中中新世以来阿尔金断裂走滑未造成柴达木盆地整体旋转

通过柴达木盆地南八仙剖面磁性地层学研究,建立了部分上油砂山组磁极性序列,认为该剖面时代为7.5~9.0 Ma。从320块样品的古地磁数据分析,揭示了一组高温特征剩磁分量,在95%置信度下通过倒转检验(B级),说明这组高温分量很可能代表岩石形成时的原生剩磁,其特征剩磁方向为:地理坐标下为D_g=358.5°, I_g=40.5°, k=28.5,α₉₅=4.2,层面坐标下为D_s=1.0°, I_s=41.5°, k=34.0,α₉₅=3.8;相应的极位置为λ_p=75.9°N, φ_p=270.5°E, d_p=2.8°, d_m=4.6°。通过与同时代柴达木盆地及邻区的古地磁极对比,说明中中新世以来柴达木地块整体上没有经历明显旋转运动,阿尔金断裂活动致使肃北等毗邻断裂带地区发生了构造旋转。     

鄂尔多斯盆地东部晚侏罗世-早白垩世应力场

鄂尔多斯盆地是近年研究的热点区域.以鄂尔多斯盆地东部上古生界在燕山运动主幕期间 (晚侏罗世-早白垩世) 的应力场量化研究为目标,以期为应力场数值模拟及储层裂缝预测提供边界条件.通过盆地边界同构造期构造形迹应力反演和地层剥蚀量恢复结果探讨了晚侏罗世-早白垩世三轴应力状态及水平最大主应力方向;基于泥岩压实曲线及Newberry力学模型计算了附加构造应力及垂直地应力,进而获得了研究区上古生界在晚侏罗世-早白垩世的三轴主应力大小及差应力值.研究结果显示,研究区在燕山运动主幕期间最大主应力近水平,方向为SEE98°,中间主应力近竖直,最小主应力为NWW方向;上古生界储层 (平均恢复埋深为4 600 m) 在燕山运动主幕的三轴主应力大小分别为93.2~101.3 MPa、65.8~67.2 MPa、53.1~53.6 MPa,差应力为40.1~48.0 MPa.研究结果为区域构造应力场数值模拟、储层裂缝预测及裂缝型油气藏有利区优选等油气勘探工作提供了必要的基础.      

深埋隧道精细地应力场反演研究——以滇西南双江至沧源高速姜染山隧道为例

针对复杂地质条件下深埋隧道精细应力场准确反演以及主要地质条件对地应力场影响问题,以滇西南双江至沧源高速姜染山隧道为例开展研究。采用精细DEM数据、实测地质资料建立隧址区精细地质模型,以地应力实测数据和GPS速度场数据作为联合约束条件,开展姜染山隧道工程区精细地应力场反演计算,揭示了隧址区精细应力场特征及主要地质条件影响作用。结果表明：隧道区模拟变形速度场与GPS观测结果基本一致,模型能够较好反映工程区现今构造应力环境;隧址区地应力场存在应力水平西高东低、主应力方向局部偏转的特征,近E-W向的小黑江断裂对研究区地应力场的影响主要表现为造成主应力方向小幅偏转,未造成应力量值急剧变化,局部次级断裂和地形叠加影响作用有限;隧道沿线最大主应力在7.47～27.23 MPa之间,中间主应力在1.59～15.12 MPa之间,最小主应力在0.01～6.71 MPa之间,隧道沿线应力水平总体上未表现出明显异常特征;基于反演精细应力场数据的岩石应力强度比方法计算结果显示,现今地应力条件下,隧道岩石强度应力比结果总体在0.20～0.48之间,表明隧道围岩整体为无岩爆和轻微岩爆情况。本研究实例表明,复杂地质...     

考虑地应力分布形式的坝址区初始应力场二次反演方法

在建的乌东德水电站区域构造运动强烈,断层、褶皱及节理较为发育,加之河谷纵横、沟谷深切,导致该区域岩体地应力分布极为复杂,非线性特征显著。为准确获取坝址区初始地应力场的分布特征,通过对地应力分布形式进行优化,提出了考虑地应力张量分布特征的岩体应力场二次反演方法。首先,将地应力张量分解成自重应力、构造应力及非线性应力3个部分,同时依据坝址区地形地貌、地质构造及非均匀性岩层等因素,构建FLAC3D计算模型,利用叠加法原理对坝址区初始地应力场进行一次反演。然后,主要考虑坝址区附近小规模构造及局部开挖条件的影响,构建三维离散元（3DEC）精细模型,同时从一次反演中提取精细模型的初始地应力侧压系数和自重修正系数,并利用均匀设计法进行优化,对精细模型进行二次反演。研究结果表明：一次反演计算获得的初始应力场整体上与实际情况吻合较好,但在局部构造附近与实测值相差较大;二次反演考虑局部地质构造及开挖条件的影响,同时结合一次反演的计算成果,各测点的应力计算值与实测值基本一致;通过将大型商业软件FLAC3D和3DEC相结合来反演复杂条件下工程区初始应力场,在一定程度上实现了岩体应力场在大范围内整体连续、小范围内受局部地质构造等影响导致不连续分布的特点。该研究方法可为类似工程提供借鉴。     

跨活动断裂隧洞工程赋存区域地应力场分布特征研究

初始地应力的方向、量值和分布形式是影响岩石地下工程围岩应力、变形和破坏模式的重要因素,在工程区域难以开展大量实测工作,且实测结果具有相当的离散性,引入数值分析方法和数学理论对地应力场综合分析是有效的解决手段之一。结合滇中引水香炉山隧洞穿越龙蟠－乔后断裂段（楚波–白汉场断裂南段）工程,针对实测结果中方向结果离散性较大的问题,基于中国现代构造地应力场特征,对丽江地区复合断裂对区域地应力场影响的理论分析与数值模拟,获取了地应力场方向的定性认识。基于钻孔测试成果,通过基于多元线性回归的三维地应力场反演获取了地应力场方向与量值的定量认识。获得的初步结果表明,龙蟠–乔后断裂F10运动形式以正断错动为主;左旋走滑为辅的滑动,受其影响隧洞工程在穿越F10断裂部位的主应力发生偏转,偏转后最大主应力方向近似平行或小夹角相交于F10断裂走向;反演获得的香炉山隧洞趋近F10-1、F10-2段最大主应力量值范围为13～19 MPa,中间主应力为11～16 MPa,最小主应力为9～13 MPa,应力量值较高,并呈现 > > （ 、 分别为最大、最小水平主应力）的特征;F10断裂F10-1、F10-2主断带成为地应力场的控制性边界,其间应力量值明显小于上下两盘岩体,F10-1、F10-2主断带间岩体最大主应力量值范围在9～10 MPa,最小主应力量值范围在7～10 MPa,地应力最大主应力方向与隧洞纵轴线以约60°夹角相交,相交角度较大,对隧洞稳定性影响较大。     

黑龙江荒沟蓄能电站枢纽区地应力测量与研究

本文介绍了黑龙江荒沟抽水蓄能电站空心包体应力计地应力实测结果,对该区应力作用特征进行了分析。采用最小二乘法对地下厂房区4个测点测量结果进行综合计算,得出最大主应力近于水平,应力量值为9.6MPa,最大主应力方向为N78。W。这与该区新构造调查所表征的现今区域应力场比较吻合,同时也与中国东北部地区构造应力场具有一致性。      

渤海海峡跨海通道工程区海域三维地应力测试

跨渤海通道海域缺乏实测地应力基础数据,而海域钻探原位实测又承担着巨大风险与重重困难,为取得工程区现今地应力场特征第一手资料,利用以水压致裂地应力测量为主,以空心包体、非弹性应变恢复、差应变、声波各向异性法为辅的综合地应力测量技术,对研究区海域开展三维地应力测试与研究,建立了线性回归方程,得到了回归拟合曲线。结果表明,渤海海峡最大水平主应力σ_H、最小水平主应力σ_h与垂直主应力σ_v均随测试深度的增加呈线性增大规律;海峡南部地应力状态存在σ_H>σ_h>σ_v的关系,处于逆冲应力状态,应力场方向为NE,最大水平主应力大于垂直主应力,区域内构造力处于主导地位;海峡北部应力状态为σ_H>σ_v>σ_h,有利于走滑断层活动,应力场方向为NE,区域内构造力处于主导地位;整个工程区内地应力各分量值之间相差不大,远远小于区内断层活动应力值的下限,表明研究区目前处于稳定状态。研究结果符合一般地应力测...     

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(S_H、S_h)分别为3.05～14.50 MPa和2.16～9.87 MPa,垂向主应力值(S_v)为1.63～3.31MPa,即S_H>S_h>S_v;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(K_av)为1.39～4.38,最大水平应力系数值(K_Hv)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(K_Hh)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...     

新城金矿主成矿期构造应力场对矿体倾伏、侧伏、富矿柱的控制及成矿深度的估算

成矿构造应力场研究是控矿构造研究、认识矿体空间展布形态、位置、预测及布置探矿设计的基础。依据弹性力学和莫尔库仑剪切破裂理论,推导出形成共轭及在剪切构造带内形成羽列、雁列等构造应力场的产状和形成羽列、雁列主应力大小的数学解析表达式,进而应用计算机对新城金矿床主矿体进行了测算。结果显示：该矿主容矿构造是在NNW向缓倾拉张主应力、NE向陡倾主压应力、焦家构造带平面呈右行扭动下形成的。NWW向中间主应力控制新城Ⅰ号主矿体在NW向倾斜平面上延深的长轴方向。该轴在水平面上投影的倾伏向为281°,与水平面的夹角倾伏角为26°,在N40°E纵投影面上向SW侧伏,侧伏角为45°,富矿柱产状亦与中间主应力轴产状一致。在已获取容矿构造产状基础上,据相关岩石力学性质测试成果,分析并建立了主容矿羽列与控制剪切构造带两者的力学关系和剪切破裂方程式。联立解出成矿应力场的最大和最小主应力的量值,再由陡倾主应力大小估算出该矿头部的成矿深度在2 750 m左右。     

新城金矿主成矿期构造应力场对矿体倾伏、侧伏、富矿柱的控制及成矿深度的估算

成矿构造应力场研究是控矿构造研究、认识矿体空间展布形态、位置、预测及布置探矿设计的基础。依据弹性力学和莫尔库仑剪切破裂理论,推导出形成共轭及在剪切构造带内形成羽列、雁列等构造应力场的产状和形成羽列、雁列主应力大小的数学解析表达式,进而应用计算机对新城金矿床主矿体进行了测算。结果显示：该矿主容矿构造是在NNW向缓倾拉张主应力、NE向陡倾主压应力、焦家构造带平面呈右行扭动下形成的。NWW向中间主应力控制新城Ⅰ号主矿体在NW向倾斜平面上延深的长轴方向。该轴在水平面上投影的倾伏向为281°,与水平面的夹角倾伏角为26°,在N40°E纵投影面上向SW侧伏,侧伏角为45°,富矿柱产状亦与中间主应力轴产状一致。在已获取容矿构造产状基础上,据相关岩石力学性质测试成果,分析并建立了主容矿羽列与控制剪切构造带两者的力学关系和剪切破裂方程式。联立解出成矿应力场的最大和最小主应力的量值,再由陡倾主应力大小估算出该矿头部的成矿深度在2 750 m左右。     

滇藏铁路香格里拉—邦达段地应力状态及工程效应分析

滇藏铁路香格里拉—邦达段沿线断层发育,构造运动强烈,为提高沿线工程的稳定性,基于构造形迹、震源机制解和实测数据的多元综合分析法,对研究区主应力方向进行了分析;基于Hoek-Brown强度准则和修正的Sheorey理论,结合实测数据,对研究区岩体强度参数和主应力量值进行了估算和预测,最后对研究区的地应力场特征及其工程效应进行了分析。结果表明:香格里拉-德钦应力区的水平最大主应力方向N0°W~N40°W;芒康-邦达应力区的水平最大主应力方向为N60°E~N80°E;铁路沿线埋深1000 m处,水平最大主应力范围为24.23~37.30 MPa;埋深2000 m处,水平最大主应力范围为47.29~66.69 MPa;香格里拉-德钦应力区隧道轴线设置为N80°W~N40°E有利于围岩稳定,芒康-邦达应力区隧道轴线走向设置为N10°E~N130°E有利于围岩稳定;铁路沿线高地应力显著,埋深超过400 m就可能处于高地应力状态,硬质岩埋深超过700 m会有岩爆风险,软质岩埋深超过1400 m会有大变形风险。     

朱仙庄煤矿南翼地应力原位测试及其最优化反分析

地应力在软岩或深部煤矿设计、施工与安全生产中具有重要作用。采用空心包体应变计法对朱仙庄煤矿南翼II、III水平进行了地应力原位测试,获得了该矿地应力大小及主要方位;以此作为约束条件,基于多目标约束的最优化方法利用ANSYS软件建立了朱仙庄煤矿南翼地应力最优化反分析模型,反演得出了最优边界条件,并用数值分析了该区域地应力分布特征和变化规律。结果表明:朱仙庄煤矿南翼地应力以水平构造应力为主,且具有明显的方向性,最大主应力值变化范围是20~25 MPa,方位则分布在N 60°E和N 75°E之间,其水平地应力非均匀系数为1.1~1.8。      

三峡工程库首区及狮子口重力滑动构造系统的构造应力场研究

基于野外实测和室内测试,计算分析及有限元模拟,对三峡工程库首区燕山期和喜山期的区域构造应力场以及狮子口重力滑动构造应力场进行研究。区域构造应力场的主要特征是：燕山主期σ1和σ1近水平,分别近S－N向和E－W向,σ2近直立,差异应力200MPa、变化范围150－250MPa;喜山主期σ1近水平,总体方向NNE70－SW250°,差异应力100MPa,变化范围80－120MPa,在空间变化上,前者表现为南部差异应力高于北部差异应力,后者的变化规律不太明显。狮子口重力滑动构造系统的应力场比较复杂,总体呈近E－W向的前缘挤压、后缘拉伸,而滑动系统内部叠置产出的三个滑块也分别表现出后缘拉伸、前缘挤压并交替出现的特点,反映了区域应力场背景下的局部构造应力场特征。     

南水北调西线工程坝区初始地应力场反演分析

依据南水北调西线工程阿达坝区工程地质条件以及实测地应力资料,采用多元线性回归分析理论以及FLAC3D计算程序,对建立的坝区三维地质概化模型进行计算,求出最优回归系数。对比回归计算值与现场实测值发现,二者量值相当且方向上接近,表明经过回归得到的地应力场是合理的,从而获得坝区较为准确的初始地应力场分布规律。进一步分析结果表明,(1) 谷底应力集中现象明显,应力集中区的垂直深度达80 m,应力峰值约为15 MPa;(2) 相距仅350 m 左右的两个钻孔,其最大水平主应力方向差异较大,反映出河谷区地形地貌对岩体应力方向强烈的控制作用;(3) 坝区为中等地应力区,在浅部以构造应力为主,随着埋深的增加,自重应力场控制作用逐渐增强。研究成果可为坝址及引水隧洞轴线布置的设计与施工提供重要依据。     

最大有效力矩准则的理论拓展

在分析"导致变形带内先存面理或层理发生转动的最大有效力矩与先存面理或层理方向有关"的基础上, 对最大有效力矩准则(M_eff=0.5(σ₁-σ₃) Lsin2αsinα)进行理论上的拓展, 提出了可以判定任意方向先存面理最大有效力矩的准则——泛最大有效力矩准则(M_G-eff=0.5(σ₁-σ₃)Lsin2αsin(α-θ)), 其中当先存面理与最大主压应力(σ₁)平行时, 则成为最大有效力矩准则。该准则的理论分析表明:①当先存面理与σ₁平行时, 在σ₁左右两侧±54.7°方向出现2个有效力矩的最大值, 形成共轭的变形带, 钝角(109.4°)对着σ₁方向; ②当先存面理与σ₁斜交时, 在σ₁的另一侧出现1个有效力矩的最大值, 从而只出现一个方向的变形带, 并随着先存面理偏离σ₁方向, 变形带与σ₁的夹角逐渐减小(从θ=0°时的54.7°, 减小到θ=90°时的35.3°), 而与先存面理之间的夹角逐渐增大(从θ=0°时的54.7°, 增加到θ=90°时的125.3°); ③当先存面理与σ₁垂直时, 在σ₁左右两侧± 35.3°方向出现2个有效力矩的最大值, 也形成共轭的变形带, 但锐角(70.6°)对着σ₁方向。在主应变平面上变形带与先存面理方向及变形带剪切方向(左旋或右旋)已知的情况下, 可以确定最大主压应力方向。泛最大有效力矩准则克服了最大有效力矩准则与滑移线理论不相容的问题, 可以解释大多膝褶带非共轭发育等多种现象, 预期在韧性变形域中具有广阔的应用前景。      

福建厦门地区中、新生代构造应力场研究

本文通过野外构造形变资料的研究,确定了厦门地区中生代的两期（侏罗纪、白垩纪）构造应力场及其主应力方向;利用最新一期共轭剪节理和震源机制解资料,确定了第四纪以来的构造应力场及其主应力方向。最大主压应力轴的优选方位分别为:侏罗纪SE138°,∠8°,白垩纪SW205,∠12°,第四纪以来NW312°,∠21°。 采用石英错密度法,估算了中生代古构造应力值,侏罗纪为88.5MPa,白垩纪为81.5MPa。利用岩石力学声发射技术,测定了现代构造应力大小,在标高为3——-151m（埋深为18——151m）的范围内,最大主压应力值为2.55——16.2MPa,最小主压应力值为1.1——10.1MPa。     

陆内裂陷盆地构造动力学分析

陆内裂陷盆地区形成和演化过程中的构造力包括4方面：（1）地幔对流由岩石圈板块底面边界施加到岩石圈板块内部的构造力F1;（2）板块相对运动通过岩石圈板块侧面边界施加到岩石圈板块内部的构造力F2;（3）岩石圈受热膨胀和冷却收缩在地壳内部产生的构造力F3;（4）地壳质量在地壳内部产生的围压F4。地壳中的应力是这4方面的构造力的函数S(Fi),其中,F1和 F2的大小和方向对三轴应力状态的主应力大小和方向起决定作用。地壳发育正断层的条件是应力状态方程S（Fi）中σ2 σ3主应力平面大致处于水平面状态、σ1近直立。当F1和F2的方向一致且F1＞F2或F1和F2的作用方向相互垂直的情况下,F1和F2合成的应力场中的最小主应力方向与X轴方向一致,地壳发生正向裂陷作用。在F1和F2的方向既不平行也不垂直的情况下, F1和F2叠加产生最小主应力（σ3）的方向与X轴方向不一致,地壳发生斜向裂陷作用。当地幔对流从岩石圈底部对岩石圈产生的引张作用力减小、板块之间相对运动从岩石圈侧面边界对岩石圈产生的挤压作用力增强的情形下,地壳应力状态S（Fi）在X轴和Y轴构成的水平面上的最大主应力可能超过Z轴方向的主应力,使σZ相当于三轴应力状态的σ2,裂陷盆地发生走滑构造变形。如果地壳应力状态S（Fi）在X轴和Y轴构成的水平面上的最小主应力也超过Z轴方向的主应力,则σZ相当于三轴应力状态的σ3,裂陷盆地发生收缩构造变形,可能发育逆冲断层或使早期的正断层发生反转位移。随着裂陷作用的渐进发展,不同时期F1和F2的大小和方向的变化导致地壳应力场的主应力轴方向也相应发生变化,使裂陷盆地在不同演化阶段表现出不同的构造变形特征。     

滇东北深埋特长公路隧道工程区地应力场研究

深埋特长隧道工程区地应力场的预测一直是工程技术人员面临的难题,而工程地质综合分析法则可为工程区地应力场的分析提供较为全面准确的结论。因此,本文以滇东北典型深埋特长隧道——乐红隧道为例,采用综合分析法来研究工程区的地应力场特征。首先基于中国大陆应力分区,利用Anderson断层力学理论、震源机制解及实测地应力统计数据来获取研究区主应力方向。其次,基于工程地质勘察成果,利用Hoek-Brown强度准则对工程区的岩体强度进行了初步估算。在此基础上,利用修正Sheorey模型对工程区地应力量值水平进行了预测。分析结果表明,工程区以先进构造应力为主导。其中:水平最大主应力优势方位为N20°~60°W,应力场方向较为稳定。地应力量值水平预测结果表明,工程区在埋深500 m左右时,最大、最小水平主应力量值范围分别为11.2~20.5 MPa、6.6~12.2 MPa;埋深在1000 m左右时的最大、最小水平主应力量值范围分别为25.9~28.2 MPa、15.4~17.1 MPa。工程区在埋深超过500 m时的高地应力情况下,可能存在岩爆风险,而围岩大变形的问题几乎不存在。综合分析法的预测结果与现场实测数据较为吻合,表明该方法在线状公路隧道地应力状态的预测分析中,具有良好的应用效果。     

松辽盆地头台油田现代地应力场分布特征研究

在油气田开发,尤其是低渗透油田的开发过程中,井网布局与地应力的分布紧密相关。运用现场直接测量、岩芯观察、室内实验、数值模拟相结合的方法,对头台油田现代地应力分布特征进行的详细研究表明：头台油田水平最大主应力（人工裂缝）方向为N100°-120°E;天然裂缝方向在N0°-50°E之间;地层中三向应力为南部较小,北部较大,构造断裂与天然裂缝的走向近拟平行。因此,井网布局为：并排与人工裂缝及天然裂缝呈45°,300m×300m切割注水井风;注水压力应小于最小主应力值,采用不稳定间歇注水。