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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

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地球物理学报 2023年第4期66卷 1545-1557页

作者：乔二伟马秀敏彭华张文汇翟玉栋李嘉瑞中国地质科学院地质力学研究所北京100081 北京科技大学北京100083 自然资源部北京地壳应力应变野外科学观测研究站北京100081 自然资源部活动构造与地质安全重点实验室北京100081 中国地质调查局地应力测量与监测重点实验室北京100081 中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074 联合泰泽(山西)环境科技发展有限公司太原030000

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... 详细信息

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;②SH(最大水平主应力)、Sh(最小水平主应力)和Sv(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SH>Sh>Sv;在180~300 m,则表现为SH>Sv>Sh,该应力关系有利于走滑断层活动;③钻孔上部SH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.

关键词：长白山天池火山 MJZ测点水压致裂地应力测量断裂稳定性

基于水压致裂法的三山岛深竖井工程区地应力测量与反演分析

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地质力学学报 2023年第3期29卷 430-441页

作者：朱明德王照亚张月征李文光侯奎奎纪洪广尹延天付桢郝英杰山东黄金集团有限公司深井开采实验室山东莱州261400 山东省深海深地金属矿智能开采重点实验室山东莱州261400 山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿山东莱州261400 北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 矿山深井建设技术国家工程研究中心北京100013

山东省三山岛西岭矿区拟建2000 m深副井,属于超深井建设工程。揭示建井工程区地应力场特征是开展竖井设计、建设施工的必要先决条件之一,研究中采用水压致裂法开展了深部竖井地应力现场测量工作,测量深度达到1899.00 m,通过数值仿真模... 详细信息

山东省三山岛西岭矿区拟建2000 m深副井,属于超深井建设工程。揭示建井工程区地应力场特征是开展竖井设计、建设施工的必要先决条件之一,研究中采用水压致裂法开展了深部竖井地应力现场测量工作,测量深度达到1899.00 m,通过数值仿真模拟方法反演了竖井工程区2017.56 m深的地应力场。结果表明:在水压致裂测试的钻孔357.76~1899.00 m深度范围内,最大水平主应力(SH)为23.16~70.86 MPa,最小水平主应力(Sh)为15.24~47.06 MPa;主应力随深度近于线性增加,地应力测量孔实测最大水平主应力方向分别为NW55.5°、NW60.4°、NW58.4°,为近北西方向;竖井工程区应力场主要以水平应力为主导,1200.00 m以下铅直主应力(Sv)为中间应力,SH与Sv之比平均值为1.53;通过FLAC 3D软件的反演分析获得了建井工程区内地应力场随深度、地层变化的分布规律,测试点的反演结果与实测值基本一致。近2000 m超深地层地应力状态及其分布规律,为竖井工程的井筒井壁设计和工程风险评估提供了基础科学依据。

关键词：深竖井深部地层水压致裂法地应力测量地应力反演

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干热岩地应力测量评价方法与前沿挑战

地球学报 2023年第1期44卷 200-210页

作者：许家鼎张重远缑艳红高万里何满潮陈群策秦向辉李少辉孙东生中国地质科学院地质力学研究所北京100081 中国矿业大学(北京)力学与建筑学院北京100083 中国石油集团测井有限公司地质研究院陕西西安710200

可靠的地应力数据能够指导开发干热岩资源。本文针对干热岩深部储层地应力调查存在的困难,按照基于钻孔、岩芯和地质的三类调查手段,首先总结提出了适用于干热岩地应力测量与评价的方法,并指出了其基本原理、测试仪器、应用场景与存在... 详细信息

可靠的地应力数据能够指导开发干热岩资源。本文针对干热岩深部储层地应力调查存在的困难,按照基于钻孔、岩芯和地质的三类调查手段,首先总结提出了适用于干热岩地应力测量与评价的方法,并指出了其基本原理、测试仪器、应用场景与存在的优缺点。然后,以我国青海共和干热岩试采工程为例,提出了干热岩地应力测量与评价模式,给出了储层地应力特征的主要认识,并验证其与工程开发结果的一致性。最后,总结了干热岩地应力测量方法的认识,指出了干热岩开发中与地应力相关的两大前沿科学问题,即储层裂缝控制与诱发地震,并对其发展趋势与挑战进行了展望。

关键词：干热岩地应力测量评价方法水力压裂储层建造诱发地震

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麦垛山煤矿地应力测量及井田应力场特征分析

中国安全科学学报 2023年第S2期33卷 91-95页

作者：刘向阳刘永豪张顺峰兰天伟赵文菊神华地质勘查有限责任公司辽宁工程技术大学矿业学院辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院辽宁省地质矿产调查院有限责任公司

为确定麦垛山煤矿不同构造应力区对采掘工程和矿井动力灾害的影响，采用水压致裂法对麦垛山煤矿6号煤层地应力测量，构建麦垛山煤矿6号煤层顶板岩性数据库和煤岩地质构造模型，并运用“岩体应力状态分析系统”明确麦垛山井田应力分布和... 详细信息

为确定麦垛山煤矿不同构造应力区对采掘工程和矿井动力灾害的影响，采用水压致裂法对麦垛山煤矿6号煤层地应力测量，构建麦垛山煤矿6号煤层顶板岩性数据库和煤岩地质构造模型，并运用“岩体应力状态分析系统”明确麦垛山井田应力分布和分区特征。结果表明：麦垛山煤矿属于典型走滑型应力场，即水平应力为主导的构造应力场，最大主应力为15.02 MPa,方向为N15.6°E,井田范围共划高应力区、应力梯度区、应力正常区及低应力区4个应力区域，并且分别占井田面积7.5%、8%、57.5%和27%。在高应力区和应力梯度区，受采掘扰动叠加影响容易导致巷道发生顶板垮落和底鼓等现象；在应力正常区和低应力区，巷道受原岩应力的影响较小，不易产生能量积聚，巷道破坏的危险性降低。对于正在掘进和未投入使用的巷道，应根据应力分区特征加强对巷道围岩的监测和支护，实现煤矿开采工程与灾害防治工作的分级、分区管理，保障煤矿生产安全。

关键词：地应力测量最大主应力应力区域构造应力场巷道围岩

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冀东南堡储气库射孔段分层地应力测量方法

油气储运 2022年第9期41卷 1029-1035页

作者：杨跃辉高广亮王芳李超锋万文瑾孙东生陈群策中国地质科学院地质力学研究所·自然资源部活动构造与地质安全重点实验室中国石油冀东油田公司

地应力是确定地下储气库上、下限运行压力、地质体稳定性评价及库区断层活动性分析等方面的重要基础数据。介绍了射孔段分层地应力测量方法、测试设备及施工流程,并利用该方法实测获取冀东油田堡古2区块NP36-X井4150.0~4338.0m测段深度... 详细信息

地应力是确定地下储气库上、下限运行压力、地质体稳定性评价及库区断层活动性分析等方面的重要基础数据。介绍了射孔段分层地应力测量方法、测试设备及施工流程,并利用该方法实测获取冀东油田堡古2区块NP36-X井4150.0~4338.0m测段深度范围内2个储层段和3个泥岩盖层段的最小主应力。结果表明:每个层段均进行3个以上回次的重复测试,多个回次的裂缝闭合压力具有较好一致性且相对误差均小于5%;利用多种裂缝闭合压力分析方法,确定NP36-X井泥岩盖层内最小主应力介于72.40~74.27MPa;利用裂缝扩展压力和注入流量综合确定高渗储层的最小主应力介于54.89~60.25MPa。该方法是在老井射孔段分层地应力测量方法上的探索,基于裂缝扩展压力和注入流量的现场应用试验,可在一定程度上弥补经典水压致裂地应力测量方法不适用于高渗地层的缺憾。

关键词：地下储气库水压致裂法地应力测量高渗地层孔隙压力

地应力测量在岩石与CO_2突出灾害研究中的应用

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煤炭学报 2009年第1期34卷 28-32页

作者：王连捷孙东生张利容周冠武国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室北京100081 中国地质科学院地质力学研究所北京100081 长春煤田地质研究所吉林长春130022

为减轻和防治岩石与CO2突出灾害,对吉林营城煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试、CO2气体压力量测以及地质构造分析,并进行了应力场的数值计算,得到了该区地应力的详细分布情况.在此基础上,预测了岩石与CO2突出的危险区,提出了用... 详细信息

为减轻和防治岩石与CO2突出灾害,对吉林营城煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试、CO2气体压力量测以及地质构造分析,并进行了应力场的数值计算,得到了该区地应力的详细分布情况.在此基础上,预测了岩石与CO2突出的危险区,提出了用超前钻孔爆破卸压法降低工作面前方的气体压力和地应力的防治措施.

关键词：地应力测量岩石力学性质破裂准则突出区预测

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地应力测量

岩石力学与工程学报 1985年第1期 95-111页

作者：李方全国家地震局地震地质大队

近二十多年来地应力测量愈来愈受到岩石力学科学家和地球物理科学家的重视。对于各种地质现象的合理解释、地震的预测和控制、岩石工程中稳定结构的设计以及从地下安全地开发能源和矿产资源,都需要了解地壳中的应力状态。对于岩石力学... 详细信息

近二十多年来地应力测量愈来愈受到岩石力学科学家和地球物理科学家的重视。对于各种地质现象的合理解释、地震的预测和控制、岩石工程中稳定结构的设计以及从地下安全地开发能源和矿产资源,都需要了解地壳中的应力状态。对于岩石力学与工程来说,地应力测量显得尤为重要。因为岩石力学的根本任务,是研究

关键词：地壳应力孔壁应变计测力计地应力测量岩体变形岩石工程最大主应力卸载法应力解除法受力状态主应力方向

注浆凝固对流变应力恢复法地应力测量的影响分析

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注浆凝固对流变应力恢复法地应力测量的影响分析

作者：徐然武汉大学

学位级别：硕士

流变应力恢复法是一种适用于深部破碎软岩、利用岩石的流变性进行地应力测量的新兴方法。通过在围岩内埋设多方向压力传感器,实现测点三维地应力的获取,其实用性已经得到工程验证。压力传感器推入钻孔后必须进行钻孔注浆密实,围岩、注... 详细信息

流变应力恢复法是一种适用于深部破碎软岩、利用岩石的流变性进行地应力测量的新兴方法。通过在围岩内埋设多方向压力传感器,实现测点三维地应力的获取,其实用性已经得到工程验证。压力传感器推入钻孔后必须进行钻孔注浆密实,围岩、注浆体和传感器构成系统共同发生力学场的变化,围岩应力经由注浆体传递至传感器。浆液发生凝固,其泊松比、弹性模量和收缩应变随时间变化,影响了围岩和注浆体内应力分布,因而注浆体变形性质决定着传感器可感知的压力,影响地应力测量值。此外,由于钻孔注浆不具备振捣和养护条件,注浆体不能完全密实,水化失水致使毛细力增大产生拉力,导致注浆体出现塑性拉裂,及不同材料界面间的脱离。本文采用理论分析、室内试验和数值模拟相结合的研究方法,研究了注浆体凝固过程中变形性质和注浆体内部结构的变化,分析注浆凝固对钻孔中传感器应力测量产生的干扰,提出和论证有效改进方法,旨在完善流变应力恢复法地应力测量理论和技术应用。论文主要研究内容如下:(1)分析流变应力恢复法地应力测量中注浆环节的必要性,通过试验和理论研究分析影响注浆体弹性模量、泊松比、收缩应变的因素并得到参数取值范围,建立围岩-注浆体-传感器三层结构三维模型,研究以上三个参数取不同值时注浆体对传感器应力感受的影响。由试验现象说明注浆体内出现了不利结构,且会影响地应力测量。(2)对注浆体凝固期间性质变化进行研究,开展注浆体泊松比测量试验,得到用于描述泊松比、弹性模量和收缩应变的函数。建立数值模型,分析三层结构模型中注浆体性质变化对地应力测量的影响,发现泊松比变化使早期测量值的应力椭球偏圆;弹性模量变化使应力椭球偏小,且形状更扁;水化收缩使传感器测得应力更大,但传感器表面局部因此出现拉应力。多因素共同影响的效果表现出各单因素的影响特征,但不能按加和关系将各因素的影响分离。(3)建立数值模型,分析注浆体与传感器界面脱空层、注浆体塑性拉裂和材料不均匀对地应力测量的影响。发现压力盒表面位于脱空层下方时,其表面正应力几乎为0;裂缝与压力盒表面相交时,相交处压力盒表面正应力几乎为0;材料不均匀使垂直方向的传感面对力的感受更差。(4)提出三个改进流变应力恢复法地应力测量的方法并论证。一是针对测量延迟改进数据后处理方式,建立实测应力曲线与性质稳定的模型得到的应力理论曲线之间的关系,实现早期应力数据的恢复。二是优化测量仪器的几何形式,改用圆柱体传感器并尽量使传感器表面平整可以减少对应力场的扰动。三是使用预制传力柱,减少现场注浆厚度,可以有效削弱注浆材料凝固的影响。

关键词：地应力流变应力恢复法注浆体地应力测量

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地应力测量在煤与瓦斯突出灾害研究中的应用

中国地质 2010年第1期37卷 223-228页

作者：孙东生王连捷赵卫华王红才国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室中国地质科学院地质力学研究所北京100081

为减轻和防治煤与瓦斯突出灾害,对红菱煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试和瓦斯气体压力量测,以及地质构造分析。在此基础上,应用突出破坏判断准则,提出了煤层稳定性评价的定量指标,从区域上预测了煤与瓦斯突出的潜在危险区,与现... 详细信息

为减轻和防治煤与瓦斯突出灾害,对红菱煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试和瓦斯气体压力量测,以及地质构造分析。在此基础上,应用突出破坏判断准则,提出了煤层稳定性评价的定量指标,从区域上预测了煤与瓦斯突出的潜在危险区,与现场实际情况吻合较好。提出了区域性与局部相结合的防突措施,取得了良好效果,表明区域煤与瓦斯突出潜在危险区预测对区域性防突措施的选择具有一定指导意义。

关键词：地应力测量煤与瓦斯突出破裂准则突出区预测