主应力方向变化很大,不同区域存在明显差异。     

西藏羊八井-康马地区现今地应力测量结果与应力状态分析

本文给出了西藏羊八井-康马地区不同地点的现今地应力实测值的大小和方向. 为了解青藏高原现今地应力状态，结合青藏铁路工程的需要，我们在羊八井-康马地区进行了现场地应力测量. 测量方法采用压磁应力解除法，测点分别布置在羊八井、拉萨、曲水和康马等四个不同的构造部位，测量深度为11～18m. 测量结果表明，本区最大水平主应力方向以NW-NNW为主，最大水平主应力值一般为33～104MPa，但在板块缝合带上的曲水测点最大水平主应力值为23MPa. 与其他地区相比较，本区属中高应力区. 而在曲水应力值属中等偏小，可能反映了板块缝合带现今处于应力释放状态，板块缝合带附近应力具有复杂性.     

下关地区水压致裂应力测量及构造应力状态的研究(英文)

本文报导了下关附近500米深钻孔中的水压致裂应力测量结果。通过原地应力测量发现应力值随深度增加而增大;最大水平主应力方向随深度变化不大,平均方向为北20°东,与红河断裂带呈45°交角。最大主应力及最大剪应力随深度变化的梯度比华北和美国圣安德列斯断层附近的测值大得多。从测得的最大主应力值和最大剪应力值来看,下关地区处于高应力状态,发生地震的危险性是值得引起注意的。     

1976年唐山地震前后华北地区现代构造应力场的时空变化特征

通过对华北地区1963～1998年间126个地震(Ms≥4.7)震源机制解的逐一筛选,运用逐次收敛法对中国华北地区现代构造应力场进行了反演分析,发现该地区现代构造应力场的方向在时间和空间上存在着较为明显的演变特征①中等主应力σ2基本上是近垂直的,最大主应力σ1和最小主应力σ3都接近水平,σ1、σ3的方位在时间和空间上则存在着一定的变化;②1976年唐山地震以前,该地区现代构造应力场的方向基本一致,最大主应力σ1的方位角为68°(北东东向);③1976年唐山地震以后,华北地区现代构造应力场的方向发生了一定的变化,华北北部地区和郯庐断裂带以东地区现代构造应力场的方向没有明显改变,最大主应力σ1的方向仍为北东东向,方位角保持68°不变,而华北中南部地区最大主应力σ1的方位则发生了顺时针的转动,方位角变为87°(近东西向).     

华北地区地应力测量

本文首先叙述了地应力测量的原理和方法,包括应力计的结构、应力解除技术、室内模拟试验和观测可靠性的检验等。 在华北地区采用应力解除方法进行了地应力绝对值的测量。虽然测量大都是在地表以下30米内的浅部进行的,各测点最大主应力的方向也不完全一致,但从整个大区域来看,华北地区地应力场的主导方向为北西西到近东西方向的压应力。 大震后在震中区测得的应力值比离震中较远处测得的应力值要低。这可能反映了地震过程中的应力释放和震后应力的调整。     

用构造应力张量的全部或部分知识计算水平应力方位

地震蕴含了丰富的和低成本的构造应力测量信息,提供了一种提取应力参数的可靠手段。一些算法为了提取应力参数这个目的而得到了发展,其中每一种算法都提供了3个主应力的方向和其中一个主应力的量值。展现构造应力方位的方便方法是绘制最大水平压应力方位图,这经常用近于水平的主应力中量值较大的一个主应力的方位近似。这种近似引入了可避免的误差,误差大小不仅与主应力轴的倾角有关,还与应力分量大小有关。这里,我们概述了一种计算真正的最大水平压应力(SH)方位的方法,并且说明这种计算只用从常见的震源机制应力估计中获取的4个应力参数即可完成。用理论的例子和从冰岛北部的格里姆塞线性构造带的震源机制解数据中得到的新的应力反演结果,展示了SH的轴与其常用近似值可相差几十度。为了更准确地比较构造应力估计和其他地球物理参数——比如地震快波的方向、用大地测量方法测出的应变率张量,或者为了与应力时空变化的调查做比较,我们建议用本文的新方法估计应力参数,计算有效的最大水平压应力轴。     

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.     

用油田井斜资料分析构造应力场及地质构造(英文)

本文介绍了用井斜资料分析构造应力场,获得水平主应力方向及地质构造的方法。该方法经济、精确,很易广泛使用。 作者用这种方法,分析了东北区松辽平原应力场,其最大主压应力方向为近东西向。历史上,大庆油田油层上部(1200米以上)受引张应力作用,以倾向滑动为主。扶余油田油层上部(400米以上)以走向滑动为主。此结果与由其它方法得出的结果大体一致。 近代和古代相比,水平主应力方向仅有很小的差异,应力场方向基本上是稳定的。     

芦山地震序列震源机制及其构造应力场空间变化

利用近震波形拟合方法获得2013年芦山Ms7.0地震序列共37个余震的震源机制解及其深度(3.4≤Mw≤5.1).大部分地震震源机制以逆冲为主,有个别走滑型地震.震源深度主要分布在10~20 km范围.在稳定可靠的震源机制解基础上,用阻尼线性逆推法,划分不同间距网格,分别计算研究区平均构造应力场.结果表明,芦山及其周边地区的应力状态以挤压为主,应力性质主要为逆冲型,但局部地区出现走滑应力性质,最大主应力方向主体呈NW-SE,不同深度的构造应力性质和方向在局部地区存在一定差异.对比分析汶川地震震源区一带的构造应力场,龙门山断裂带西南段,除北西向小鱼洞破裂带外(最大主压应力和最小主压应力近水平,应力性质以走滑为主),其应力状态基本一致,以挤压为主,应力性质主要是逆冲型,有少量走滑型,最大主应力方向与龙门山构造带近垂直.     

青藏高原腹地现今地应力测量与应力状态研究

青藏高原腹地现今构造活动强烈，为了解强烈构造活动下的应力背景，我们在五道梁、风火山、雁石坪和安多不同构造部位的四个测点采用压磁应力解除法进行了现场应力实测工作，测量深度12～20m.测量结果表明, 最大主应力方向总体为北东向，与地质、地震以及大地测量等方面的研究成果基本吻合；最大主应力量值为36～68MPa（安多测点除外），与其他地区测量结果相比，属于中等偏高；安多测点最大主应力方向为北西西向，最大主应力量值为81MPa，与其他测点有较大差别，反映了板块缝合带附近现今应力状态的复杂性.     

深部垂直钻孔中原地应力测量的混合方法

本文提出一种测量深部垂直钻孔中3个原地主应力的混合方法.最小水平主应力大小及其方向采用水压致裂方法测量,垂直应力利用上覆岩体自重来计算.最大水平主应力的确定则采用其他野外和实验室方法来实现.利用诸如钻孔电视成像仪或地层微成像技术等地球物理测井技术可记录到钻孔崩落的定向图像,从而可得到崩落范围随深度的变化.钻孔岩样的三轴...     

利用钻孔崩落研究中原油田的构造应力场

利用计算机程序分析处理了中原油田36口井的斯仑贝谢地层倾角测井仪所测的双井径及相应的测臂方位曲线, 根据孔壁优势崩落方向推断出中原油田所在的东淄凹陷内构造应力场的主应力方向。研究发现, 最大水平主压应力方向在凹陷北部为N(796)W,而在南部为N(798)E,二者相差22左右。利用线弹性平面应力有限单元模型模拟本地区应力场的结果说明, 凹陷区较软的介质和北窄南宽的几何形状可能是引起凹陷北部最大水平主压应力方向相对于周围构造主应力方向产生一顺时针角度偏转的原因。根据某井孔出现明显径向不对称孔壁崩落的起始深度估计了最大和最小水平主压应力大小的取值范围, 展示了反映应力状态随地点和深度而变化的证据。