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。     

鄂尔多斯地块西南缘宁夏固原地区原位地应力测量结果及其成因

鄂尔多斯地块西南缘新构造活动强烈、地震频发,具有复杂多样的构造变形模式和活动特征。为了解鄂尔多斯地块西南缘地壳浅部地应力分布规律及断层稳定性,利用宁夏固原地区的水压致裂地应力测量数据,结合其他实测及震源机制解资料,分析了鄂尔多斯地块西南缘构造应力场特征。结果表明:①研究区2个钻孔的主应力关系整体表现为SHSvSh,水平应力起主导作用,属于走滑型应力状态,钻孔附近最大水平主应力方位平均为N59°W,与震源机制解获得的青藏高原东北缘主压应力方位有差异,推断鄂尔多斯地块西南缘现今NWW向走滑剪切应力环境的形成可能主要受到海原断裂带和六盘山断裂带的影响,应为局部构造和区域构造应力场共同作用的结果。②利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6～1.0,对研究区的现今地应力状态分析后发现,鄂尔多斯地块西南缘海原断裂带和六盘山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。该研究成果为鄂尔多斯地块关键构造部位的断裂活动性分析和地质环境安全评价提供了参考依据。     

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...     

中核甘肃核技术产业园预选厂址区地应力测量研究

为更科学地指导中核甘肃核技术产业园的选址工作,需对预选厂址工程区范围内岩体的地应力状态及分布规律进行分析研究。在预选厂址工程区内对2个450m深的钻孔开展水压致裂原地应力测试,并采用了4种方法进行关闭压力处理来保证主应力值的可靠性和准确性。压裂测试结果表明,工程区内最大水平主应力值6.66~25.91 MPa,最小水平主应力值3.94~15.76 MPa,水平主应力和垂直应力关系为S_HS_hS_v,揭示工程区内水平应力作用占主导,利于逆断层活动。印模测试结果显示最大水平主应力优势方位为NE方向,与区域构造应力场方向基本吻合。基于实测数据计算K_(av)、K_(Hv)、K_(Hh)、μm和τm这5种应力状态特征参数,并利用库伦摩擦滑动准则分析预选厂址区断层活动性,进而综合评价预选厂址区的应力场特征及其对岩体工程稳定性的影响。     

川甘陕交汇地区现今地应力环境与地震危险性

川甘陕交汇地区新构造活动强烈、地震频发,具有复杂多样的构造变形模式和构造强烈活动特征,为一潜在地震危险性研究的关键构造部位。为了查明川甘陕交汇关键构造部位地壳浅表层现今地应力环境和潜在地震危险性,在甘肃省水市甘谷县及四川省广元市三堆镇实施机械岩心钻探工程和水压致裂地应力测量。地应力测量结果表明,甘谷钻孔3个主应力关系为SHShSv,甘谷地区现今水平主应力起主导作用,且具有较高地应力值,钻孔附近最大水平主压应力方位平均为N41°E,易于钻孔附近北西西向西秦岭北缘断裂产生左旋走滑兼逆冲活动;三堆钻孔3个主应力关系为SHShSv,该地区现今水平主应力起主导作用,钻孔附近最大水平主压应力方位平均为N85°W,利于钻孔附近北东向青川断裂产生右旋走滑兼逆冲活动。利用库仑摩擦滑动准则对断裂活动进行分析,结果表明天水和广元地区的地应力大小均已经达到了使地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,需加强地应力实时监测和分析。该研究成果为川甘陕交汇关键构造部位的断裂活动性分析和地质环境安全评价提供科学依据。     

海峡西岸长乐—南澳断裂带中段现今原位地应力测量

为查明长乐—南澳断裂带现今地应力状态和活动现况,在该断裂带中段泉州市区北侧开展了600 m深度钻探工程和随深度系统水压致裂现今原位地应力测量工作,在钻探深度内成功完成了21段地应力大小测试和4段最大水平主应力方向测试。随深度系统的地应力测量结果表明:1水平主应力量值处于高值状态且三个主应力大小之间关系为SHShSV,表明区域构造作用强烈且水平应力起主导作用,易于逆断层发生。2现今最大水平主应力方向为北西西向,反映北东向的长乐—南澳断裂带中段现今活动具有右行走滑的特征。3基于实测数据计算得到μm和R,μm=0.44~0.76,反映了该区域相对很高的应力积累水平;R=0.44~0.65,说明此应力状态有利于该区域内断层的活动。依据实测地应力结果表明,长乐—南澳断裂带中段的应力状态已经达到断层活动的临界值,断裂活动进入临界状态,具有逆断层发生滑动的潜在危险性,值得重点关注和深入研究。研究成果为长乐—南澳断裂带中段现今活动性研究补充了新的动力学数据,为地震地质研究和城市安全评价提供了依据。     

郯庐断裂带山东段深孔地应力测量及其现今活动性分析

已有的地表调查和GPS位移测量、深部震源机制等研究结果表明,郯庐断裂山东段现今活动性表现为顺时针压扭性活动特征。为揭示郯庐（郯城－庐江）断裂带山东段地表和深部之间地壳浅表层日本大地震发生后的现今地应力状态和活动特征,在鲁东北部花岗岩地区开展了600 m的钻探工程与地应力测量工作。钻探岩芯编录初步揭示地壳浅表层岩体结构特征,随深度系统的地应力测量结果表明,现今水平主应力起主导作用,易于断层走滑作用发生,且现今最大水平主应力方向为近东西向,反映出郯庐断裂带山东段现今活动特征为压性兼右旋走滑,与地表和深部已有研究成果相吻合。研究成果为郯庐断裂带山东段现今活动性研究补充了新的资料。     

秦岭北麓某勘探洞地应力测试实例分析研究

本文叙述了工程区某勘探洞地应力测试的原理、方法和结果,并结合地质地形条件进行了相关评价。通过三维水压致裂法对地应力计算,其结果表明:试验点第一主应力σ1量值约12.9 MPa,第三主应力量值约4.8 MPa,铅直向应力分量约12.0 MPa。最大水平应力方位分布在N92°~97°E之间(即近东西向),与试验区秦岭山脉总体走向基本平行,符合地应力场分布的一般规律。同时与该区所分布的近东西向断裂方位基本一致。根据地应力测试分析结果来看,勘探洞的成洞条件比较好,但在较大深埋段、岩体完整性较好的隧洞段,可能存在弱岩爆及洞壁局部坍塌掉块危险。     

鲁南某抽水蓄能电站工程闪长岩体内的地应力测量

鲁南某抽水蓄能电站对解决山东电网日益严重的调峰问题和维护山东电网的安全稳定运行具有重要的作用。为了解工程区的地应力状态,在地下厂房闪长岩体内开展了3个钻孔的水压致裂地应力测量工作,结果表明:最大主应力方向在N52°~72°E之间,优势方向为北东东向,这反映了研究区受太平洋板块构造作用明显;三向主应力相对大小表现为S_HS_vS_h,在这种应力状态下有利于走滑断层的活动;研究区侧压力系数的值和μ_m值(最大剪应力与平均主应之比)均表明测区内断层处于稳定状态;工程区的应力状态以构造应力的作用为主,侧压力系数K值大多介于1和1.5之间,因此为保证洞室的稳定性,厂房的洞轴线应与S_H的夹角小于30°。     

青藏高原东南缘丽江—剑川地区地应力测量与地震危险性

为获得川滇块体腹地现今的地应力场,分析边界断裂发生地震活动的危险性,进而探讨块体运动的动力学特征,2010—2011年,在青藏高原东南缘丽江—小金河断裂带西南段的丽江—剑川地区,开展2个300m钻孔水压致裂地应力测量。地应力测量结果揭示了研究区地壳浅表层现今主应力的分布规律。结合研究区部分中强震震源机制解及20世纪80年代地应力结果,分析了跨度近30a后该区构造应力场的变化特征,进而探讨了其动力学指示意义。依据断层滑动摩擦准则,讨论了丽江—剑川地区现今地震活动危险性。     

成兰铁路地应力测量与构造应力场分布规律研究

成兰铁路位于青藏高原东部边缘高山峡谷区,由于印度板块与欧亚板块碰撞,区域内构造变形强烈,构造应力场十分复杂。为研究成兰铁路工程区地应力分布规律及断层稳定性,在铁路沿线茂县、松潘县以及宕昌县境内4个深孔水压致裂地应力测量基础上,获得了不同位置区域地应力实测值的大小和方向,并建立工程区应力参数随深度分布规律。分析表明:工程区应力随深度变化呈现出较好的线性关系,在测试深度范围内,水平应力普遍高于垂直主应力,地应力值总体上属于中—高地应力级别,在750 m深度内,最大水平主应力达25 MPa,反映出工程区构造应力占主导地位,侧压系数随深度呈缓慢衰减趋势。成兰铁路在不同构造单元上最大水平主应力方向有所不同,在东昆仑断裂以北甘南块体内,最大水平主应力为北北东向,在东昆仑断裂以南川青块体内最大水平主应力为北西向。根据实测的地应力数据并结合库伦滑动摩擦准则,对工程区内的断层稳定性进行了分析。文中取得的认识对成兰铁路工程区的构造应力场、断裂活动性的研究以及隧道工程的建设具有重要的参考意义。     

贵州东南部榕江加里东褶皱带内的现今地应力分布特征及构造分析

贵州东南部位于盖层极不发育的榕江加里东褶皱带内,为查明该区域内的地应力状态,在贵州省黔南州境内进行了7个钻孔的水压致裂地应力测量工作,同时结合贵州西部已有研究结果和贵州西北部1个钻孔的地应力测量资料,对贵州东南部与西部和西北部的地应力分布差异进行了对比研究,最后结合断层的活动性质以及Byerlee准则探讨了测孔区域断层的稳定性,结果表明:水平主应力在研究区占主导地位,最大水平主应力方向表现为北西向;根据安德森断层理论,三向主应力的相对大小有利于逆断层和走滑断层的活动,这与研究区发育的活动断层性质相对应;最大和最小水平主应力的线性拟合结果表明,研究区水平主应力的梯度大于黔西煤层地区、广西盆地东北部和全国的地应力梯度值,最大水平主应力的值在相近深度上大于黔西、黔西北地区和广西盆地东北部;三都断裂带附近存在较高的构造应力,μ_m值（最大剪应力与平均主应力的比值）较高,表明断层处于摩擦极限平衡状态;而三江-融安断裂两侧的构造作用存在较为明显的差异,西侧的构造作用强于东侧;虽然部分钻孔内的μ_m值都处于高值,但区域应力方向与断层多以较大角度相交,因此断层是稳定的,这与研究区的地震活动性相吻合。      

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。      

山西盆地现今地应力状态与地震危险性分析

在山西盆地南北两端4个地区共计13个深钻孔中进行了水压致裂地应力测量, 获得了现今地应力的大小、方向和分布规律。在盆地北端五台山、雁门关地区400~600 m深度内, 实测最大水平主应力值为8~12 MPa。而南端临汾、运城地区则具有较高的构造应力, 在400~500 m深度内实测最大水平主应力值为20~28 Mpa。地应力“南高北低”比较明显。运用这些实测的地应力资料, 根据库仑摩擦滑动准则, 对研究区内断裂的稳定性进行了力学分析。分析结果表明, 总体来看, 目前五台山、雁门关和临汾地区的水平主应力都未达到断层活动的临界值; 运城地区已接近断层活动临界值的下限, 若计入孔隙压力的影响因素, 运城地区最大水平主应力已达到逆断层活动的临界值。从地应力的角度分析认为该区发生地震的潜在危险性较大, 这一现象值得关注和研究。     

南迦巴瓦地区地应力场估算与构造稳定性探讨

南迦巴瓦地区是喜马拉雅东构造结新构造活动最为强烈的区域,晚第四纪活动断裂发育,地震活动强烈,嘉黎断裂带、东久-米林断裂带及墨脱断裂带等活动断裂构造稳定性直接影响该地区工程规划建设。地应力是区域构造稳定性评价的关键性参数,当前,关于南迦巴瓦地区地应力场研究成果相对缺乏,难以满足交通廊道地质安全风险评价实际需求。基于震源机制解数据,采用应力张量反演方法,揭示南迦巴瓦地区构造应力场最大主应力方向;依据断层滑动失稳临界地应力条件,联合应力形因子和断层摩擦系数反演,估算南迦巴瓦周边不同区域地应力绝对大小。结果表明：南迦巴瓦地区现今地应力场最大主应力方向为北东至北北东向;最大、最小水平主应力大小随深度线性增加梯度分别为0.032～0.0355 MPa/m、0.0227～0.0236 MPa/m,存在非均匀特征,估测结果与原位地应力实测值一致性较好;在当前地应力环境下,南迦巴瓦周边地区主要活动断裂局部段落存在较大的地震危险性。研究成果可为南迦巴瓦地区工程规划建设提供参考。     

基于原位地应力测试及流变模型的深部泥页岩储层地应力状态研究

深部泥页岩储层地应力状态的准确确定是页岩气等非常规能源高效开发的关键。综合基于原位地应力测试获得水平最小主应力,建立基于流变模型的地应力剖面,应用成像测井技术确定水平最大主应力方向等,是准确确定泥页岩储层地应力的有效方法。将该研究思路应用于陕西汉中SZ1井,利用水压致裂原地应力测试方法获得储层水平最小主应力值范围为32~41 MPa;利用偶极声波测井数据获得岩石力学参数,结合地壳应变率和储层埋藏史,建立了SZ1井地应力剖面,结果表明牛蹄塘组1950~2025 m深度范围内水平主应力差介于10~15 MPa,水平最小主应力值范围为28~41 MPa,水平最大主应力值范围为47~49 MPa,预测得到的水平最小主应力值与实测结果具有较好的一致性。原地应力实测及流变模型预测结果揭示SZ1井地应力为正断型(S_v＞S_H＞S_h)或正断型与走滑型相结合的应力状态(S_v≈S_H＞S_h)。水平主应力差随伽玛值的升高而变小,表明地应力剖面与地层岩性具有较好的对应关系。基于成像测井揭示的钻孔诱导张裂隙分布特征,SZ1井水平最大主应力方向约为N74°W,与区域构造应力场方向基本一致。相关结论为准确认识SZ1井目标层地应力状态,以及后期水平井布设及压裂控制等提供了重要依据。      

山东蓬莱近海岸的地应力状态及断层稳定性评价

为查明蓬莱近海岸的地应力状态,开展了2个钻孔（深度小于200m）的水压致裂地应力测量工作,并与长岛附近海域3个钻孔的地应力状态进行了对比,采用回归分析方法,分析了该地区地应力随深度变化的特征,结合最大剪应力与平均主应力之比（μ_m）和侧压力系数（K'）探讨了研究区的断层稳定性。结果表明:蓬莱近海岸和长岛海域的地应力状态基本一致,最大水平主应力方向主要表现为北东东至东西向,这与华北的区域应力场相一致;水平应力的梯度大于环渤海圈的平均地应力梯度;研究区浅部三向主应力相对大小以S_H > S_h > S_v为主,这有利于逆断层的活动;研究区K'值和μ_m值均较高,分布区间分别为:2.76~3.98和0.47~0.59;陆区断层与区域应力方向均以较大角度相交,处于稳定的状态;海域的北西西向和北东向断层与区域应力场的方向夹角较小,如果区域应力持续增强,将有利于走滑断层的活动,这与震源机制以走滑型地震为主相符。研究结果对研究区内断层稳定性的评价和重大工程的设计及施工都具有重要参考意义。      

New overview of the neotectonic and seismotectonic studies in Tunisian domains

The Tunisian domain is formed following the convergence between Nubia and Eurasia which is responsible for folding and still active faulting. We used 62 earthquake focal mechanisms to constrain the present stress field of the Tunisian domain. The results show that the tectonic regime is compressional with a dominant direction NW-SE maximum horizontal principal stress direction. The focal depth distribution indicates that Northern Tunisia is an area of convergence with a thin crust and a shallow Moho. However, in the central and southern Atlas, the presence of focal mechanisms with strike-slip faulting shows that this zone is a deep seismogenic area with a thick crust.These results are consistent with the neotectonic and seismotectonic stress field determined by other studies. The neotectonic deformations of Tunisia are like the past deformations guided by the convergence between the African and the Eurasian plates.