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。     

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。     

钻孔偏心—套芯法地应力测量中的一个不可忽视的问题

通过有限元法计算，得出偏心钻孔在围压作用下的应力分布，讨论了由于“偏心”导致率定的换算公式失准，表明小孔孔壁应变和位移随“偏心”增大而显改变。利用保角变换以实例对压磁法偏心钻孔的地应力测量数据进行了修正，对比同一钻孔相近深度上基本不偏心的测量结果，表明修正后二着相当吻合。     

基于BP神经网络的深埋隧洞地应力预测研究

深部地应力的测量一直是工程界难题之一。由于研究手段和测试技术的限制, 深部地应力很难测到, 或者部分数据不理想。本文将BP神经网络方法引入地应力场研究, 选取深度、岩芯密度(天然密度)、岩芯弹模、岩芯的三轴抗压强度(10MPa围压)、岩芯的声发射地应力测值、岩芯裂隙率6个参数作为地应力预测研究的主要指标, 在此模型的基础上对秦岭深埋隧洞地应力测量数据进行了拟合分析, 并对深部的地应力做了预测。结果表明用BP神经网络模型进行深埋隧洞地应力大小的预测是可行的。      

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。     

地应力测量点滴

<正> 国内外地应力绝对值测量资料表明,地壳中遍布着强大的压应力。例如,N.哈斯特在欧洲和非洲等地所测量的两万份记录中,没有一份属于引张应力状态,绝大多数记录证明地壳受到水平压力的强烈作用,即使通常视为现代地壳引张带的大西洋中脊也不例外。在大西洋中脊的冰岛上进行了周密的地应力绝对值测量,得知该地区水平压应力达几十至两百余巴,中脊与最大压应力方向呈45°夹角,中脊为剪切带。在大家公认为新生代引张作用产物的华北断陷盆地,地应力绝对值测量也没有发现任何方向的张应力存在,几乎所有测点都处于水平挤压状态,压应力达几十至一百余巴。     

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。     

关于“沉积盆地古构造应力场,超压体系与油气运聚”问题的探讨

地应力是作用地壳岩体上集种应力的总和,但构造应力体现在构造变形的那一部分地应力,同样是诸种应力的总和,不应该作为地应力的“子应力”看待孔隙流体异常压也是多种力叠的结果,如果要进行定量模拟,就应当一半加以考虑。外于压实过程中的地层,特别是中等深度的疏导层,孔隙度是不断变小的,在力的作用下很容易产生塑性变形,在其中运移的油气不可能不受影响。国外外所进行的大量现代地应力测量均发现,在构造活动带和压性盆地     

水力压裂法地应力测量中的几个问题

回顾了应用水力压裂法测量地应力的基本原理。简要地分析了对水力压裂法地应力测量结果的可靠性影响较大的几个参数。最后,对水力压裂法在深部地应力测量中的应用及其在深钻孔地应力测量方面的发展前景也做了讨论,指出了今后深部地应力测量研究努力的方向。     

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。     

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。      

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。      

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。     

我国原位地应力测量与地应力场分析研究进展

随着我国交通、能源和水利水电等行业快速发展,在复杂地形地貌和地质条件下兴建大量岩土工程,尤其是深埋长隧道,原位地应力测量及其相关研究逾加重要。我国自20世纪60年代首次成功进行原位地应力实测以来,在地应力测量及相关研究方面已取得了长足进展。文中扼要介绍了我国地应力测量的发展历程,着重总结了在钻孔应力解除法、水压致裂法和其他常用原位地应力测量法及工程区初始地应力场分析研究方面所取得的进展,并结合我国区域构造应力环境和岩土工程的特点,对地应力测量和工程区初始地应力场研究方面的展望阐述了一点认识。     

四川汶川8级地震地应力异常——来自压磁频率应力测量系统的记录

2008年5月12日四川汶川发生8级特大地震,我们利用压磁频率测量系统在1000多公里以外记录了这一震惊世界的自然灾害。汶川地震发震前94天,地应力出现大幅度快速变化的短期地震前兆,三个受力元件分别受压633.5 Pa、1512 Pa、4561.4 Pa。临震前几小时指向震中方向的元件出现4次脉冲式突跳的临震异常,然后大地震发生了。距离震中1000多公里的中国辐射防护研究院台站（简称：中辐院台）完整地记录了大地震前表层剧烈形变的力量加强过程,这验证了李四光先生1973年提出的“在较大范围内、不同的活动断裂上,不同的地点可以获得相同的应力状态”的论点。本测量系统具有灵敏度高、动态性能好的优点,它抗干扰能力强,克服了采用电压、阻抗、电感信号传输的测量系统长期测值不稳定的干扰因素。该压磁频率应力测量系统不仅可安装在山地岩石中,也可应用于广大平原地区。可测量到快速变化的地震面波,能获取短临地震前兆信息,传感器安装在土层或岩层中,都能起到预报地震的效果,因而具有非常广阔的应用前景。     

深圳抽水蓄能电站水压致裂法三维地应力测量和分析

由于水压致裂法地应力测量的突出优点已在国内外得到广泛应用,但以往只能测量钻孔横截面上的二维应力状态。近期兴起的水压致裂法三维地应力测量,已在多个工程中得到应用。深圳抽水蓄能电站采用了3个不同方向钻孔测量法和单钻孔测量法进行了三维地应力测量,得到了很好的测量成果。其中单钻孔三维地应力测量,在近水平向和铅垂向两个钻孔中应用。三维地应力测量成果不仅得到了相应钻孔横截面上和原生裂隙面上二维应力实测值的检验,而且得到了同一位置两种不同三维地应力测量方法的相互印证,和同一个钻孔（铅垂向）中套芯应力解除法三维地应力实测值的印证。两种水压致裂法三维地应力测量成果（单钻孔测量法包含了非铅垂向和铅垂向钻孔的两种测量法）非常一致,能够代表该测量区的地应力状态。     

用空心包体全应力计测量地应力的实践与初探

介绍了在不同地应力环境条件下,用单孔测量三维地应力状态—空心包体全应力计测量地应力的方法。      

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。     

三维地应力场的有限元模拟及其在隧道设计中的应用

现场地应力测量地点与工程所在位置,往往有一定距离,因而测点处的地应力常常不能代表工程所在位置的地应力状态。特别是在地形起伏及构造复杂的地区尤其如此。为此,本文通过三维地应力场的反演模拟,由测点处的地应力测量结果推知工程所在地点——青藏铁路羊八井隧道轴线上的地应力状态,为隧道的设计提供了地应力依据。     

地应力测量及其地下工程应用的思考

国内外地应力实测资料证实,地表附近构造应力受多种影响因素的干扰,经常叠加着非构造应力(如地形等引起的应力)。为此,本文讨论了地应力测量及其地下工程应用值得注意的问题。地应力测量前应充分考虑测量孔位的选定和地形地貌、岩性、断裂等的影响;地应力测量后应对测值的各种影响因素和可靠性进行分析、进行岩石力学性质校正和对比分析以及测值的代表性分析等;工程应用应考虑具体工程所处不同构造部位、不同岩性、不同岩体结构、不同深度等局部地应力状态的变化和差异,此外,工程本身不同的设计结构、尺寸等引起的局部地应力状态变化也需予以充分考虑。