房山大理岩试件的水压致裂试验

引言 按照Hubbert和Willis的理论,水压致裂的破坏准则为: P_c-P_o=σ_t+3σ_3-σ_2,(1)式中P_c是破坏压力,P_o是岩石中的初始孔隙压力,σ_t为钻孔壁上岩石在水平方向的拉伸强度,σ_2和σ_3依次为水平方向上的最大和最小的有效主应力,取压应力为正。因为破裂面垂直于最小水平主应力,关泵后裂缝既不扩展也不     

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.     

利用卡洪山口科学研究钻孔中应力引起的钻孔崩落估计最大水平主应力值

本文我们利用钻孔岩样的力学性质,详细观察应力引起的钻孔崩落和由水压致裂实验估计的最小水平主应力值S_(kmin),构成了卡洪山口(Cajon Pass)钻孔直至3.5km深的最大水平主应力。S_(Hmax)的垂直剖面。正如基本上与所有其它的钻孔一样,卡洪山口钻孔的水压致裂应力测量得到的,最小水平主应力S_(hmin)数据比最大水平主应力S_(Hmax)的数据多得多(并且更加可靠)。为利用观察的井壁崩落约束S_(Hmax)的值,使用了由有效应变能准则得出的脆性破裂准则。这个破裂准则也允许我们考虑钻孔周围的三向应力,并考虑孔隙流体压力以不同方式对岩石强度的影响。比较从崩落估计出的S_(Hmax)剖面和从水压致裂实验得出的S_(Hmax)的估计值表明:当孔隙压力对水压致裂破裂起始的影响可以忽略时,它们相当符合。在这个钻孔中,直至3.5km深的总体应力状态相当于倾滑兼走滑断层型应力状态。最大水平主应力剖面有几个应力值显著减小的地方,它们与主要的断层带有关,这个结果和由水压致裂得出的最小水平主应力S_(kmin)剖面一致。     

水压致裂试验过程中的地电效应研究

本文总结了在水压致裂试验现场多台电法仪器测量和记录到的加压过程中的地电效应,并得到一些能反映岩石破裂情况的有意义的结果:（1）随着压力增加,电阻率明显上升.当压力超过岩石临界应力的一半以后,电阻率即很快地下降,卸压后又逐步回升,其变化椭圆的长轴方向与岩石破裂面的延伸方向是一致的;（2）以压力孔为中心的自然电位及ZK2,ZK14孔的井下电位都伴随着加压过程而变化,强烈反映了过滤电场与孔隙水压力的相关性.      

水压致裂过程中的裂缝扩展——用封闭压力确定最小水平主应力

水压致裂应力测量的理论是建立在裂缝扩展方向仅受应力条件的控制,不管介质如何不均匀,最终裂缝扩展方向都沿着最大水平主应力方向,裂缝面垂直于最小水平主应力的基础上。在水压致裂模拟实验中,我们观察和分析了这一方面的问题,认为,水压致裂裂缝扩展方向基本满足上述要求,以封闭压力确定最小水平主应力,进而得到最大的水平主应力是可行的。     

水压致裂法地应力测量若干问题的探讨

在深层地应力测量中,水压致裂法是最有效的测量方法。本探讨了该方法的几个关键性问题,例如压裂特征参数的取值,三维地应力测量,压裂缝的方向,破裂准则和钻孔轴向秒是主应力的一个方向等问题。     

黑龙江亚板块中强地震空间网格化特征分析

节理是当岩体受区域性的应力作用时,岩石中沿破裂面的两侧岩块没有位移或相对位移很小的断裂。俞鸿年、芦华复（1998）给出了共轭剪节理与主应力轴的关系模型。节理和断层是发生在岩石中的断裂,均形成岩石面破裂。大尺度的剪切带（断层）与地震的发生有密切关系,而中等尺度的剪切带（如岩石的节理面等）往往是决定岩石或岩体强度的主要因素（陈顒等,2001）。     

受压岩石裂隙相互作用导致破裂的机理

应用伪张力法，研究了在压应力状态下岩石内部任意多条随机微裂隙的相互作用和扩展聚集机理．即在受载岩石裂隙的相互作用下，形成一个裂隙较易聚集的方向，岩石的宏观破裂与此方向有关．给出了岩石宏观破裂判据，并确定了破裂面的方位．指出库仑准则所确定的初始剪切破裂方向仅为本文的一个特例．作为实例分析了雁形裂纹的形成和扩展机制．     

唐山地震由应力减小引起的可能性

唐山地震城源周围的水压致裂资料的分析表明,震前最大水平应力和最小水平应力均处于减小的过程中。过去认为观测到的应力减小过程反映了地壳更深部位的应力增加,从而导致地震的发生。近年来进行的岩石力学实验表明,减小最小主应力或中等主应力均有可能导致岩石破裂。由此引入了应力减小引起地震的概念。根据这一概念重新分析了唐山地震的成因。既然震前已观测到应力的减小过程,则唐山地震就有可能是由应力减小引起的。     

先存组构对各向异性岩石流变强度的影响

地壳深部岩石普遍存在变形组构,花岗质岩石中的变形组构不仅影响岩石强度,而且对后期变形具有显著控制作用。近年来,先存组构对各向异性岩石的流变强度影响成为高温高压实验研究的热点之一。文中对前人给出的各向异性岩石(包括云母片岩-片麻岩、石英-钙长石均匀混合体与层状组构样品)半脆性-塑性流变实验数据进行了重新整理与分析,结合作者开展的不同组构条件下花岗片麻岩与糜棱岩流变实验结果,讨论了先存组构对各向异性岩石流变强度的影响。实验数据表明:1)各向异性岩石的面理与最大主应力方向的角度是影响强度的主要因素。在半脆性破裂域,样品压缩方向垂直于面理(PER)和平行于面理(PAR)的强度基本相同,在压缩方向与面理呈30°夹角时,岩石破裂强度最小;在塑性流变域,垂直于面理方向的强度显著高于平行于面理方向的强度,当面理与最大主应力方向的角度为45°时,岩石强度最小。2)后期变形对原有组构的继承与改造程度,决定了各向异性岩石强度高低。3)样品中矿物的含量、分布与粒度对各向异性岩石强度有显著影响。理论模型预测结果与云母片岩实验结果比较吻合,但其他类型各向异性岩石的流变比理论模型结果要复杂得多。因此,进一步开展具有先存组构的各向异性岩石的流变实验,并将实验变形与实际地质条件下更为复杂的岩石变形进行对比分析,是认识各向异性岩石流变和变形机制最有效的方法。     

内孔加压三轴条件下岩石的破裂试验研究

本文应用岩石孔压三轴仪,研究花岗岩和大理岩的破裂特性,探讨应力途径对岩石破裂强度的影响。试验结果表明:(1)岩石的内孔水压致裂强度随围压的增加而线性增加,(2)在拉,压应力组合条件下,岩石呈现出拉破特性,引起岩石破裂的拉应力随着轴压增加而减少;(3)孔压致裂法获得的岩石抗拉强度值偏高     

应力途径和破裂前兆

本文研究了在不同的应力途径下岩石破坏的条件和破裂的前兆.选定了三种应力途径进行研究:在一定应力状态下增加最大主应力σ₁, 保持σ₂, σ₃不变, 使岩石破坏（A 型）;减小最小主应力使岩石破坏（B 型）;增加最小主应力岩石不破坏（C 型）.通过实验得到了济南辉长岩和昌平花岗岩 A 型途径和 B 型途径破裂强度的比较.对三种途径岩石的体应变、声发射和波速V_p, 进行了对比研究.A 型途径的破裂前兆表现与许多作者的结果相符合.B 型途径岩石断裂前处于"过密"状态, 与此相联系的声发射增加和波速V_p下降出现得很晚.C 型途径岩石处于超膨胀状态, 出现了声发射增加和波速V_p下降而岩石并未破坏的现象.      

微震分析水压致裂的破裂过程

水压致裂技术广泛用于增加石油和天然气产量和开发地热资源．用水压致裂法在地下深部形成破裂带系以储存固液态废物是工业技术与环境保护科学相结合的最新进展．了解水压破裂的力学特性和破裂带的几何形状对于资源开发和贮存废物都十分重要．水压破裂常伴有大量极微震发生．分析伴生微震的时空强分布可得出水压破裂带的几何参数及破裂过程的运动学和动力学参数．利用波形相关分析和时空搜索定位法，我们高精度地确定了157个水压破裂伴生微震的震源位置．微震的空间分布图清晰地刻画出水压破裂带的空间尺度和取向．由微震的时空分布的变化推断出破裂带的扩展方向和速率．应用经验格林函数法分析孪生地震对得到较大微震的震源时间函数和震源参数，如地震矩、破裂半径和应力降．震源时间函数的方向性变化表明破裂向西北方向传播，与破裂带扩展方向一致．微震应力降的较大变化反映出水压破裂带上力学性质的显著不均匀性．      

云南鲁甸3次MS5.0地震破裂参数的研究

地震破裂方向的确定是震源机制研究中的重要内容之一.对于中强地震,目前一般是根据震源机制解结合余震总体分布走向、野外地震地表破裂带展布或震线长轴方向推测震时的主破裂面的破裂方向.     

唐山地区深部应力测量

在唐山东约20公里的东矿区黄坨苗圃356米深钻孔中,在300米以上深度成功地进行了11次水压致裂应力测量,取得了主应力大小及其方向随深度变化的资科。测量结果表明,现在唐山地区的应力水平很低,在接近300米的深度上最大水平主应力仅7.8兆帕,最大水平剪应力值也仅1兆帕。最大主应力方向在180米以上变化较大,180米以下的三次测量结果一致性很好,最大主应力方向为北81°西到北86°西,与华北地区应力测量的总体方向是一致的。文中还将水压致裂应力测量的结果与应力解除与用声发射凯塞效应法测得的结果作了对比。     

联邦德国等国利用水压致裂和钻孔崩落研究地应力的近况

本文以笔者所了解的情况,介绍了联邦德国等国利用水压致裂和钻孔崩落研究地应力的近况。水压致裂应力测量目前值得注意的动态是:①世界上拥有小型轻便的软管水压致裂设备的研究小组愈来愈多;②联邦德国鲁尔大学地球物理研究所计划研制可用于更深的钻孔(6公里),并将井下超声电视、测震计与水压致裂封隔器装在一起的新设备;③利用一孔多段以至地点相近的多个钻孔的水压致裂数据,只用封闭压力和张开裂缝方位的观测值反推地应力大小和方向的参数;④破裂力学理论的初步应用。此外,在用钻孔崩落研究地应力方面的主要成就是,对有孔岩石标本所作的单轴压缩试验以及理论分析表明,崩落机制主要由岩壁张破裂(而不是剪切破裂)引起。     

地震断裂和应力场

本文讨论了地震断裂和构造应力之间的关系。首先综述了地震机制研究的结果,指出断层面解可以给出较好的断层面的取向,而得不到确切的应力场;认为地震是一个复杂的破裂过程,而P波初动只反映了破裂开始的状态。应用了库仑准则对地震断裂进行了讨论,得出在各向同性介质中,最大主应力与断层面的夹角α≤45°,断层面解只是它的一个特例,μ=0,即没有内摩擦,或相当于围压很高的岩石试验结果;在软弱面存在的情况下,断裂面与最大主应力的夹角可以分布在更大的范围内,可以大于45°,也可以小于45°,这范围取决于破裂参数S_w,μ_w以及中等主应力σ_2。讨论了震前应力变化的过程,指出了五种基本可能引起地震的过程     

用充电电位对比法确定水压致裂裂缝方位的数理初探

引言 当垂直主应力为中间主应力状态时,水压致裂所产生的裂缝方位必然沿着最大主应力方向展布。因此,测定主裂缝的方位,对于确定最大主应力方向、研究区域应力场的形态都是十分重要的。测量压裂裂缝方位通常的方法是用可膨胀橡胶封隔印模器与井下电视,这两种方法的优点是明显的,但它们共同的缺点是只能观察到裂缝在孔壁面上的位置,而其延伸方向     

运用水压测试法获取地应力张量——以法国巴黎盆地中的沉积岩为例

水压致裂法、已存裂隙中的水压试验、套筒重开测试(sleeve reopening tests)以及对钻孔中主应力方向上的雁列式破裂的分析测试表明,上述方法在确定巴黎盆地东部沉积层的地应力张量的垂直剖面时起到了很好的作用.该应力剖面揭示出一个190 m厚的黏土层剪应力的松弛现象,这种现象导致应力随深度表现出强烈的非线性变...     

水压致裂法的改进与应用

水压致裂法测应力方法比较简单,又不需要弹性模量、抗张强度等岩石力学参数以及精密的电子传感仪器,故能广泛应用于各种工程钻孔内任意深度的现场地应力测量。即使在不利的条件下,如富含水或高应力状态的区域、多孔隙或破裂岩石区域等,此法亦能适用。它测定的一般是几米长度范围内的平均应力,很少