雪峰山深孔水压致裂地应力测量及其意义

利用最新研制的深孔水压致裂地应力测量设备在雪峰山2000 m科钻先导孔内开展了原地应力测量,在孔深170~2021 m范围内获得了16个测段的有效地应力测量数据,是国内首次利用水压致裂法获得的孔深超过2000 m深度的原地应力测量成果。测量结果表明,地应力随孔深增加而逐渐加大,对实测数据进行线性回归,得到最大和最小水平主应力随深度变化的关系分别为:S_H=0.03328H+5.25408,S_h=0.0203H+4.5662,在孔深2021 m深度,其实测值分别为66.31 MPa和43.33 MPa。基于实测数据,结合钻孔成像测试和井温测试结果,对测点应力状态进行了综合分析。在170~800 m深度范围,三向主应力关系为S_H > S_h > S_v,有利于逆断层活动;孔深1000~2021 m表现为S_H > S_v > S_h,表明该区域深部应力结构属于走滑型。最大水平主应力方向为北西-北西西方向。基于实测地应力数据及莫尔-库伦破裂准则,对测区附近断层活动性进行了分析讨论,认为该区域断层处于稳定状态。      

中国大陆科学钻主孔现今地应力状态

用钻孔崩落法确定了中国大陆科学钻探主钻孔5 047 m深度以上的现今地应力状态.由钻孔声波成像测井资料发现, 科学钻主钻孔在1 200 m深度以下出现了钻孔崩落现象.我们从1 216~5 047 m的深度范围内采集了143个钻孔成像测井图象资料, 对钻孔崩落椭圆长轴方位进行了统计, 结果表明崩落椭圆长轴平均方位为319.5°±3.5°, 最大水平主应力方位平均为49.5°±3.5°.利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度) 以及岩石的内聚力和内摩擦角, 估算了1 269 m至5 047 m范围内52个深度上的最大和最小水平主应力的大小.结果表明, 在浅处1 216 m深度, 最大水平主应力为42 MPa, 最小水平主应力为30.3 MPa; 在深处5 000 mm深度, 最大水平主应力为160.5 MPa, 最小水平主应力为120 MPa; 地应力随深度近于线性增加.据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力.3个主应力的大小和方向反映出科学钻主孔位置的应力场处于走滑应力状态, 与临近地区地震震源机制解和其他方法得到的应力场一致.利用声发射法对岩心试件进行了声发射测量, 得到了最大水平主应力幅值, 并与崩落法测量结果进行了对比, 两者十分一致.      

川西郭达山隧道水平孔地应力测量与工程意义

新建川藏铁路穿越鲜水河活动构造带,沿线构造应力场极其复杂,隧道围岩工程破坏问题突出。为了揭示该区构造应力场特征,为深埋隧道设计、施工提供基础参数,采用新型水压致裂地应力测量系统在川西郭达山隧道水平孔获得10段有效地应力测量数据,最大测量深度达508.10 m,创造了水平孔地应力测量最深记录。测量结果表明,在148.4~508.1 m测量深度范围,郭达山隧道水平孔截面上最大主应力值为3.59~13.72 MPa,最小主应力值为3.28~8.36 MPa。根据印模实验结果,除浅部钻孔截面上最大主应力倾角较大外,深部钻孔截面上最大主应力倾角近水平。根据地应力状态将0~280 m段划分为应力释放区,280~330 m段为应力集中区,大于330 m段为原地应力区。基于地应力测量结果对郭达山隧道水平孔围岩稳定性进行了预判分析,在孔深292.9 m、508.10 m处隧道围岩有轻微至中等程度岩爆可能,其余段无岩爆可能性。     

中国大陆科学钻探主孔声发射法现今地应力状态的确定

对中国大陆科学钻探主孔的岩心进行了声发射测量,确定了301～1531m深度的最大主应力。并与钻孔崩落法(深度1269～1655m)测量结果进行了对比,结果表明,声发射测量所得测值基本上落在钻孔崩落法测值的趋势线上,两种方法所得结果一致,说明测量结果可信。测量结果表明科学钻探主孔地应力大小随深度增加,在浅部301m最大主应力为13.4MPa,在深部1655m为55.2MPa。随深度的增加率为0.0279MPa/m。最大主应力方向为N54°±3.3°E,且方向不随深度变化。     

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。     

鄂东大队打了四个高标准鑽孔

今年六、七月间,湖北省地质局鄂东地质大队试用初级定向钻进方法成功地打了四个高标准钻孔。这四个定向钻孔,对矿体的实际空间控制座标点同设计要求的控制座标点,都非常接近,如7B/184孔,控制深度176.5米,偏离只1米;7A/179孔,控制深度148米,偏离1.75米;5/210孔,控制深度213米,偏离4.5米;7B/183孔控制深度131米,     

锦屏深部地下实验室初始地应力测量实践

地应力条件是大型地下洞室稳定性分析与工程设计的必要信息之一,对于深部高应力地下工程的安全评价与灾害防治尤为重要。以埋深2 400 m的中国锦屏地下实验室为例,首先重点阐述了高应力下条件下应力解除法测量地应力的原理与方法,并提出了针对在高应力条件下使用36-2型钻孔变形计地应力测量的改进技术：（1）采用新式阶梯状钻头,分级逐步解除,减小岩芯根部应力集中区域的范围和应力大小;（2）使用大直径解除钻头来增加套孔空心圆柱状岩芯的厚度,即增大裂隙贯通整个岩芯的时间;（3）在测点附近钻取勘探孔以获知测点岩体完整性条件,对是否适合开展测试进行评估。在此基础上,通过现场岩体地应力测试获得每个测孔不同深度垂直钻孔轴线平面上的平面应力状态以及三孔交汇处的三维应力状态（3个主应力的大小和方向）,分析开挖扰动导致的围岩应力重分布规律与原始应力场分布。依据洞室围岩重分布应力特征与现场实际破坏的空间位置对应关系,结合现场破坏情况和工程区域地质条件,多角度验证了三维应力结果是可靠的,可为进一步的工程稳定性评价以及围岩支护设计提供依据。     

京津冀协同发展区地应力监测孔钻探施工技术

地应力监测孔作为地应力测量与监测的基础场所,钻探施工的质量直接影响到地应力测量试验的效果,扩孔的质量更是决定地应力监测仪器能否顺利安装以及后期监测仪器能否正常工作的关键因素。本文以京津冀协同发展区地应力监测孔钻探施工为例,详细介绍了地应力监测孔的施工工艺,包括取心钻具组合、金刚石钻头选择、组装式扩孔钻头分级扩孔钻进等,对保证钻孔垂直度和同心度、降低钻孔孔径误差、保证岩心采取率,以及提高监测孔扩孔效率和质量等关键技术提出了一些具体措施,并取得了良好的钻探效果,对今后地应力监测孔的钻探施工具有重要的指导作用。     

水电工程中地应力测试孔的钻进

水电工程中的地应力测定工作,能及时了解地下深部岩体中的地应力变化情况,这对于大型水坝工程设计与后期稳定都有着直接的关系.通过钻孔进行地应力测试的技术,在国内已经成功地被运用于矿山与水电等工程上,但如何在几百米深度、孔内有水的情况下进行地应力测试,仍是一个技术难题.1984年,我队配合长江水利水电科学院,借助于从瑞典国家电力局引进的地应力测试装置与配套金刚石钻头,在长江三峡船闸区300号钻孔里,首次成功地进行了304.72米深     

北京（密云）地应力监测孔钻探技术

地应力监测钻孔既要满足岩心地质力学测试又要达到孔内实验仪器安放的要求,其钻探质量要求高,施工工艺较常规固体岩心钻探施工复杂。以北京市密云县园林东路1号地应力监测孔钻探施工为例,介绍了北京地区地应力监测孔钻探施工技术。     

地应力钻孔施工关键技术探讨

汶川地震后,地应力研究受到重视,应力孔施工也日渐增多。本文依据多个项目实践经验,总结了地应力钻孔施工中的一些主要技术问题,介绍了钻孔结构设计按照终孔直径选择、监测仪器安装以及地层条件来综合考虑的方法。特别是从保证技术套管的使用和起拔安全,保障仪器安装精度的扩孔技术,冲洗液的选择与控制,应力测量与应力监测仪器安装的技术保障措施等应力孔施工关键技术方法方面探讨和总结了该类型钻孔施工技术特点和技术经验,系统总结了孔内应力测量和监测仪器安装技术方法,对同类项目的开展具有一定的借鉴和现实指导意义。     

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。     

差应变法地应力测量——以汶川地震断裂带科学钻探WFSD-1钻孔为例

岩心差应变分析法是汶川地震断层科学钻探(WFSD)项目地应力测量的主要手段之一, 该技术通过高压容器对取之于钻孔不同深度的实验样品施加围压, 观察先前由于失去地层应力而膨胀产生的裂纹重新闭合, 并通过裂纹闭合过程差应变曲线分析, 确定主应力大小和方向。WFSD-1孔12个岩心样品的DSA测试结果表明:断层上下盘的应力状态有明显差异, 区域地应力不仅随深度增加, 还与地质结构和岩石的物理性质等因素有关。      

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。     

钻铤加压

为了解决孔斜问题,我队采用了钻铤加压的方法,经半年多的使用证明,效果很好.试验最初是在507机和508机进行的.打完两个钻孔后,第一次测量钻孔倾角,符合设计要求.将测斜仪校验后测第二次,结果与第一次测的度数一致.此后,用钻铤加压方式共打了10个钻孔.深度都在300米以上,有两个钻孔深度为500米,终孔倾角偏斜不超过1°,只个别钻孔钻到200米后撒掉钻铤开     

磁性矿区钻杆柱定向测斜方法介绍

我队勘探的是一个埋藏很深的磁铁矿,钻孔深度大部份为800-1000米,开孔角度为90°。钻杆开始弯曲的部位,一般在300-400米以下,我们称这种钻孔为“直斜孔”(见图1)。如何对这种钻孔进行弯曲测量,没有现成的方法可以利用。有些钻孔开     

煤矿近水平定向钻孔测斜技术

在进行煤矿近水平钻孔的测量时，对于测斜仪的选型及输送方法都有别于垂直钻孔。以ZJS-1型钻孔监测系统和CQ-1A型单点测斜仪为例，介绍了煤矿近水平孔测斜技术。     

淮南煤田潘集煤矿外围勘查区水压致裂地应力测量研究

为分析淮南煤田潘集煤矿外围勘查区的地应力分布规律,采用水压致裂法及装置,对研究区深部勘查区域地应力进行了测试。本次研究共完成3个钻孔、28个测点的现场实测,3个钻孔深度均超过1400 m,其中最大测点深度为1460 m。通过实测和分析,获得了勘查区的地应力状态及其分布规律。研究结果表明:(1)勘查区深度466~1460 m范围内最大水平主应力为13.62~54.58 MPa,最小水平主应力为11.79~37.93 MPa,最大水平主应力方向为NEE向,实测地应力值随着深度增加成近似线性增长的关系;(2)勘查区最大水平主应力与垂直应力的比值为1.03~1.44,平均比值为1.28,表明勘查区地应力状态以水平应力为主导;(3)在埋深450 m以深地应力场类型表现为构造应力场型,且随深度增加,构造应力显现也增大。测量结果可为勘查区矿井规划与煤炭开采设计提供科学依据。     

基于钻孔形态分析的地应力测量方法研究

地应力作用下的钻孔孔壁会发生一定程度的变形,导致钻孔横截面形状会发生变化,变形后的钻孔几何形态也反映了钻孔受力状态。在经典岩石力学理论的基础上,研究钻孔在平面二维应力作用下的几何形态,建立应力与变形后圆孔几何参数的关系,实现基于钻孔椭圆参数的应力解算,并提出钻孔椭圆参数的测量方法和测量技术,形成一种新的基于钻孔形态分析的地应力测量方法。结果表明,（1）在平面二维应力作用下圆孔变形后的几何形态为椭圆,推导了椭圆参数与应力的关系表达式;（2）利用3个不同方向的孔径值可以实现椭圆参数的解算,研发触头式显微光学孔径测量技术,实现了钻孔形态的测量,从原理上分析了技术实现的可行性,并就该技术进行地应力测量过程中可能存在的问题进行了探讨;（3）通过室内模拟试验,验证了技术原理的可行性,并通过误差分析和实例计算对该方法测量结果的准确性进行了讨论。     

汶川地震断裂带科学钻一号孔ASR法地应力测量

大地震后发震断裂附近的应力状态是认识和理解地震机理的重要参数.5.12汶川地震后,我国开展了基于地震机理研究的汶川地震断裂带科学钻探项目(Wenchuan Earthquake Fault Scientific Drilling Project,简称WFSD),为研究震后龙门山断裂带附近深部应力状态提供了条件.本文主要介绍适合深部应力测量的非弹性应变恢复法(Anelastic strain recovery method,简称ASR法)的测试设备和流程,并利用ASR法对WFSD-1号钻孔岩心进行了原地应力测量,取得了该钻孔424～1173 m深度范围内7个岩心样品的非弹性应变恢复实测数据,并根据成像测井对岩心进行了定向,确定了原地应力方向,估算了原地应力的大小.WFSD-1钻孔最大主应力的方位为NW69°～NW35°,主应力的大小随深度的增加而增大.