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地应力地质学办法

发布日期:2019-06-14  来历:地质论评  作者:王成虎  阅读次数:1007
 

地应力地质学办法

3.1 地歪斜查询

地歪斜查询首要用于油田区域应力场剖析, 在进行油井压裂的进程中, 地表会发作形变, 地表的这种形变与地下的油井压裂裂缝分散和散布密切相关。在油井区域的地表安置地表歪斜仪, 经过丈量地表形变及其散布特征, 能够得到地下压裂裂缝的散布特征, 从而得到区域应力场的方向特征 (Hill et al., 1994) 。一般情况下, 这种田表歪斜仪的精度能够检测到水平间隔400km长度上2mm的地表变形所发作的视点改动, 或许更高的精度。抱负条件下, 需求在井下水压致裂前几个周就将地表歪斜仪埋入地下3~5m的预设孔内, 一方面能够让仪器取得必定的安稳时刻, 别的一方面也能够得到研讨区的环境布景地歪斜噪声, 这种噪声包含日月潮汐, 地表温度改动所发作的热弹性变形以及其它如风力、降水、地下水位改动、地表人类活动等所构成的地表变形。当根据钻孔或许根据岩芯的办法不能足以供给牢靠的区域应力数据时, 就能够展开这种田歪斜观测, 可是压裂深度不能超过1500m, 一起这种办法费时、花费高并且需求足够好的后勤保障。

地震猜测研讨中也运用了相应的跨断层地歪斜仪, 常见的有水管仪 (吴涛等, 2010) 、摆式歪斜仪 (马武刚等, 2012) 和弹性仪 (杨江等, 2010、2012) , 也能够在必定程度上反响中长期的地壳中的地应力场改动趋势, 可是到目前为止仅见到运用其进行地震预报的报导, 未见到相关的运用其进行反演区域应力场的报导, 或许这在往后也是一项值得展开的研讨作业, 由于地震部分积累了很多的地形变观测材料。

3.2 断层滑动反演

断层运动是地壳结构运动的根本表现形式之一, 是地壳岩石中结构应力直接效果的产品。岩石中存在的很多断面结构 (擦痕、阶步等) 真实地记载了断层受结构应力效果而发作滑动的方向特征。该办法的本质是用计算出的断面上的剪应力方向拟合断面上的滑动方向, 也称滑动方向拟合法。该办法根本原理如图10所示, 其间假定 (1) 在必定的研讨区域规模结构应力场是均匀的, 这种均匀性包含了结构事情在空间和时刻上的相对安稳和持续; (2) 断层运动彼此独立, 即断层的存在不改动应力场的均匀性; (3) 断层沿断面剪应力方向 (L) 滑动, 即断层擦痕方向 (S) 与断面剪应力方向 (τ) 共同; (4) 断层地点岩体为各向同性体 (Angelier, 1984;谢富仁等, 1994) 。该办法能够确认三个主应力倾向、倾角相对巨细、反响三个主应力比值的应力形因子 (Angelier, 1979、1984) , 一起作出材料的赤平投影图, 各开裂面, 擦痕矢量及方位, 以 (τ, S) 为坐标的直方图, 直方图反映剪应力重量 (τ) 与擦痕走向 (S) 的夹角巨细, 如图10所示。在户外丈量进程中, 需求细心丈量擦痕地点断面的产状, 包含走向、倾角、倾向三个参数, 以及断层面上的擦痕侧伏角、侧伏向和意向。根据Mercier等 (1992) 所总结的此套作业理论、办法的特色, 户外材料搜集要求重新到老, 即从最新地层内的开裂动力学剖析开端, 逐渐深化, 根据区域结构层次区分, 层层深化剥离。

该办法需求很多详尽详实的户外查询作业, 户外作业中最困难但也是最重要的便是确认擦痕的性质、滑动方向及断层活动期次配套, Mercier等 (1992) 曾对所选用的几类擦痕的判别办法进行了概括总结, 侯明等 (2002) 对这些办法进行过扼要介绍, 可参阅。关于人类活动稀疏区域的区域应力场研讨十分有价值, 可是在断层擦痕露头不明显的区域, 运用规模受限。该办法的一个很大的缺点是十分难确认断层滑动擦痕发作的详细时刻或许时代。

3.3 新结构运动节理测绘

新结构运动节理测绘的计算成果能够预算新结构运动发作时代的区域应力场方向, 其所根据的首要原理是安德森理论 (Anderson, 1951) 。安德森理论以为首要的断层类型能够分为三类, 正断层、走滑断层和逆断层, 三种断层类型所对应的应力状况分别为SV>SH>Sh, SH>SV>Sh和SH>Sh>SV, 而三种断层的走向与最大最小水平主应力的夹角也有必定的散布规则, 这一计算规则就能够用来剖析区域应力场方向 (Zoback, 2007) 。拜尔利总结了很多岩石力学试验的成果, 以为地壳岩石的内摩擦系数为0.6~0.85, 少量岩石在外, 这便是闻名的拜尔利规律或拜尔利规模 (Byerlee, 1979) 。其它一些研讨成果标明, 绝大多数岩石的摩擦系数在0.5~1.0之间 (张伯崇、马元春, 1987;李方全等, 1993) 。研讨人员进行的原地应力实测证明试验室测得的摩擦系数适用于上地壳, 且限制了上地壳的应力水平 (Townend和Zoback, 2000;Zoback et al., 2002;Scholz, 2002) 。由拜尔利规律可知, 契合安德森理论的断层 (以下简称安德森断层) , 中心主应力与断层面共面, 当断层面上的摩擦系数为0.6~1.0之间, 最大主应力与断层面的夹角较小, 一般为23°~30°。

3.4 火山口摆放查询

 

火山口摆放查询法所根据的力学原理与水压致裂类似, 可是这儿压裂液为低粘度的熔岩岩浆, 该办法由Nakamura所提出 (1977) 。Nakamura (1977) 指出, 所需求查询的参数包含: (1) 火山口的形状 (圆形或许椭圆形) ; (2) 火山口周边或许火山岩侵入围岩所构成岩脉的散布办法; (3) 同期次火山口的摆放办法; (4) 火山邻近的断层活动散布特征 (展布和活动) 。通常情况下, 火山口摆放或许岩浆岩岩脉的延伸方向与火山爆发时的区域最大水平主应力平行, 与最小水平主应力笔直, 如图16所示 (Adiyaman et al., 1998) , 该办法关于古应力场剖析研讨十分有用。在实践运用该办法的进程中, 需求细心区分不同期次火山构成进程的地质布景和结构条件、一起需求运用DEM或许遥感手法对火山口的地貌性态进行详尽剖析。该办法给出的古应力方向牢靠度较高, 可是关于一些古火山和杂乱形状和多成因火山, 需求展开更为详尽的研讨作业来确认构成时的古应力方向。

 
 
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