对滇西北地区真实最小水平主应力的讨论与分析

本文对滇西北下关地区的地震地质条件和水压致裂应力测量进行了对比分析。认为二者是矛盾的,其原因可能是最小水平主应力的测值偏大。本文依据测量数据和弹性力学理论对测量结果进行了分析,发现该区浅部,垂向主应力是最小主应力,但其随深度增大而增加的速度大于最小水平主应力,400米以下深度,垂向主应力转变为中间主应力。最小水平主应力的实际值可以写为0.85+0.0227H(Mpα),这里H是深度,单位是米。该分析表明,目前水压致裂测得的最小水平主应力的误差要比预料的大。     

对水压致裂法测得的应力结果之重新估价

本文讨论了水压致裂进行的绝对应力测量结果的可靠性,指出目前水压致裂法是深部绝对应力测量的较好方法。但应用现在通用的资料处理方法时,它可能给出偏小的最大水平主应力S_H和偏大的最小水平主应力S_hi特别是两个水平主应力差别较大的地区,这个偏差更加显著。以这样的数据,按照库伦强度准则和Byerlee定律去估价地区稳定性,易于得出与事实不符的结论。本文指出了造成上述测量误差的可能原因,并提出了降低测量误差,改进计算结果的办法。     

利用卡洪山口科学研究钻孔中应力引起的钻孔崩落估计量大水平主应力值

本文我们利用钻孔岩样的力学性质，详细观察应力引起的钻孔崩落和由水压致裂实验估计的最小水平主应力值Ｓｋｍｉｎ，构成了卡洪山口（Ｃａｊｏｎ Ｐａｓｓ）钻孔直至３．５ｋｍ深的最大水平主应力Ｓｈｍａｘ的垂直剖面。正如基本上与所有其它的钻孔一样，卡洪山口钻孔的水压致裂应力测量得到的，最小水平主应力Ｓｋｍｉｎ数据比最大水平主应力Ｓｈｍａｘ的数据多得多（并且更加可靠）。为利用观察的井壁崩落约束Ｓｈｍａｘ的值，使     

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。     

用油田压裂资料估算应力值

本文比较了从油田压裂资料获得的应力值与专门的水压致裂应力测量结果。研究结果表明,前者的最小水平主应力可以和后者的精度相当,最大水平主应力的精度略低。以长庆油田岭261—2井1985年11月15日实际压裂记录结果和吉林油田东33—35井的压裂记录为例,提出了处理油田资料的方法,给出了相应的处理结果     

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.     

房山大理岩试件的水压致裂试验

引言 按照Hubbert和Willis的理论,水压致裂的破坏准则为: P_c-P_o=σ_t+3σ_3-σ_2,(1)式中P_c是破坏压力,P_o是岩石中的初始孔隙压力,σ_t为钻孔壁上岩石在水平方向的拉伸强度,σ_2和σ_3依次为水平方向上的最大和最小的有效主应力,取压应力为正。因为破裂面垂直于最小水平主应力,关泵后裂缝既不扩展也不     

利用卡洪山口科学研究钻孔中应力引起的钻孔崩落估计最大水平主应力值

本文我们利用钻孔岩样的力学性质,详细观察应力引起的钻孔崩落和由水压致裂实验估计的最小水平主应力值S_(kmin),构成了卡洪山口(Cajon Pass)钻孔直至3.5km深的最大水平主应力。S_(Hmax)的垂直剖面。正如基本上与所有其它的钻孔一样,卡洪山口钻孔的水压致裂应力测量得到的,最小水平主应力S_(hmin)数据比最大水平主应力S_(Hmax)的数据多得多(并且更加可靠)。为利用观察的井壁崩落约束S_(Hmax)的值,使用了由有效应变能准则得出的脆性破裂准则。这个破裂准则也允许我们考虑钻孔周围的三向应力,并考虑孔隙流体压力以不同方式对岩石强度的影响。比较从崩落估计出的S_(Hmax)剖面和从水压致裂实验得出的S_(Hmax)的估计值表明:当孔隙压力对水压致裂破裂起始的影响可以忽略时,它们相当符合。在这个钻孔中,直至3.5km深的总体应力状态相当于倾滑兼走滑断层型应力状态。最大水平主应力剖面有几个应力值显著减小的地方,它们与主要的断层带有关,这个结果和由水压致裂得出的最小水平主应力S_(kmin)剖面一致。     

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。     

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...     

基于原地应力测量数据的中国大陆地壳上部应力状态研究

在两个水平主应力随深度呈线性增加的前提下,通过数学推导,建立了侧压系数、水平最大与水平最小主应力之比(σ_H/σ_h)以及剪应力相对大小μ_m等应力参数随深度变化的关系式.在此基础上,依据中国大陆1780条二维水压致裂和应力解除的原地应力测量数据,对多个应力参数随深度的变化进行了回归分析.结果显示,中国大陆地壳浅部的侧压系数随深度的变化呈完整的双曲线形态,通过稳定性检验说明,即使缺少较深的原地应力实测数据,只要有一定数量的测试深度超过1500 m的数据,仍然可以得到比较可信的侧压系数回归分析结果,在整个脆性上地壳的物性参数没有本质变化的前提下,可以利用地壳浅部的侧压系数回归分析结果推断脆性上地壳的2个水平主应力的取值范围;相对于侧压系数,在中国大陆地表以下几千米深度范围内,σ_HH/σ和μ_m的变化不大,更接近线性分布,σ_H/σ_h的拟合值在1.5左右,μ_m的拟合值在0.2左右,并且μ_m的线性集中程度更好.利用μ_m的大小来判断活动断裂的地震危险性具有一定合理性.     

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σ_H>σ_h>σ_V型,埋深处于250~500 m的岩层应力状态以σ_H>σ_V>σ_h型为主,埋深较大的矿区主要为σ_V>σ_H>σ_h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.     

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.     

我国现今地应力状态及有关问题

本文主要利用应力解除法及水压致裂法原地应力测量资料,对我国现今地应力状态及有关问题进行了分析讨论。原地应力测量资料表明,应力值随深度增加而增加;水平主应力有着很强的方向性,最大水平主应力的方向具有一定的分布规律,与地质构造和现代地壳运动有着一定的关系。      

用量板法分析水压致裂应力测量数据

以文献的资料为例,用量板法分析水压致裂数据,并与原方法比较,结果表明,在深度较大的情况下,新方法所得出的最大水平主应力较原方法所给出的结果系统偏大,把这个趋势与实验室结果相比,量权法所给出的应力结果可能更接近野外实际应力值。文中还讨论了确定封闭压力的方法。     

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。     

西沙群岛石岛浅部基底地壳应力测量及其地球动力学意义分析

西沙群岛独特的构造位置决定了其构造运动背景和地壳应力场动力源的复杂性.位于西沙群岛石岛、深达1268.07m的西科1A井在1257.52m钻遇花岗岩基底.在1125.8~1262.0m开展5次水压致裂地应力测量,获得最大水平主应力为17.09~20.85MPa,最小水平主应力为15.97~18.29MPa,估算垂直主应力为22.86~26.68 MPa,地壳应力结构为SVSHSh,以垂直主应力为主导,该应力结构特征有利于正断层活动,表明西沙群岛地壳基底处于拉张的应力环境.受西沙海槽断层影响,水平应力值较低.印模测试显示基底地壳应力方向以近东西-北西向为主,与已有的GPS测量、横波分裂和面波反演结果较为吻合,显示西沙群岛岩石圈尺度上变形一致性较好.西沙群岛地壳应力场的力源受板块运动和地幔物质上涌作用联合制约.综合南海西北部实测地应力数据分析,显示该区域主应力方向较为一致,应处于统一、稳定的构造运动背景之中.西科1A井水压致裂试验是我国首次涉海深孔地壳应力测量,具有重要的地球动力学意义,提供了研究南海地球物理场的宝贵基础资料.     

陕西汉中盆地水压致裂地应力测量分析研究

汉中盆地位于龙门山断裂带东北段的末端,汶川MS8.0地震发生以后,地震活动存在沿龙门山断裂带向NE向发展的趋势.在汉中盆地西缘进行了两个钻孔的水压致裂地应力测量,来分析震后该区地应力状态,以期为该区的地震危险性研究提供实际资料.这两个钻孔深度均为300m左右,相距33m,取得了较好的地应力测试结果.通过对地应力测试结果的综合分析研究,得到以下认识:①在汉中盆地西缘300m深度地层内,最大水平主应力值为5.69—19.52MPa,最小水平主应力值为3.81—10.90 MPa,垂直主应力值约为1.25—7.03MPa,水平主应力占主导地位,垂直应力为最小应力,该地应力状态有利于逆断层的活动;②汉中盆地西部现今最大水平主应力方向为WNW或近EW向;③汶川地震后,目前汉中盆地及其西部地区仍处于构造应力调整阶段,总体相对稳定.     

缝长,尺度对水压致裂应力测量结果的影响规律

本文从弹性力学、断裂力学的基本理论出发,结合室内实验和野外观测结果研究了尺度、缝长对水压致裂应力测量结果的影响规律。研究结果表明,室内实验样品的孔径比不应大于四分之一,最好小于十分之一,较大的绝对尺度可以使实验结果变得稳定。野外实际测量除了满足上述要求外,裂缝单翼长度不应小于十倍的钻孔半径,否则测不到可靠的封闭压力。据此,进行大尺度水压致裂室内模拟实验对于提高压裂技术,完善水压致裂应力测量理论是非常必要的。     

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.