地應力的測量方法

『壹』 聲發射法現今地應力值測量

聲發射地應力測量方法是近年來發展起來的一種利用岩石的凱瑟（Kaiser）效應測量岩石今古地應力大小的地應力測量方法。

作者運用聲發射方法，在下遼河盆地作了十個新生代岩石樣品的聲發射地應力測量（測試工作由地質力學開放實驗室丁原辰研究員等完成）（圖6-5）。根據聲發射所測定的現今有效最大主應力值與孔隙壓力，對下遼河盆地的現今最大主應力值進行了計算，結果見表6-4，顯示下遼河盆地1794～3676m深度范圍內現今最大主應力值的大小為36.8～60.8MPa。如果孔隙壓力越大，有效最大主應力越低越有利於油氣聚集，則推測黃63，黃30和牛22 等井位相對有利於油氣的聚集，當然也不能排除高壓油氣圈閉的可能性。

圖6-5 燕山東段—下遼河盆地聲發射法地應力測量采樣位置圖

表6-4 下遼河盆地現今地應力聲發射法測量結果表

續表

『貳』 地應力的測量

李四光教授是中國地應力測量的創始人。早在20世紀20年代就提出地殼中水平運動為主，水平應力起主導作用。他提出，地殼內的應力活動是以往和現今使地殼克服阻力，不斷運動發展的原因；地殼各部分所發生的一切變形，包括破裂，都是地應力作用的反映；劇烈的地應力活動會引起地震。因此，「地應力的探測是地質力學具有重大實際意義的一個新方面，是值得予以重視的」。
新豐江水庫地震和邢台地震後，更加重視地應力測量工作。提出，地應力測量是實現地震預報的重要途徑。他將近八十高齡還親自參加野外地應力解除試驗工作，親自分析研究由邢台地應力觀測站發回的地應力變化曲線。
在他的領導下，中國的地應力研究與測量工作得到迅速發展。已具備了完善的理論，多種測試儀器、手段，廣泛應用於地質、油田、礦山、水工、電站、地震等各個領域。他特別注重從活動地帶里尋找穩定地區，提出了「安全島」理論，為建廠選址提供了依據，為國民經濟建設做出了重大貢獻。

『叄』 地應力剖面是通過什麼測試手段得到的其用途是什麼具體如何應用

地應力測量是指探明地殼中各點應力狀態的測量方法。其原理為：有的利用岩石的應力、應變關系，如應力恢復法、應力解除法和鑽孔加深法等；有的利用岩石受應力作用時的物理效應，如聲波法和地電阻率法等。根據測量的結果，又可分為絕對和相對兩種地應力測量。用現有測量方法測出的地應力中，不僅包含構造應力，還包含其他因素，如重力、地熱等引起的非構造應力。地應力測量對地質構造研究、地震預報和礦山、水利、國防等工程中有關問題的解決具有理論和實際意義。它是地質力學研究的重要內容之一，通過測量發現,最大主應力的方向幾乎都是接近水平的。

『肆』 地應力測量方法分哪兩類兩類主要區別在哪裡

主要可以分為絕對測量和相對測量。前者得到的是某一時期的應力水平，後者得到的是長期應力變化。

『伍』 地應力測量的介紹

地應力測量（measurement of ground stresses）是指探明地殼中各點應力狀態的測量方法。

『陸』 差應變法測量地應力

差應變分析測試就是通過對岩心樣品（定向和非定向均可）進行主應變的方向及大小試驗，並由此確定就地主應力的方向及大小。

基本理論依據為：岩樣從地下應力狀態下取出，由於消除了地下應力作用而引起岩石中產生的「卸載」微裂縫張開（圖1-13）。它們張開的方向和密度正比於從地下取出岩樣的就地應力狀態。因此取心過程中的應力釋放而造成的微裂縫的優勢分布就是地應力狀態的直觀反映。

圖1-13 岩心應力釋（卸載）放產生的微裂隙分布示意圖

在試驗時，對試樣加圍壓，該壓縮過程可看作岩石的應力釋放時岩石膨脹的逆過程。當岩石的力學性質為各向同性，且知道其中一個主應力值時，則可利用主應變的比值關系確定地應力的大小。

將鑽井取心加工成平行於岩心軸向的立方形岩塊，將每組三個成45°角的應變片貼在三個相互垂直的平面上，將其放入岩心夾持器。進行重復載入試驗，加三向等圍壓，同時測得各方向的應變數，並由此確定主應變特徵及其對應的地應力值。如川豐563井最大主應力方向對應的應變最大（圖1-14），變形強度點對應其應力大小為104MPa，分析為水平應力；最小主應力方向對應的應變最小，同樣變形強度點對應其應力大小90MPa，也為水平應力；剩餘的為中間應力（垂向）88MPa。

圖1-14 川豐563井差應變測試結果圖

『柒』 水壓致裂法現今地應力值測量

水壓致裂法應力測量是目前進行深部絕對應力測量的最好方法，在國內外都有著廣泛應用。水壓致裂法應力值測量是根據油田壓裂過程中的張開壓力和封閉壓力確定岩石的最大、最小水平主應力的。據劉建中等人資料，下遼河盆地現今應力值隨深度加深而增大，用水壓致裂法測定的應力值進行回歸分析，其應力值變化規律可以由一個經驗公式表示

燕山東段—下遼河盆地中新生代盆嶺構造及應力場演化

式中S_H、S_h分別為最大和最小水平主應力，H為深度，單位是m。計算結果的單位是0.1MPa。

為了驗證聲發射法和水壓致裂法在確定現今地應力大小方面的可靠性，作者用水壓致裂法的經驗公式，計算了聲發射試樣的現今最大、最小主應力場值，將其與用聲發射法測定的現今最大主壓應力值進行比較，結果（表6-5）顯示，兩種方法確定的最大主壓應力值不僅量級相同，而且數值相差不大。說明水壓致裂法的經驗公式和聲發射法在確定下遼河盆地現今地應力大小方面是可行的，結果是可靠的。

表6-5 下遼河盆地水壓致裂法地應力測量與聲發射法地應力測量結果對比表

續表

綜上所述，燕山東段—下遼河盆地現今應力場特徵是，現今地應力的最大主壓應力方位為北東東向，並以水平應力佔主導，應力方向隨深度變化不大，各種方向的測量結果基本一致（圖6-6）。現今地應力的最大主應力值在地殼表層4000m以內，一般為幾十個兆帕。

圖6-6 中國東部現今最大主壓應力方向圖

『捌』 論述新型地應力測量方法有哪些及各自機理和適用性

了用岩體結構分析結合赤平投彩，找出地應力中三個主應力方位，然後定向鑽孔取樣，在室內做聲發射Kaiser效應試驗測量三個主應力大小，克服了用Kaiser效應測量地應力時主方向難以確定的缺點。通過和傳統現場地應力測量方法比較，說明該法具有簡單、經濟、准確度高等優點，便於大量測量，以尋求區域性的地應力變化規律。

『玖』 如何運用水力壓裂法確定主地應力

水力壓裂法一種絕對地應力測量方法。測量時首先取一段基岩裸露的鑽孔，用封隔器將上下兩端密封起來；然後注入液體，加壓直到孔壁破裂，並記錄壓力隨時間的變化，並用印模器或井下電視觀測破裂方位。根據記錄的破裂壓力、關泵壓力和破裂方位，利用相應的公式算出原地主應力的大小和方向。

『拾』 　地應力測試

地應力是引起采場、巷道及洞室等各種地下工程變形和破壞的根本作用力，是確定工程岩體的力學屬性、進行圍岩穩定性分析以及對工程實現科學的設計、開挖和支護等工作的必要前提。目前地應力的理論計算尚不成熟，不能滿足實際工程需要，因此有必要進行現場實測工作，特別是對推廣煤礦錨桿支護技術有其重要的價值。為更好地開展萬年煤礦煤巷錨桿支護技術研究，進行了地應力現場實測工作。

圖9.2煤巷兩幫應力狀態

圖9.3碎裂結構頂板冒落情況

地應力測量地點選擇在－240水平北三采區回風下山與軌道下山中間聯絡巷內（見圖9.4）。該區域岩層走向為NE70°～79°，傾角10°～13°，岩性為中粒砂岩。

9.1.2.1現場測試工作

該聯絡巷處在具有代表性的2號大煤頂板中，垂直埋深535m，周圍50m范圍內無明顯地質構造，測試環境基本滿足要求。實測過程如下：

（1）安置好鑽機後用φ130mm空心鑽頭鑽進大孔，鑽進深度為4.3m，鑽孔方位角為正東，仰角為5°。

（2）用φ130mm錐形鑽頭鑽進一喇叭口，以便導正小孔，鑽進深度為70mm。

（3）換用φ36mm鑽頭鑽進安裝應力計的小孔，鑽進深度300mm。

（4）清水沖洗鑽孔，並用丙酮擦洗干凈孔內的岩粉和油污。

（5）將配好的粘結劑裝入應力計空腔內，用安裝桿連好定向儀把應力計送入鑽孔，加力切斷定位銷使粘結劑擠出空腔以使探頭和孔壁粘結。

（6）固化24h後，記錄定向儀的偏離數值，拆卸安裝桿和定向儀，然後測出各應變片的初始讀數。

（7）用φ130mm空心鑽頭套芯進行應力解除，每鑽進50mm測量一次讀數，直至解除完畢。

在套芯解除過程中，當鑽進至300mm段時因故停鑽，再開鑽後鑽機將測試電纜鉸斷，故而只測得深度300mm以內的數據，但套芯已過應變片位置，讀數已趨於穩定（見圖9.5），故而測試還是成功的。

圖9.4測試地點示意圖

9.1.2.2彈性模量、泊松比測定

岩石的彈性模量和泊松比可由φ130mm空心鑽頭鑽取的岩心加工成標准試件通過試驗測得。為了提高准確性，用單軸壓縮和三軸壓縮試驗分別求得彈性模量和泊松比。

比較單軸壓縮試驗和三軸壓縮試驗所求彈性模量和泊松比結果，兩者相差不大，考慮到實際地層受三向應力的作用，故而計算地應力時採用三軸試驗所得到的結果，即彈性模量E=25.76GPa，泊松比μ＝0.28。

圖9.5KX-81型空心包體應變計岩石應力解除曲線

9.1.2.3測試結果

根據圖9.5確定的應力計讀數和基本參數，用DYLYWB軟體計算得地應力的實測結果，見下表9.5。

表9.5地應力測量結果匯總表