水压致裂法在加格达奇地应力测试中应用

《水压致裂法在加格达奇地应力测试中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、水压致裂法在加格达奇地应力测试中应用摘要：地下工程日益增多，地应力的大小又是地下工程设计中的重要参数。中国东部和西部地区建设力度较东北地区大，因此地应力的研究也较东北成熟。据此，在东北地区以加格达奇镇的一个测量点为研究点，利用水压致裂法测量了1000多米范围内的地应力发展规律。关键词：地应力水压致裂法1、前言随着工业技术的发展，人们涉足的领域越来越广，从地面到地下几百米，扩展到几千米，从而更多的问题都体现出来。地应力的研究也从地下一二百米延伸到上千米。对于国内地应力的研究已普遍有成效，但是地应力的研究大都分布于东部与西部及东南部，我国的东北地区地应力研究少之又少。

2、为了出不了解我国东北部的地应力情况，故选择黑龙江省大兴安岭地区加格达奇作为研究点，两个钻孔深度都超过1000m,应用水压致裂法来研究地应力的大小及主应力方向。研究区地处大兴安岭北段的伊勒呼里山脉，多不库尔河上游，行政区隶属大兴安岭地区松岭区管辖。海拔标高600-900m,地震烈度值为V度。2、水压致裂法的原理水压致裂原地应力测量原理是以弹性力学为基础，并以下面三个假设为前提：（1）岩石是线弹性和各向同性的；（2）岩石是完整的，压裂液体对岩石来说是非渗透的；（3）岩层中有一个主应力分量的方向和钻孔轴向平行。将三维问题转为二维问题即平面问题，通过对孔内用一对膨胀的橡胶

3、封隔器施加液压，使周围岩体破坏并产生裂缝扩展,记录对应的压力大小。根据压裂曲线的压力特征值计算出测试段的最大主应力值和最小主应力值，记作SH和Sho然后根据公式：为裂缝处于临界闭合状态时的平衡压力即瞬时关闭压力；为破裂重新张开时的压力；？为岩石密度；g为重力加速度;h为上覆岩石埋深；最大水平主应力；最小水平主应力；垂向应力。裂缝的方向由定向印模器确定，然后根据印模方向确定最大、最小主应力的方向。3、测试结果及分析3.1测试深度及测量曲线根据上述原理，在测试孔340m〜950m深度域进行了9段确定主应力量值的压裂测量与地球物理勘探试验，测试点深度分别选于：346.4

4、3m、359.5m、360.5m、410.00m、451.00m、554.5m、833.Im、872.54m>921.56mo3.2最大主应力方向的确定在压裂测量之后，用印模定向试验方法，利用覆盖了一层半硫化橡胶的封隔器，在地下进行增压膨胀，使孔壁已有裂缝重新张开以便半硫化橡胶挤入，保持相应的时间，印模器表面就印制了与裂缝相对应的凸起印记。并通过印模定向系统记录印模器基线的方位。根据水压致裂应力测量理论,水压致裂产生的裂缝走向就是最大水平主压应力的方向。印模测量过程中，地面施加的压力达到17〜18MPa,并保持压力1.5小时以上。根据印模结果，破裂面与孔轴基线大致

5、平行,确定两个深度的最大水平主应力的方向分别为N45。W、N79°Wo3.3地应力测量结果表中的深度系指地面至试验段中心点的深度，岩石平均容重取26.5kN/m3o由表1可见,研究区附近地层地应力的量值比较高，在地下深度400m〜950m范内，最小水平主应力值为13〜23MPa,最高达到27MPao最大水平主应力值为24〜35MPa,最髙达到41MPao4、综合模拟分析为了了解测量深度对地应力的影响以及初步判断研究区地应力分布规律，用线性回归计算得到研究区水平主应力值随深度变化的关系式为：H为测量段深度，单位为m；r为相关系数。岩石平均容重取26.5kN/m3计算

6、的垂向应力和最大、最小主应力之间的关系为：SH>Sh>Svo显示在测量深度范围内,原岩应力以水平应力挤压作用为主导，其主压应力的方向为NW〜NWW。根据实测应力值，分析了水平主应力值随深度的变化情况，图4给出了水平主应力值随深度变化情况。(图中黑色方块代表最大水平主应力，空三角代表最小水平主应力，空圆代表垂向应力)根据上述资料数据显示，研究区地应力值明显偏高，特别是深度500m以下，最大主应力都超过了30MPa,根据构造应力场动力学环境的分析认为，中国现代构造盈利场的格局明显受制于周边板块的动力作用。位于太平洋板块俯冲带内侧的东北大陆，从新生代以来，一直受到太平洋

7、板块从北东东向南西西的俯冲和日本海扩张带从南东向北西挤压的影响。本区位于西伯利亚板块边缘，局部应力状态场受控于上述大区域构造应力场，强大的板块挤压、俯冲作用，在此研究区积累了较高的应变能。侧外，西伯利亚板块边缘南部构造活动微弱，属封闭性好、无地震发生的稳定区块，因此，较高的应力状态是积累的应变能少有释放的结果。5、结语(1)中国北部地区处于西伯利亚板块边缘，一直受到太平洋板块从北东东向南西西的俯冲和日本海扩张带从南东向北西挤压的影响。由于两大板块强大的挤压和俯冲作用，使得北部地区积累了很高的应变能，虽然较大的主应力体现在500m深度以下，如果遇到较大的构造运动，应

8、变能很有可