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。      

太原抽水蓄能电站关键部位地应力状态及其在枢纽工程布设中的应用

采用水压致裂地应力测试技术,开展了山西太原抽水蓄能电站工程2个孔(孔深500 m和520 m)的地应力测试工作,获得了工程区关键部位地应力状态,分析了工程区的地应力水平、地下建筑布设方式和衬砌形式。结果表明:工程区最大水平主应力为10.98～18.09 MPa,最小水平主应力为6.79～11.32MPa,垂直主应力9.61～13.57 MPa;与山西省南北两端“南高北低”地应力值相比,此次测值处于两者之间,与沁水盆地地应力场模拟值相比,测试结果基本一致;垂直应力介于最大水平主应力和最小水平主应力之间(S_H>S_V>S_h),即测点的最大水平应力即最大主应力,且处于走滑型应力状态,其侧压系数K_av为0.92～1.09,反映出工程区构造作用不强烈;2个钻孔330～506 m范围内岩石饱和单轴抗压强度(R_b)为35.00～107.00 MPa,平均为63.79 MPa,岩石饱和单轴抗压强度与最大主应力比值(R_b/σ_m)为3.54～5...     

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。     

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。      

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...     

西藏林芝地应力测量监测与尼泊尔M_S8.1级强震远场响应分析

为查明川藏铁路林芝段现今地应力状态和附近主要断裂运动学和动力学活动特征,在西藏林芝北侧开展了300 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与压磁法地应力实时监测工作。原地应力测量结果表明:(1)三个主应力大小之间关系为SHSh≥SV,表明区域构造作用水平应力起主导作用,易于发生逆断活动;(2)现今最大水平主应力方向为北北东向,反映区域内北东—近南北向断裂带现今活动具有顺时针走滑的特征;(3)基于实测数据得到剪应力相对大小μ_m=0.11~0.23,反映了该区域应力积累较低,区域内断层活动的危险性较小。地应力实时监测结果表明2015年尼泊尔M_S8.1级强震在该地应力实时监测站点具有显著的远场效应:(1)尼泊尔地震前,最大与最小水平主应力值分别增加了0.35 MPa和0.24 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(2)尼泊尔地震时同震应力变化表明,地震导致最大与最小水平主应力值分别减小了0.05 MPa和0.04 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(3)尼泊尔地震4个月后,最大水平主应力减小了0.05 MPa,而最小主应力增加了0.01 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变。基于钻孔原地应力测量与实时监测数据分析尼泊尔地震前、震时、震后该站点地应力变化情况,对于区域内断裂活动、地震危险性、地壳稳定性等研究具有重要意义。     

2015年金口河MS5.0级地震前地应力状态及动力学背景分析

2015年金口河发生了MS5.0级地震,为揭示地震与地应力的内在关系和动力学背景,对距震中约12km的2个钻孔的水压致裂地应力测量资料进行了分析研究,利用拜尔利准则和应力莫尔圆分析了峨边- 金阳断裂带北部断层的稳定性,并结合地震活动性参数b值探讨了金口河地震发生的动力学背景。研究结果表明：在钻孔94. 90~722. 10 m的深度内,最大水平主应力为5. 89~14. 50 MPa,最小水平主应力在3. 79~10. 30 MPa,应力水平较低;最大水平主应力方向在N50°W~N68°W,趋于北西至北西西向,与区域构造应力场一致; YJP- 1孔三向主应力的相对大小表现为有利于逆断层和走滑断层的活动,DPS- 1孔三向主应力的相对大小表现为有利于正断层的活动;DPS- 1孔有效应力条件下的μm（最大剪应力与平均应力之比）平均值为0. 46,已接近断层摩擦滑动临界值下限0. 51,有利于正断层的滑动;峨眉- 烟峰断层弯曲构造部位应力闭锁集中区,是导致钻孔附近水平构作用较弱的主要原因。研究结果对于揭示金口河MS5. 0级地震前的动力背景具有重要意义。     

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。     

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。      

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。     

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。     

滇中香炉山引水隧洞工程区地应力场特征及断裂影响模糊综合评价

在滇中香炉山引水隧洞工程区活动断裂部位开展了八个钻孔的水压致裂原地应力测试工作。结果显示工程区应力状态以水平应力为主导,龙蟠-乔后断裂和丽江-剑川断裂部位均为走滑应力状态,鹤庆-洱源断裂西支为走滑应力状态,南段为逆冲应力状态。从应力累积的角度分析,测深范围内三条活动断裂大部分测点实测最大主应力值未超过使断层产生滑动失稳的临界值。地应力测试获得的最大主应力优势方位NNE-NE向与利用该地区震源机制解反演得到的现今构造应力场主压应力方位NEE向存在差异,说明地应力测试结果在一定程度上受到了断层活动性的影响。考虑活动断裂形变和力学属性的多个指标参数,对活动断裂影响程度的Fuzzy-Grey模糊综合评价表明龙蟠-乔后断裂对香炉山隧洞工程的影响较弱,丽江-剑川断裂的影响程度最强,需引起重视。     

In Situ Stress Measurements in the Lhasa Terrane, Tibetan Plateau, China

Tectonic activities are frequent in the Lhasa terrane because of the ongoing collision between the India and Eurasia plates. Knowledge of the stress state is critical to evaluate the crustal stability and the design of underground excavations. Because of the limitations imposed by natural conditions,little research has been performed on the present crustal in situ stress in the Tibetan Plateau,and further study is imperative. In this study,hydraulic fracturing measurements were conducted in Nyching County(LZX) and Lang County(LX),Lhasa terrane to characterize the shallow crustal stress state. The results indicate that the stress state in the LZX borehole is markedly different from that in the LX borehole,in both magnitude and orientation. At the same measurement depths,the magnitudes of horizontal principal stresses in the LX borehole are 1.5–3.0 times larger than those in the LZX borehole. The stress regime in the LX borehole favors reverse faulting characterized by SHShSv,where SH,Sh,and Sv are maximum horizontal,minimum horizontal,and vertical principal stresses,respectively. The SH and Sh values are approximately three and two times greater than Sv. Fracture impression results reveal that SH in the LX borehole are predominantly N–S,while in the LZX borehole the maximum horizontal principal stress is mainly in the NNE-direction. The heterogeneity of the regional stress state might be a result of the population and distribution of local structures and seismic activities. The stress state in the LX borehole has exceeded the critical state of failure equilibrium,and there is an optimally orientated pre-existing fault near the borehole. It can be concluded that the optimally orientated fault is likely to be active when the stress has built up sufficiently to destroy the frictional equilibrium; it is suggested that research focus should be placed on this in future. The stress states in boreholes LZX and LX indicate uniformity of the regional stress field and diversity of the local stress fields resulting from the interactions among regional dynamic forces,tectonic stress field,and geological structures.     

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。     

基于地应力实测数据分析郯庐断裂带中段滑动趋势

郯庐断裂带潜在滑动趋势对于区域地壳稳定性评价具有重要的意义。对郯庐断裂带中段(新沂至渤海段)附近12个钻孔共65条实测地应力数据分析,得出该区段最大和最小水平主应力与垂直应力之比Kmax和Kmin的范围,结果表明郯庐断裂带中段主要表现为逆断层的应力状态,局部地区呈现出有利于走滑断层的特征。研究区内应力比K值由西向东逐渐增大,并在东北部达到最大。通过计算得出断层面上的剪应力与有效正应力比值小于Byerlee准则所定义的摩擦系数,说明目前郯庐断裂带中段处于相对稳定状态;同时发现北西向断裂面上的剪应力与有效正应力比值比北东向断裂的大。区内应力积累指标μm的计算结果和地震的分布特征表明,郯庐断裂带中段北西向断裂上地震活动频繁,应力积累程度低;而北东向断层上应力积累程度高,特别是处于郯庐断裂带中段东北部的北东向断层,在应力集中的区域出现地震空白区,推测为断层的锁固段。最终认为在现今应力场下郯庐断裂带中段更易沿北西向的断裂滑动。     

Hydraulic fracturing stress measurements and in-situ stress field in the Kanto — Tokai area,Japan

Hydraulic fracturing stress measurements have been made in fifteen boreholes of various depths from 100 to 800 m in the Kanto-Tokai area since 1978. About 90 sets of in-situ stresses have been obtained successfully. The maximum and minimum horizontal compressive stresses increase linearly with depth in each borehole. The difference between the maximum and minimum principal stresses also increases with depth. The increase of stress difference with depth is interpreted in terms of large stress relaxation in shallow parts of the boreholes where low confining pressure and many pre-existing microcracks are dominant. The maximum shear stress at a depth of 400 m ranges from 1 to 8 MPa depending on the site. It is not always the case that the regions of small shear stresses are inactive in microseismicity and crustal movement. This phenomenon is attributed to the relaxation of shear stress at the measured depths and to the regional variation in increasing rate of shear stress. The maximum compressive stress direction is obtained from detection of the fracture azimuth after hydraulic fracturing. Stress direction measured at each borehole agrees well with that estimated from geologic and seismic methods near the measurement site. Several stress provinces where the stress directions appear almost uniform are defined in the Kanto-Tokai area. The regional distribution of the stress directions is understood in terms of the relative movement of three plates, the Philippine Sea, Pacific, and Eurasian plates, which are in contact with each other in this area.     

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。     

潞安矿区井下地应力测量及分布规律研究

在山西潞安矿区的13个煤矿采用小孔径水压致裂地应力测量装置,完成了60个测点的原岩应力测量工作。实测数据表明：潞安矿区55%的测点最大水平主应力大于垂直主应力,由于受埋藏深度与地质构造影响,矿区内各矿地应力值差别较大,但地应力大小总体上属于中等地应力值;潞安矿区最大水平主应力方向从南到北变化较大,构造应力场呈现出多变的形态。在实测数据的基础上,绘制了潞安矿区地应力分布图;分析了地应力随埋藏深度的变化规律、平均水平主应力与垂直主应力的比值与埋藏深度的关系。煤矿井下地应力测量为井田开拓、巷道布置与支护设计等工程实践提供了可靠的基础参数,提高了工程设计的科学性、合理性与可靠性。     

淮南矿区深部地应力场特征研究

利用水压致裂法和套孔应力解除法对淮南矿区-500～-1 000 m深度范围内的12个矿井进行了地应力测量,取得了19个有效测点的数据。数据分析表明：（1）淮南矿区深部地应力场以水平应力为主,构造应力占绝对优势,属于典型的构造应力场类型;（2）地应力量级属高应力水平;（3）垂直主应力、最大及最小水平主应力随深度的增加均呈增大趋势;（4）侧压系数 随深度增大而减小,地应力场有从大地动应力场型向准静水压力场型过渡的趋势;（5）侧压比 的回归曲线分布于Hoek-Brown内外包线带内,且变化趋势与Hoek-Brown曲线相似,但与Hoek-Brown曲线相比,回归曲线 值偏小;（6）最大水平主应力与最小水平主应力的比值范围为1.12～2.02,其中68.42%的测点分布在1.67～2.02之间;（7）最大水平主应力方位为NEE－EW向。最后探讨了淮南矿区地应力与地质构造的关系,分析认为,矿区最大主应力方向与构造运动密切相关,矿区现今构造应力场最大主应力方位与实测最大水平主应力方位大致吻合。