压磁应力计测量地应力相对变化结果讨论

本文简要介绍中国压磁应力计的电磁学和力学原理,地壳岩石中水压重复观测实验结果,以及使用它进行地应力测量的地质力学前提条件。在压磁应力计测量地应力相对变化结果中阐述了:悬空元件与受力元件测值对比;地应力变化与断层微量位移同步波动;压磁应力计与振弦应变计,体积式应变仪测量结果比较;相距十至数百公里的几个台,同期测得相似、相关的地应力变化;少震区地应力测量十分平稳,具有稳定的观测中误差;在多次地应力异常成功预测地震中发现并证实——异常主应力方向指向或转向震中区、异常主应力值较大的台站往往离震中较近,地应力趋势异常时间长短与震级大小呈线性关系。压扭性断裂力学模型解释了地应力异常主应力方向指向震中区,近震中地应力异常值大、远震中地应力异常值小等现象。由此可以证实:我们在数十米至百米钻孔中使用压磁应力计的确可测到震源应力场的变化过程,从而进行地震的时间、地点、震级的预测。     

浅析DYL型地应力探测仪工作原理及应用效果

1985年哈斯特取得地壳浅部应力状态的第一批资料之后,地应力探测技术获得了迅速的发展。到目前为止,已有20多个国家开展了地应力测量。测量方法有十余类,测量仪器近百种。由于该项技术的发展,一开始就受到钻探工程的限制,人们对地壳内的地应力测量一般均局限在浅层地表,大多为十几米至几百米;采用水压致裂方法之后,测量深度可达几千米。1977年海姆森(BC Haimson)在5.1km深的钻孔中采用水压致裂方法,成功地进行了应力测量。对于5km以下更深处的地应力测量,至今还是一个盲区。地应力测量从原理上可分直接测量与间接测量;从内容上可分绝对值测量和相对值测     

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。     

深圳地应力状态及其区域稳定性评价

作者通过地应力测量、模拟、实验、应力场分析等一系列测试研究工作，确认深圳现今应力状态以水平应力场为主，优势方向为北西向，最大主压应力值2．6MPa，最大剪应力值0．37MPa，其中半数测孔水平面上的地应力呈等值状态，无明显应力集中现象。表明其地壳活动较弱、区域稳定性良好。     

深圳地应力状态及其区域稳定性评价

作者通过地应力测量、模拟、实验、应力场分析等一系列测试研究工作，确认深圳现今应力状态以水平应力场为主，优势方向为北西向，最大主压应力值2．6MPa，最大剪应力值0．37MPa，其中半数测孔水平面上的地应力呈等值状态，无明显应力集中现象。表明其地壳活动较弱、区域稳定性良好。     

水压致裂法地应力测量在成昆铁路垭口隧道的应用

垭口隧道是成昆铁路米易至攀枝花段的重点控制性工程,以地质条件复杂、工程地质问题突出、围岩变化频繁、施工安全风险高而著称。地应力是影响隧道围岩稳定、划分隧道围岩分级的主要影响因素之一,为查明工程区的地应力状态,在全隧道开展了两个深孔的水压致裂地应力测量工作。结果表明:最大主应力方向总体为N29°E,优势方向为北东向,这反映了研究区受印度板块构造作用明显;三个方向主应力相对大小表现为SH SV Sh,表明该地区在地壳浅部水平应力占主导地位;最大水平主应力方向与隧道轴线方向夹角为30°,对隧道围岩的稳定略为有利;σc/σmax介于3. 49～5. 15,应力值水平属于高应力至极高应力状态;通过判据分析,垭口隧道在开挖过程中硬质岩有发生轻微岩爆的可能,软质岩洞壁岩体有位移甚至发生大变形的可能。     

鄂尔多斯地块南缘地应力测量研究

利用水压致裂法得到的地应力测试数据对鄂尔多斯地块南缘地壳浅部地应力分布规律及断层活动性进行研究。结果表明:（1）两个水平主应力随深度线性增长,应力梯度分别为0.032和0.021,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为S_H > S_h > S_V,该应力状态有利于断层发生逆断层活动,与1556年华山大地震的发震正断层的性质不同;（2）研究区的最大水平主应力方向为北南-北北西向,与区域速度矢量场方向一致,与其他资料解译的区域构造应力方向有一些差异,主要是受鄂尔多斯地块周缘断层活动的影响;（3）利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6~1.0,对研究区的地应力状态进行分析,发现鄂尔多斯地块南缘的测点未达到或超过地壳破裂极限状态,不存在断层失稳或地震等其他形式的地壳活动,处于较稳定地壳应力状态;（4）实测数据为该区补充了新的地应力测量资料,研究结果为该区工程设计及建设、构造应力场数值模拟提供了边界条件,对于该区地质灾害评价、地壳稳定性以及大陆动力学的研究具有重要意义。      

新集矿区地应力场特征研究

矿井动力现象如巷道变形破坏、煤和瓦斯突出及煤层底板突水等都与地应力密切相关。应用水压致裂法对新集矿区的原地应力进行了测量,确定原地系统深部围岩的应力状态,即原地应力的量值和方向,研究获得了矿区地应力的赋存规律和基本特征。测量结果分析表明:新集矿区地应力场以水平应力为主导,属于构造应力场类型;垂直主应力和最大、最小水平主应力均随埋深的增加呈近似线性增加;最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围是1.01~1.29,反映新集矿区受构造作用较恒定;测压系数的范围是0.98~1.3,随深度变化不明显;新集矿区受到F10断层东西向的拉张应力,最大水平主应力方向为近EW向。最后探讨了原地系统不同构造部位地应力方向差异的原因,初步分析认为,是受到阜凤推覆体的影响。      

SYL-2型数字式压磁应力仪研制成功

数字式压磁应力仪是测量地应力的专用仪器,配以YG—73型或其它类似的压磁传感器,可以测量地应力的大小、方向及其随时间的变化,可应用在研究地壳现今运动方式、构造应力场和地震预报等方面.     

水压致裂地应力测试方法在云南大理-丽江铁路隧道工程中的应用

利用水压致裂地应力测试方法对实际工程区进行了地应力测量,确定了工程区隧道围岩现今的地壳应力状态,即原地应力的大小和方向.根据地应力分布特征,分析了隧道开挖过程中发生岩爆等地质灾害的可能性.地应力测量数据的分析结果可作为隧道衬砌的设计、断面的选择及轴线方位的确定的科学依据.     

风火山隧道地应力测量及工程稳定性分析

为了解风火山隧道应力状态,在隧洞内及附近地区进行了6个点地应力测量,首次在风火山地区取得了应力实测资料。测量结果表明：风火山地区最大水平主应力量值为5．5MPa,方向为NE至NEE。应力量值与其他地区表层地应力测量结果比较,属中等应力水平;应力方向与风火山地区活动断裂调查所表征的现今区域应力场比较吻合。在地应力实测基础上,还必须结合隧道区工程地质、水文地质条件以及地震活动性,进行隧道稳定性综合分析。     

周向应力在地壳运动中的作用

地壳运动的驱动力一直存在争议。目前虽然提出了很多假说,但这些假说所描述的驱动力数量级均较小,不足以推动地壳运动;另外,大量实际地应力测量表明,水平主压应力在三个地应力分量中最大,被看作地壳“异常”压力,其机理也没有统一的认识。因此,有必要弄清楚地壳运动的动力来源是什么及为什么会出现这种水平应力占主导的现象。受背斜构造或石拱桥的侧向支撑的启发,通过地球模型受力分析得出,地壳作为球壳在自重下会相互挤压,在圆周方向产生很强的周向应力。周向应力大于重力,且由重力派生,和实测的地应力特征是一致的。推测该应力在20 km深处约为900 MPa,足以驱动板块运动(>500 MPa)。因软流圈是可流动的,其上面的岩石圈只要存在薄弱带,该应力就会释放,板块之间从而产生相对运动。整个洋壳和拱桥类似,在该力的作用下,会在俯冲带处下插至陆壳深部,俯冲带就是岩石圈的薄弱区,它因此会承担部分甚至全部洋壳的重量。最后提出,没有独立于重力的、可独立起作用的构造力或碰撞力,周向应力是地壳运动的唯一具有足够数量级的驱动力。     

云南西北部铁路隧道地应力测试及工程应用

通过地应力测量,确定出工程区隧道围岩现今地壳应力状态,即原地应力的大小和方向.根据地应力分布特征,结合隧道围岩的力学参数,利用三维有限元对工程隧道区进行了应力场模拟.根据原地应力测量及三维计算结果进行综合分析,给出了工程区地应力的赋存规律和基本特征,并进一步分析了隧道开挖中发生岩爆等地质灾害的可能性,同时为隧道的衬砌设计、断面选择及轴线方位的确定提供可靠的科学依据.      

我国大陆应力场特征及与强震活动的关系

一、引言随着国际岩石圈计划的开展,板内应力场问题正成为人们研究的一个重要课题,原地应力测量是了解现今地应力状态的最直观手段,它能较确切地绘出现今构造应力的方向及地应力绝对值大小。根据跨断层测点的运动方式和地震地表破裂形迹的分布、组合形态、力学特征,可追溯力的作用。因此原地应力测量、跨断层测量及地震地质破裂带资料都是了解应力作用方式、研究区域构造应力场、探讨地壳运动力源的重要途径。本文以原地应力实测结果为主,结合跨断层测量和地震地表破裂带资料的构造力学解     

台湾海峡西岸地应力特征研究

台湾海峡西岸地区受到欧亚板块、太平洋板块和菲律宾板块的共同作用,具有复杂的应力场特征,但本地区现阶段地壳应力状态研究程度较低。为深入了解本区地应力特征,本文采用水压致裂法在福建平潭和广东饶平钻孔中进行了地应力测量,并结合其他实测及震源机制解资料,讨论了台湾海峡西岸构造应力场特征。结果显示平潭和饶平钻孔地应力优势作用方位分别为N19°W和N37°W;由震源机制解资料得到的研究区应力场方向表现为从北向南由NNW方向转向EW方向的扇形分布。地应力状态的水平变化趋势,大致以沙县-南日岛断裂为界,北部为低应力区,南部为高应力区,且南部大致以九龙江下游断裂附近开始,呈现由北向南,地应力水平逐渐降低的趋势。在研究区北部、中部、南部分别选取平潭、泉州、饶平三个钻孔,利用库伦准则对断层活动性进行判断,认为海峡西岸北部地区应力水平较低,断层活动性较弱;泉州所在的海峡西岸中部地区应力已积累到较高的水平,断层失稳滑动的可能性比较大;饶平邻近区域在近期断层失稳滑动的可能性不高。     

鄂尔多斯盆地周边断裂运动学分析与晚中生代构造应力体制转换

基于对鄂尔多斯盆地西南缘构造带、中央断裂、东缘边界带和东北部地区的断裂几何特征、运动学及其活动期次的野外观察和测量,并根据断层面上滑动矢量的叠加关系和区域构造演化历史,确定了鄂尔多斯盆地周边地带晚中生代构造主应力方向、应力体制及其转换序列,提出了4阶段构造演化模式和引张-挤压交替转换过程。早中侏罗世,盆地处于引张应力环境,引张方向为N-S至NNE-SSW向。中侏罗世晚期至晚侏罗世,构造应力场转换为挤压体制,盆地周缘遭受近W-E、NW-SE、NE-SW等多向挤压应力作用。早白垩世,盆地构造应力场转换为引张应力体制,引张应力方向为近W-E、NW-SE和NE-SW向。早白垩世晚期至晚白垩世,盆地应力体制再次发生转换,从前期的引张应力体制转换为NW-SE向挤压应力体制。晚中生代构造应力体制转换和应力场方向变化不仅记录了不同板块之间汇聚产生的远程效应,同时记录了盆地深部构造-热活动事件,并对盆地原型进行了一定的改造。     

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。     

陕南特长公路隧道水压致裂法地应力测量结果及工程地质意义分析

中国西部地区地势复杂,区域构造应力场各向异性显著,了解地区地壳应力状态是判断隧道设计阶段线路布设合理性的基础,也是预测隧道施工过程可能出现岩爆、断层滑动等其他工程灾害的重要参数。为了研究陕南特长高速公路隧道现今地应力状态,基于古仙洞隧道钻孔(ZK10钻孔)与化龙山隧道钻孔(ZK11钻孔)水压致裂地应力测量,获得了两隧道现今地应力分布特征。古仙洞和化龙山特长深埋隧道最大埋深处S_H值分别为13 MPa和22 MPa;古仙洞与化龙山隧道的应力关系分别为S_H>S_h>S_v和S_H>S_v>S_h,水平主应力起主导作用;S_H方向为近北西—北西西向,与区域现今构造活动背景基本一致,主要受秦岭造山带活动断裂影响。基于地应力测量结果、相关理论及判断依据认为:最大水平主应力方向与洞轴线夹角,有利于隧道围岩稳定,研究区内古仙洞与化龙山隧道的总体布置是合理的;采用岩石强度应力比法、陶振宇判据、Russenes判据和岩石应力强度比法综合判定研究区内两隧道不具备发生中等强度以上等级岩爆的可能;利用莫尔-库伦准则及拜尔定律,摩擦系数μ取0.6~1.0,对研究区内两隧道的现今地应力状态分析后发现,两隧道附近断裂带的地应力大小未达到地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,处于较稳定的应力状态。      

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。      

青藏高原东北缘水压致裂地应力测量

在青藏高原东北缘首次采用水压致裂法进行了地应力测量,结果显示：在测量深度域内,青藏高原东北缘三个主应力之间的关系表现为σＨｍａｘ〉σＨｍｉｎ〉σｖ,水平主应力占主导地位,现今地壳应力场的主压应力方向为ＮＥ－ＮＥＥ,测量结果与地质事实较吻合。