深孔地应力测试在铁路隧道工程勘察中的应用

为分析铁路隧道隧址区地应力分布、发育方向、变化规律,判断隧道洞身围岩岩爆、软岩变形特征,运用单回路水压致裂法,对隧道区内施工的4个深孔进行了地应力测试工作。结果表明,隧道洞身附近最大水平主应力为12~21MPa,最小水平主应力为9.6~14.2MPa,估算垂直应力为9.6~15.4MPa;地应力特征是以构造主应力为主,三向主应力具有随深度增加而增大的趋势;隧道洞身附近最大水平主应力优势方向为NNW14°~28°,表明隧道洞身附近地应力以NNW向挤压为主,主应力方向与拟设隧道轴线走向夹角在12°~26°,对洞室围岩稳定有利。由于隧道埋深大,地应力高,构造发育,岩性构成复杂,软硬相夹,存在硬质岩产生岩爆,软质岩遇水变形的可能。建议隧道在硬质岩段施工,采用"短进尺、多循环、强支护"的掘进方法,在软质岩段施工,采用"少扰动、快封闭"的掘进方法。该研究对隧道的设计施工具有重要的现实意义。     

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...     

压磁套芯三维原地应力测量研究

压磁套芯解除法是20世纪50年代开始发展起来的原地应力测试技术。为了实现在单一钻孔中进行三维地应力测量研制了单孔全应力计。在简单介绍压磁全应力计结构和计算原理的基础上,通过现场测试,对在锦屏二级水电站地下厂房洞群区压磁套心解除3孔交汇法三维地应力测量和单孔三维地应力测量及水压致裂地应力测量进行了比较分析研究。测量结果表明,在探洞浅部,受局部地形影响,测点的应力分布主要受自重和地形地貌控制,形成特有的“V”型河谷岸坡内的局部应力状态,最大主应力为11 MPa左右,作用方向NNW基本近水平;在探洞深部地应力应力值较高,最大主应力为40 MPa左右,作用方向近直立;随水平埋深的增大最大主应力由近水平状态转变为近直立状态,说明在洞深部自重应力起主导作用。通过三种方法测量结果的对比分析,说明压磁套心解除单孔三维地应力测试技术与压磁套心解除3孔交汇法和水压致裂地应力测试技术具有相同测试精度。     

安庆铜矿地应力测量

本文介绍了空心包体应力解除法在安庆铜矿-580m中段地应力测量结果,对矿区应力分布特征进行了探讨。实测表明,在-580m中段最大主应力的大小是24MPa,最大主应力方向由NE到近EW向。该矿区地应力以水平应力为主导,水平应力大于铅直应力。      

沁水盆地南部长治区块煤层气田的地应力特征

煤层气的生成、运移及富集等都与地应力的特征有直接的关系,掌握煤储层的应力特征对煤层气田的勘探和开发具有重要意义。基于沁水盆地南部长治区块煤层气开发区18口煤层气井的测井数据,利用带有残余构造应力的Anderson模型,分析垂向应力、最小及最大水平地应力的分布规律。结果表明:垂向应力基本上呈东西走向对称分布,东西部的应力大,中部应力小,数值在15.2~16.5 MPa之间;最小水平主应力自西向东呈现高→低→高→低的分布特点,数值在10.2~19.3 MPa之间;最大水平主应力也是自西向东呈现高→低→高→低的分布,数值在13.0~34.2 MPa之间。研究区东部所受埋深影响大于所受构造影响,而西部受到的构造影响大于其所受的埋深影响。研究区地应力分布规律与煤层气井的产气量存在高度相关性,研究成果可以为煤层气的勘探、开发和安全生产等方面提供参考。     

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。      

西周岭隧道地应力测量及岩爆预测分析

为指导施工,提高施工的安全性和经济性,对西周岭隧道进行了钻孔水压致裂法地应力测量.测试结果表明:西周岭隧道深埋段地应力场以水平应力为主,在测试深度内最大水平主应力值为10.57～19.39MPa,具中等偏高应力水平;最大水平主应力方向为近N33°W,与隧道走向的夹角较小,即地应力对隧道围岩稳定性较为有利.基于地应力实测...     

鄂尔多斯盆地临兴西区深煤层地应力场特征及应力变化分析

地应力的大小及方向对深部煤层气开发影响显著。以鄂尔多斯盆地东缘临兴西区为例,基于实验测试、井壁崩落法和断层摩擦系数地应力法,分析了三向主应力的方向与大小,阐释了地应力的基本特征及其空间发育规律。结果显示:8号煤层垂向应力S_v介于44.94～50.46 MPa,平均48.47MPa;水平最大主应力S_H介于35.16～44.53 MPa,平均40.62 MPa;水平最小主应力S_h介于28.79～39.45 MPa,平均33.02 MPa。9号煤层垂向应力介于45.03～50.46 MPa,平均48.57 MPa;水平最大主应力介于35.33～44.53 MPa,平均40.69 MPa;水平最小主应力介于29.01～39.45 MPa,平均33.11 MPa。误差分析显示此地应力计算结果可靠。三向地应力大小与埋深呈正相关关系。在垂向上,三向地应力相对大小表现出明显分带性,即埋深1000 m左右为S_hS_vS_H为特征的剪切型地应力带;埋深介于1000～1800 m表现为S_hS_HS_v过渡带;埋深1800 m表现为S_hS_HS_v为特征的正断型地应力带。在平面上,地应力在平面上总体呈西北部低、中部与南部高、其余地区适中,主要在T-23-2井和T-19井区存在应力低值带。最大水平主应力地应力方向主要以EW-NEE向为主。地应力场的阐释将为研究区深煤层储层物性评价、勘探选区及钻完井工程设计提供地质参考。     

中国西南深切峡谷岸坡地应力场基本特征

基于西南地区10个大型水电工程95点空间应力测试数据与50点硐壁应力恢复法测试数据,统计分析了边坡地应力场随垂向、水平向深度变化规律,根据主应力量级、倾角变化规律分析边坡浅表部地应力场特征,探讨了西南深切峡谷地区边坡地应力场分布规律。研究表明,（1）边坡应力场在宏观上可划分为浅表部区(0～300 m)与深部区(>300 m);（2）浅表部区主应力量级、倾角波动较为剧烈,而深部区主应力量级、倾角较为稳定,其最大主应力介于15～30 MPa,中间主应力介于10～20 MPa,最小主应力介于5～12 MPa,最大、最小主应力倾角介于0°～30°,最大主应力约为最小主应力的1.5～3.5倍;（3）浅表部区地应力场具有由主应力较小、最大主应力倾角与坡角近平行转变为主应力急剧增高、最大主应力倾角变化不明显,继而转变为主应力量级、最大主应力倾角剧烈波动,最后逐渐转变与深部应力场近于一致的特征。     

基于声波测井资料的地应力分布研究——以饶阳凹陷任北奥陶系潜山为例

以饶阳凹陷任北奥陶系潜山为例,基于声波测井资料确定了岩石力学参数,视区域边界荷载为未知数,目标井地应力为约束,求解得出区域所受边界力;据此建立地质模型、计算模型、力学模型,对研究区的地应力进行了数值模拟,得出该区域地应力的分布规律及特点。研究结果表明,通过数值模拟求得的地应力值与实际测量地应力值吻合较好;研究区水平最大主应力值主要集中在-61～-118 MPa,水平最大主应力方向中北部为北西方向,南部为近南北方向;最小水平主应力值主要集中在-31～-91 MPa,北部最小应力值方向为北东方向,南部为近东西方向。断裂带附近是应力变化的梯度带,断裂带内主应力值较连续地层小,断层对水平主应力的分布具有显著影响。     

鄂尔多斯临兴西区深煤层地应力场特征及应力变化分析

大小及方向对深部煤层气开发影响显著。以鄂尔多斯东缘临兴西区为对象, 基于实 验测试、井壁崩落法和断层摩擦系数地应力法,分析了三向主应力方向与大小,阐释了基本特征及其空间发育规律。结果显示：8号煤层垂向应力介于44.94 ~ 50.46 MPa,平均48.47MPa;水平最大主应力介于35.16 ~ 44.53 MPa,平均40.62MPa;水平最小主应力介于28.79~39.45 MPa,平均33.02MPa。9号煤层垂向应力介于45.03~ 50.46 MPa,平均48.57MPa;水平最大主应力介于35.33~44.53 MPa,平均40.69MPa;水平最小主应力介于29.01 ~ 39.45 MPa,平均33.11MPa。误差分析显示此地应力计算结果可靠。三向地应力大小与埋深呈正相关关系。在垂向上,三向地应力相对大小表现出明显分带性,即埋深＜1000m左右为Sh＜Sv＜SH为特征的剪切型地应力带、埋深介于1000~1800m 表现为Sh＜SH＜Sv过渡带、埋深>1800m左右表现为Sh＜SH＜Sv为特征的正断型地应力带。在平面上,地应力在平面上总体呈西北部低、中部与南部高、其余地区适中,主要在T-23-2井和T-19井区存在应力低值带。最大水平主应力地应力方向主要以EW-NEE向为主。地应力场的阐释将为研究区深煤层储层物性评价、勘探选区及钻完井工程设计提供地质参考。     

宝塔山特长隧道地应力场研究及岩爆预测

为了确定宝塔山特长隧道的围岩应力状态,采用水压致裂法进行了地应力测试,并根据测试成果,通过有限元回归分析,预测了整个隧道围岩的应力分布。测试结果表明:宝塔山隧道深埋段地应力场以自重应力场为主导,在测试深度内最大水平主应力值为2.3~8.4MPa,具中等应力水平,最大水平主应力方向为N53°E,与隧道走向的夹角较大,即地应力对隧道围岩稳定性不利。最后,根据地应力资料对隧道围岩进行了施工期岩爆预测分析,表明隧道岩爆等级为弱-中等岩爆,但在完整坚硬岩石区,发生中等岩爆的可能性比较大。     

太原西山区块煤储层地应力分布特征及评价

地应力是影响煤层气开发的关键参数,为了分析太原西山区块煤储层地应力条件,为煤层气勘探开发提供理论依据,采用水力压裂法测量地应力,统计了太原西山区块35口井煤储层地应力资料,获取二叠系山西组2号煤储层地应力与煤层埋深之间的相关关系,阐明了现今地应力分布特征。结果表明,研究区山西组2号煤层破裂压力梯度、闭合压力梯度和煤储层压力梯度的平均值分别为4.77 MPa/hm、2.82 MPa/hm和0.6 MPa/hm;2号煤层最小水平主应力梯度、最大水平主应力梯度和垂直主应力梯度的平均值分别为2.82 MPa/hm、3.24 MPa/hm和2.7 MPa/hm。主应力均随煤层埋深增加呈线性规律增高。根据最小水平主应力的大小,将研究区划分为低应力区、中应力区、高应力区3个区。      

现今地应力场特征综合评价技术在川西XC气田深层中的应用

针对川西XC气田须家河组低孔低渗透致密砂岩储层,主要研究其现今地应力场纵横向分布规律及其地质影响因素。根据水力压裂和测井资料综合计算现今地应力大小,以压裂资料结果来对测井计算值进行校正,并对测井地应力计算模型中的关键参数进行深入研究,以进一步确定出单井的地应力剖面以及各主力砂组的地应力分布。研究结果表明,该区须二段的现今地应力状态为SHSvSh,各主力砂组最大水平主应力均值在153 MPa~173 MPa之间,最小水平主应力均值在102 MPa~111 MPa之间;各水平地应力值随深度的增加而变大,与深度之间有较好的线性相关关系;最大水平主应力方向NE80°~100°,主体方位与区域构造应力作用主方向一致。区域上,构造高部位的地应力值相对较低,向翼部逐渐增大,而在断层位置的地应力值也相对低。研究区现今地应力场分布受构造形态和断层的影响较大,特别是断层的应力扩散及端部应力集中效应影响了地应力场的正常分布,使地应力值和方向发生局部变化。     

汶川地震后沿龙门山裂断带原地应力测量初步结果

2008年5月12日在中国四川省西部汶川发生Ms8.0地震,震中位于青藏东缘龙门山断裂带。地震发生后的4个月,沿龙门山断裂带中南段开展了原地应力测量,获得了3个测点的应力大小和方向。在3个测孔中浅部采用压磁应力解除法,深部采用水压致裂法。浅部测量结果显示,位于震中区映秀测点,水平最大主应力值为4.3MPa,最大主应力方向为N19°E;宝兴测点位于震中区西南的龙门山断裂带南段,汶川地震没有导致该段地表破裂,该点获得的水平最大主应力值为9.8MPa,最大主应力方向为N51°W;位于龙门山断裂带最西南端的康定测点,水平最大主应力值为2.6MPa,最大主应力方向为N39°E。利用水压致裂法对各钻孔100～400m深度进行了应力测量,获得了应力随深度变化趋势和应力状态。与震前其它应力测量结果和中国其它地区表层地应力测量结果比较,龙门山断裂带西南段处于相对高应力水平,震中区仍处于中等应力水平。这项研究成果将为评价龙门山断裂带余震和今后强震发展趋势提供关键构造物理参数。     

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S_H > S_h > S_v,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。      

塔河油田奥陶系储层构造应力场研究

油气储层构造应力场的分布特征,对油气运移、注采井网布置、储层改造等具有重要意义。为此,文章从塔河油田AD13井区的地质构造演化入手,基于油田测井资料,结合弹性力学及有限元理论,建立研究区地应力弹性力学计算模型,利用有限元软件对研究区储层地应力进行模拟研究,并将模拟结果与现场地应力实测值进行对比分析。结果表明,研究区最大水平主应力为102~130 MPa,最小水平主应力为87~110 MPa,均为压应力;研究区东部及南部最大水平主应力方向为北东向,西北部最大水平主应力方向为北东东向,西南部最大水平主应力方向为南东向,地应力大小及方向均与实际结果相符。研究结果可为研究区油气勘探开发工程提供科学依据。      

沈阳红菱煤矿地应力测量

为了了解红菱煤矿地应力状态和分布特征, 采用空芯包体应力解除法进行了地应力实测工作, 获得了该矿区3个水平3个测点的三维地应力状态。实测表明:该区地应力以水平构造压应力为主导, 三个测点的最大主应力均为NNE向, 最大主应力在18.32~21.5MPa之间, 最大主应力的大小是随深度的增加而增加的。中间主应力为铅直应力, 在13.1~14.79MPa之间。最小主应力在9.54~13.08MPa之间。测量结果可用于本矿区的生产设计, 并作为煤与瓦斯突出等矿山灾害评价的参考资料。      

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。     

色季拉山交通廊道现今地应力场特征研究

色季拉山因临近喜马拉雅东构造结核心区域,受块体隆升和挤压作用,构造应力水平较高,初始地应力场背景复杂,该区域的科学研究和工程实践工作相对较少。为了研究交通廊道区现今地应力场特征,进行了深孔地应力测量、数据统计、回归分析等研究工作。共布设12个深孔,采用水压致裂法获取了108段地应力实测数据,最大测试深度1410.2 m。对测量结果分析得出结论:色季拉山交通廊道区的最大水平主应力方向和大小与区域地应力背景值基本一致;优势方位为NE-NEE向;最大水平主应力梯度系数略高于地区背景值,为2.5～4.3 MPa/100 m;场区三向主应力值的关系为:最大水平主应力最小水平主应力垂直主应力;对地应力数值进行统计、分析,找到了3个不同地应力特征区段,远离东构造结核心区域,向西南方向构造应力呈减弱趋势;采用最小二乘法的回归分析方法,拟合获得不同区段特征深度以下最大水平主应力随深度变化的线性公式,据此可估算测量深度级范围附近的地应力值大小。通过地应力测量和研究得出的色季拉山交通廊道现今地应力场特征对于该地区工程选线和勘察设计具有重要意义,采用的深孔地应力测量、区域构造成因分析、地应力场分段、线性分布特征深度划分等初始地应力场研究方法可为后续类似越岭山区地应力研究工作提供重要参考。