地应力主应力的方位角求和与平均

在世界应力图编制中, 9%来自地应力解除和水压破裂法, 23%来自井孔崩裂法, 63%来自震源机制, 5%来自地质方法(Zoback et al., 1989). 其中, 除地应力解除和部分水压破裂测量资料能提供水平应力的主应力大小和方向外, 其余地应力测量方法仅能提供主应力方向, 不能提供主应力大小.     

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。     

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.     

龙陵-瑞丽断裂北段现今地应力特征及其活动性分析

为了研究龙陵-瑞丽断裂北段现今地应力状态特征及活动特征,在该断裂带东南侧开展了2个深孔的水压致裂地应力测量工作。测量结果表明,地应力量值随深度的增加而增大,三个主应力之间的关系为SHSvSh,说明该地区现今浅部地壳构造应力占主导作用,该应力状态有利于走滑断层作用发生。现今最大水平主应力方向为NEE,与区域构造应力场方向NNE向主应力方向有一些差异,说明实测结果受到了断层活动的影响,同时也反映了龙陵-瑞丽断裂现今具有左旋走滑的活动特性。利用库伦准则,摩擦系数取0.6~1.0对断裂的稳定性进行了分析,结果表明,现今原地应力大小尚未达到使断层滑动的应力值临界区,表明龙陵-瑞丽断裂目前处于相对较为稳定的状态,但是也不能忽略其他因素对断裂稳定性的影响,下一步的研究重点将是断层内物质的组成成分分析。     

长白山天池火山西南麓水压致裂法地应力测量及其实测数据在断裂稳定性分析中的应用

长白山天池火山是一座新生代多成因复合火山, 其活动性一直受到地学界的高度重视.而地应力测量数据对于了解火山的活动情况等具有重要意义, 但目前长白山天池火山地区实测地应力资料较少.为了更准确地了解长白山天池火山地区现今地应力状态及断裂稳定性, 在长白山天池火山西南麓MJZ测点0~300 m孔深开展了水压致裂法地应力测量.利用此次实测地应力数据, 本文首先分析了该地区地壳浅表层应力状态, 结果表明: ①测区以水平构造应力为主导, 应力值与其他地区相比, 相对较低; ②S_H(最大水平主应力)、S_h(最小水平主应力)和S_v(垂向主应力)均随深度增加而基本呈线性增大趋势; 在60~180 m深度, 三者展现为逆断层应力状态, 即S_H＞S_h＞S_v; 在180~300 m, 则表现为S_H＞S_v＞S_h, 该应力关系有利于走滑断层活动; ③钻孔上部S_H方向为N38°E, 与东北地区构造应力场方向基本一致.钻孔下部由于受区内NW向断裂和其他因素影响, 存在与区域主应力方向有偏差的局部应力场.其次, 基于实测应力数据, 应用库仑摩擦滑动准则, 并取摩擦系数为0.6和1.0, 初步评价了区域断裂的稳定性.结果显示, 研究区现今应力状态尚未达到断裂失稳滑动水平, 推测测区断裂目前相对稳定.结合其较低的应力积累水平, 一定程度上反映出长白山天池火山区目前没有明显活动, 地壳总体是稳定的.本文的研究结果可为长白山天池火山的活动性、地震地质等研究提供地应力方面的基础数据, 同时也为测区地质环境安全评价提供参考依据.

     

地层主应力综合计算方法及其在套损预测中的应用

地层主应力纵向连续剖面及平面分布结果对油田套损预测起重要作用.研究认为,综合利用各类井资料信息建立系统的地层主应力计算方法,可有效地提供纵向和平面上的地应力分布.重点涉及以下5方面工作:1)以全井段密度测量数据为基础,建立垂向地应力与岩层深度的计算公式;2)以试油测试地层压力数据为约束,声波时差测量数据为基础,建立地层孔隙压力公式;3)以水力压裂的闭合压力为约束,优化模型参数,建立最小水平应力计算公式;4)由多臂井径曲线提供的椭圆井眼形状推算最大水平应力,并以此为约束,优化最大水平应力计算公式的系数;5)在最大和最小水平应力计算的基础上,给出破裂压力计算公式.以卫星油田葡I油层组为例,以区域地质特征为约束,综合利用国内外相关研究成果,系统地给出了由常规测井资料计算地层主应力的方法和步骤,有效实现了地层主应力平面及纵向分布的合理计算.应力的平面分布对注水井套损预测有非常好的效果.     

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

长白山地区现今地应力测量结果与应力状态分析

本文通过在长白山地区不同地点进行原地测量获得了现今地应力实测值的大小和方向.为了研究长白山地区现今地应力状态,结合长白山火山监测工程的需要,我们在长白山地区进行了现场地应力测量,首次取得了该区的地应力实测数据.测量方法采用水压致裂法,测点分别布置在安图县永庆乡东清村和松江镇冰湖屯村,抚松县仙人桥镇大青川村等三个不同的构造部位,测量深度为40~95 m.测量结果表明:本区现今最大水平主应力方向在天池北部以NW-NNW向为主,而在天池西部则为近EW向为主;最大水平主应力值一般为2.31~12.39 MPa,最小水平主应力值一般为1.39~7.02 MPa.与其他地区相比较,本区属中等偏高应力区.本文对研究区现今应力状态进行了初步分析,本区现今地应力状态主要受区域构造影响,同时受天池岩浆活动和地热田的影响,具有复杂性.     

福建沿海边缘陆域的原地应力测量研究

通过在福建沿海边缘陆域地区活动断裂带附近进行水压致裂原地应力测量, 得到了地表浅部构造应力的大小、方向和分布特征. 根据实测的地应力资料,用库仑摩擦滑动准则分析研究了断裂带的性质和活动性. 结果表明：① 沿海岸线边缘自北向南,其最大水平主压应力方向为北西向,与测区北西向断裂带走向近于平行,与地质构造、跨断层形变测量等方法反映的主压应力方向大体一致,与震源机制解反映的主压应力方向夹角20deg;左右; ② 水平主应力值随深度增加而增大,与垂直应力值的关系为SHSVSh和SHasymp;SV Sh, 应力状态有利于走滑断层和正断层活动;③ 利用库仑摩擦滑动准则,摩擦强度取0.6～1.0分析, 断层附近的现今地应力状态达到或超过产生正断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造活动以正断层为主; ④ 反映出本区现今构造应力场的力源主要来自太平洋板块向西和菲律宾板块向北西对欧亚板块的水平挤压作用.     

地应力测量的非弹性应变恢复法及应用实例

岩芯非弹性应变恢复法是近年来发展起来的比较经济有效的深部地应力测量方法,汶川5.12地震后,我国大陆首次将该方法应用于汶川地震断裂带科学钻的地应力测量.本文简述了该方法的原理、计算方法和汶川地震科学钻一号孔的典型结果.给出了一号孔在所测深度之处的三个主应力的大小和方向.三个主应力中,最大主应力和中间主应力近于水平,最小主应力近于直立.最大主应力方向为北西.在746 m深度,三个主应力的大小为25.2 MPa,21.5 MPa,18.5 MPa.这种应力状态可使龙门山断层产生逆冲兼右行走滑运动,与汶川5.12地震的断层运动一致.该方法得到的结果与震源机制解及其他地应力测量方法得到的结果吻合.测量结果表明,非弹性应变恢复法具有较大的实用价值.特别是在较大深度的钻孔和地层较破碎的复杂地质条件下,应力解除法、水压致裂法等难以实施时,此方法仍有可能获得较可靠的地应力数据,适应性更强.     

唐山地震震源应力场的数值模拟研究-三维有限单元法在计算震源应力场中的应用

震源机制结果与极震区地裂缝的力学性质,都说明唐山地震是以右旋剪切走向滑动为主且兼倾向滑动的主震型大地震。这说明唐山地震是在水平力和垂直力同时作用下产生的。本文利用三维有限单元法,采用弹性模式对唐山地震震源应力场进行了数值计算,並考虑了体力与表面力两种受力情况。表面力又分为水平作用应力与垂直作用应力,水平作用应力随深度变化,且最大水平压应力等于同一深度上静水压力的3倍,而最小水平压应力等于同一深度上静水压力。最大水平压应力取北85°东,即与唐山地震震源机制解的最大主压应力轴基本上是一致的。垂直力取其静水压力的1.5倍所得结果与地震实际发生的过程比较一致,所以,唐山地震很可能是在水平力与垂直力同时作用下产生的。     

对中国大陆地壳上部应力状态的讨论

本文从走滑型断层活动所应具备的应力条件出发,讨论了走滑型断层活动区的水平主应力的上限和下限。经与现有的绝对应力测值对比,发现3000米以上深度,仅有那些有明显垂直运动的地区的应力值可能超出这个界限。3000米以下深度,实测应力值向所给出的界限内集中。本文所给出的水平应力界限可以做为对深部水平应力值的一种估计。     

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.      

大灰厂断层形变测量结果的地质解译

对大灰厂断层形变测点的36年基线、水准观测资料进行了系统研究，将观测值的变化转换为断层的水平和垂直活动量，并从断层活动方式与所受压应力方向的关系研究了华北地区邢台一唐山地震时段和大同一张北地震时段，以及在八宝山断裂(大灰厂段)上显示的地震前后断层异常活动特征及相应的应力状态。认为对跨断层形变测量资料的分析研究不仅要通过一定的数学处理和统计学分析，更应当从断层活动方式及应力状态进行地质解译，以探索孕震过程中的断层活动信息。     

唐山地震前后的应力变化

在距唐山地震震源约百公里的大港油田,以水压致裂法,在深度1000——4000米之间,测定了69次地应力值,对比了1973——1980年大地震前后八年内的应力值变化.在主震前,构造应力场出现明显变化:(1)水平应力梯度降低,即在最大与最小水平主应力方向呈现应力松弛;(2)水平应力与深度的相关系数降低,即构造应力场受到扰动;(3)断层滑动系数增高,断层出现无震蠕动.此外,结合地质构造与应力测量结果,对唐山地震发生过程中的一些异常现象,如无震蠕动、地下水位变化、浅层和外围地区的应力松弛,以及应力沿断层面向深层和闭锁区的转移等,进行了分析和讨论.      

5.12汶川地震后龙门山断裂带东北段现今地应力测量结果分析

5.12汶川大地震发生后,在龙门山断裂带东北段,开展了6个钻孔的原地应力测量工作.测量钻孔分别位于龙门山中央断裂带上下两盘的平武、北川、江油和广元等地.钻孔孔深在200~500 m之间,共取得了72个测试段的地应力测量数据,以及其中33个测段的印模定向试验数据,由此获得了每个测点处地应力的赋存状态,包括地应力量值随孔深的变化以及地应力作用方向.根据库仑准则,结合Byerlee定律对各测点实测数据进行分析,可以看出,龙门山断裂带上盘现今地应力的作用强度高于下盘.其上、下两盘现今地应力赋存状态特征及其差异性显示出该区域处于不均衡的应力环境,容易导致断裂失稳而产生新的活动;印模定向试验数据表明,龙门山断裂带东北段的北川、江油、平武的最大水平主应力优势方向为NEE向;广元附近为NWW或近东西方向.结合已有的研究成果,初步得到龙门山断裂带现今地应力作用方向的分段性特征,即大致以北川为界,龙门山断裂带东北段应力方向显示了与西南段不同的特征.其西南段现今地应力的优势作用方向为北西方向,而龙门山断裂带东北段,自江油、北川、平武一带至广元、青川附近,其现今地应力的最大水平主压应力的优势作用方向呈现了NEE→NWW的赋存状态和变化趋势.本文获得的研究结果对于认识5.12汶川特大地震的动力学机制具有一定的借鉴和启示作用.     

乌鲁木齐市断层附近地应力特征与断层活动性

为了查明乌鲁木齐西山—碗窑沟断裂带地应力分布特征, 在研究区20 km×20 km的范围内布置12个基岩应力钻孔,采用水压致裂地应力测量技术进行了基岩原地应力测量;共布置了2条观测剖面,第一剖面是沿断层走向布置了7个钻孔,第二剖面在垂直断层走向布置了6个钻孔(与第一剖面共用1个钻孔).根据实测的地应力资料,断层附近最大水平主压应力方向为NE—NEE向,与区域构造应力SN—NNE向主压方向有一些差异,说明受断层活动影响,断层附近的应力状态与区域应力场明显不同.利用地应力实测资料,研究了断层的活动性,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为σH＞σh＞σv,该应力状态有利于逆断层活动,与地质资料反映的以逆断层活动为主基本一致.利用库仑摩擦滑动准则,摩擦系数取0.6~1.0分析,断层附近的现今地应力状态达到或超过产生逆断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造应力有利于逆断层活动.     

从水压致裂结果讨论华北地区构造应力场

本文分析讨论了华北地区的应力场,认为本区深部水平应力东高西低。平原区各测点的水平主应力值是深度的线性函数,鄂尔多斯隆起区的水平主应力值随深度的增加而增大。平原区500米深度以内至今仍表现为引张性质。 京津唐渤地区,深部最大水平主压应力方向为北东东向或近东西向。30米深度以内,应力方向比较分散,30米以下,随深度增加,主应力方向有旋转趋势。 应力改变触发地震的机制,主要是由于最小水平主应力的减小,或两个水平主应力同时减小     

2009年中国大陆地区部分地震的震源机制解

选用国家地震台网和区域台网的初至波P波初动符号资料,采用下半球等面积投影,用格点尝试法计算了2009年中国大陆27次MS4.5级以上地震的震源机制解。根据Zoback[1]研究全球应力场时的分类标准,对断层面解类型进行了分类。结果表明:走滑型(SS)地震13次,逆断层为主兼走滑(TS)8次,逆断层(TF)2次,正断层为主兼走滑(NS)3次,正断层(NF)1次。主压应力轴P轴方位的优势分布具有明显的区域特征,除东北地区有稍微的偏移,其余地区都与当地的背景构造应力场基本一致。