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龙门山断裂带四川龙门山断裂自东北向西南沿着四川盆地的边缘分布，沿断裂带青藏高原推覆在四川盆地之上。
这是一条特别要命的裂缝。
它绵延长约500公里，宽达70公里，规模巨大，沿着四川盆地西北缘底部切过，位置十分特殊，地壳厚度在此陡然变化，在其以西为60-70km，以东则在50km以下。
它的东部仅100公里外就是人口密集、工业发达的成都平原地区和大城市群。
在一亿年前开始的喜马拉雅造山运动过程中，印度洋板块向北运动，挤压欧亚板块、造成青藏高原的隆升。
高原在隆升的同时，也同时向东运动，挤压四川盆地。
四川盆地是一个相对稳定的地块。
虽然龙门山主体看上去构造活动性不强，但是可能是处在应力的蓄积过程中，蓄积到了一定程度，地壳就会破裂，从而发生地震。
龙门山断裂带是由3条大断裂构成，自西向东分别是：龙门山后山大断裂汶川--茂县--平武--青川；龙门山主中央大断裂映秀--北川--关庄，属于逆—走滑断裂。
龙门山主山前边界大断裂都江堰--汉旺--安县，属于逆冲断裂。
公元2008年5月12日的汶川大地震，受灾严重的绵阳市北川县坐落在龙门山主中央断裂上，它就属于逆—走滑断裂。
同样受灾的都江堰市落在龙门山主边界断裂上，属于逆冲断裂。
2013年4月20日8时02分，四川省雅安市发生7.0级地震，震源深度13公里。
此次的地震同样是位于龙门山断裂带上。
断裂带（fault zone）亦称“断层带”。
地壳运动产生压力和张力，压力常见于汇聚型板块，如：印度洋板块（前端带着印度大陆）与欧亚板块间的碰撞。
张力常见于分离型板块，如海底扩张、红海裂谷、东非大裂谷等。
在地壳运动中压力和张力是相辅相成的。
例如：内陆很多断裂带的产生并不是分离型板块的张力所致，而恰恰是汇聚型板块，如大洋板块俯冲到大陆板块之下产生的压力使陆块隆起，而隆起必然使薄弱环节产生张裂。
如成都平原向青藏高原过度带，地壳从平均35千米向65千米过度（在材料力学上叫应力集中点）的龙门山断裂带。
四川地震与龙门山地震断裂带龙门山地震断裂带，它绵延长约500公里，宽达70公里，规模巨大，沿着四川盆地西北缘底部切过，位置十分特殊，地壳厚度在此陡然变化，在其以西为60～70km，以东则在50km以下。
它的东部仅100公里外就是人口密集、工业发达的成都平原地区和大城市群。
四川省地形图历史上，它并不安分，有过多期活动。
1657年4月21日，爆发有记录以来最大的6.2级地震。
据地震学者考证，此后300多年间，这条断裂带再未发生过超过6级的强震(统计数据未来源于国家地震局)。
龙门山断裂带是由3条大断裂构成，自西向东分别是龙门山后山断裂，龙门山主中央断裂，龙门山主边界断裂。
后山断裂为一逆冲断裂，2008.5.11大地震受灾的汶川、茂汶即分布在其上，同时它还是1657年大震发生的区域。
此次受灾的北川落在主中央断裂上，它属于逆—走滑断裂。
同样受灾的都江堰市落在主边界断裂上，属于逆冲断裂。
芦山县境内有4条南北向断裂带形成原因两亿年前，随着印度板块不断向北推进，并向欧亚板块下插入，青藏高原开始上升。
随后，喜马拉雅山脉诞生了。
而与此同时出现的还有位于青藏高原边缘的那些地质断裂带。
首先要了解山是怎么形成的。
山就是由于地块受到挤压，而隆起生成的。
那么一方面，挤压使得隆起成山，另外挤压的后果使地下产生断裂，这是孪生的关系。
像这样的地质断裂带，在我国有大约20多条，并且大部分以青藏高原为核心。
在青藏高原的内部，以及青藏高原相互作用的周边块体的边界上，都有地质断裂带。
而其中最具代表性的就是位于青藏高原与四川盆地之间的这条南北断裂带。
这个带在宁夏、甘肃、四川一直到云南这个地方，恰好形成了一个南北走向的一个很宽的，它不是一个单一的断裂带，是若干个断裂带都在这个地方有一个共同的特点：有的是拐弯，有的是属于相互作用的，正好是南北这一个带。
这条地质断裂带又叫做南北地震带。
地震学家们之所以这么称呼它，是因为这里是我国地震的多发区。
南北地震带主要是指地震活动有一个特点，地震频度比较高，在一些局部的地方强度比较大。
龙门山断裂带地震研究龙门山断裂带，位于四川省中北部，呈现西南-东北走向，其断裂带西南起四川雅安，东北至四川青川县-陕西宁强县，经大邑县，都江堰，汶川，茂县，绵竹，北川，江油，平武，剑阁；在2008年5月12日汶川8级地震前该断裂带历史并无8级地震记录【有一个疑似8级地震记录，是1327年8月底至9月初四川雅安天全县附近发生强烈地震，那次地震震感最远传到湖北荆州，陕西汉中等地区，官方认为是在7级至8级之间。
】龙门山断裂带主要有3条平行的断裂带组成，分别是龙门山后山断裂【汶川-茂县-平武-青川】，龙门山中央断裂【映秀-北川-关庄】，龙门山主山前边界断裂【都江堰-汉旺-安县】。
下图是龙门山断裂带该断裂带全长500多千米【个人通过谷歌测距测到了是538千米左右】。
2008年5月12日四川省汶川县【实际上震中距离汶川县城接近70多千米，距离都江堰县城只有30多千米】发生8级地震【也有资料显示此次地震是一个连发的双震，汶川开始破裂发生了7.8级地震，随后当断裂带破裂到北川时北川再次发生破裂又发生了7.2级地震而两次地震相隔不到1分钟，这也就解释了为啥距离四川汶川地震震中100多千米外的北川比距离震中30多千米外的都江堰灾情更严重了。
】；地震属于逆冲-走滑行地震，地震属于巴颜喀拉山地块和扬子淮板块间的碰撞导致的。
此次地震将龙门山断裂带中段-北川这接近300多千米的断裂区域几百年甚至几千年累计的地壳挤压能量几乎全部释放了，不过要值得注意的是龙门山断裂带长度是达到500多千米呢，释放了300多千米应该还有接近200千米【地震局在汶川地震后勘探显示释放了320千米的断裂带的应力】；而至200多千米未释放能量的区域自2008年后也出现了活跃并且在2013年再次释放；2013年4月20日四川省雅安市芦山县龙门乡附近发生7级地震【USGS测定为6.6级】；此次地震位于龙门山断裂带的南段，地震释放了35千米至40千米断裂带的几百年累积的能量。
地震必能预测引子2013年4月20日，四川又地震了。
我和大家一样，在惊愕中，匆忙上网浏览地震的有关情况，并且也在问“为什么又是四川？”。
带着这样的疑问，我搜索了一些地震有关的资料，略加综合，答案竟然马上显现出来。
于是，在别人忙着捐款、救援时，我却在思索，为什么地震来临前，我们没有任何预防和预测？仅仅在地震发生后，捐款，救援，是不是已经晚了一拍？于是，我想就地震给出一个概括性的综述并试图写一篇颇有深度的文章。
奈何毕竟不是这个专业，完成此想法恐怕难度不小。
旋又想，列出思路，找地震相关专业的人士合作，可行否呢？后又想地震相关专业的人士，有导师，有专家，岂能对我的思路感兴趣，于是打算作罢。
但是地震的发生，民众的受灾，一刻也没让人轻松。
当和朋友谈起地震的话题时，仍难捺心中的激动与不愤，索性把思路简要记述下来，也许会对人们有所启发吧第一章、地震的原理通俗地说，地球的表面，地壳是由几大板块构成的，几大板块一直处于运动状态。
当不同板块靠近，挤压，产生的能量达到地壳最薄弱处能承受的最大限度时，能量就会从最薄弱处爆发，于是就形成了地震。
第二章、地震的震级地震根据其能量的释放多少，或者根据其对地表的破坏程度，可以分为不同的级别。
第三章地震的预测2008年5月12日，四川汶川大地震后，民众对地震的预测充满期待。
遗憾的是，官方权威机构言之凿凿地告诉民众，地震无法预测! 当是时，我也盲目接受了这一结论。
但当2013年雅安再次地震后，地震到底能否预测？通过简单地，不专业地了解了地震的原理后，我得出结论：地震必能预测。
下面先驳斥官方有关地震不能预测的逻辑，然后陈述地震必能预测的理由。
官方有关地震不能预测的逻辑，大概是这样：1、现代科技，还无法对地震做出预测。
2、美国科技很发达，也无法对地震做出预测。
我只驳斥其逻辑。
地震是个自然存在，其原理是可以为人类所认识的，只要人类对其原理有足够深的认识，那么地震为什么就不能预测？因为前人无法预没，就否认可预测性？因为外国没有预测的先例，就否认可预报性？汉代张衡不是成功预测过地震的么？侯风地动仪，浑天仪，难道只是个传说？宇宙飞船、人造卫星、原子弹等事物诞生前，没有可参考的先例，人类为什么仍相信可以实现呢？是因为有坚实的理论基础。
龙门山断裂带地壳形变及应力特征研究地震灾害以其突发性和不可准确预测性给人类生活带来了巨大的影响,2008年的汶川地震对中国人民造成巨大生命和财产损失。
20世纪地震学的最大进展之一是发现地震发生在断层上,随着空间技术的发展,GPS技术能够精确的获取地壳的形变信息,结合地质和地球物理资料,探求强震的孕育、发生以及发展规律,从而最大限度的降低地震的破坏程度。
本文以龙门山断裂带为研究区域,采用汶川地震同震GPS观测数据对该区域的速度场分区进行模拟。
运用平均矩张量技术对龙门山断裂地壳应力应变特征进行分段分析。
结合所构建的断层滑动分布模型,采用coulomb3.3软件<sup>[1,2]</sup>分析汶川地震所触发的库仑应力及对周边断层活动的影响。
论文的主要工作与成果如下:（1）采用多面函数模型,幂函数模型,最小二乘配置模型对所研究区域的速度场分别进行分区拟合,并对上述三种模型的拟合结果进行比较分析,其结论为多面函数模型的拟合效果最佳。
（2）运用Tam 技术<sup>[3]</sup>（平均矩张量技术）结合汶川地震余震震源机制解对研究区域的应力场特征进行分段研究,并与采用多面函数计算的应力场结果进行分析比较,得出利用平均矩张量技术所获得的龙门山断裂应力场分布特征具有一定的可靠性。
其应力场结果表明,汶川地震是一次以逆冲为主,兼少量右旋走滑分量的地震,其主压力P轴方位为NWW,与龙门山构造带应力场方位一致。
（3）通过RPS算法<sup>[4]</sup>（基于粒子群算法的全局最优化）反演龙门山断层滑动速率,利用该滑动速率模型和USGS的滑动分布模型<sup>[5]</sup>在coulomb3.3软件的基础上分别计算上述两个不同断层模型在指定接收断层和断层最优破裂面上所触发的库仑应力,通过对计算结果的比较分析,可得利用该滑动速率模型计算汶川地震所触发的库仑应力具有一定的可行性。
汶川龙门山地震带考察报告：地质危害威胁灾区9月22日夜，北川县曲山镇景家村，强雷雨。
雷声将睡在帐篷里的记者震醒，伴随着炸雷和倾盆大雨，从远处的高山上也不时传来巨石滚落和石头相撞的轰隆声，而山下便是被“512”四川汶川特大地震彻底摧毁的北川县城。
9月23日清晨，景家村村民李秀琼舀了一瓢水，一边洗脸，一边望着远处的高山，自言自语：“山要垮了！山要垮了！”9月13日至26日，《第一财经日报》记者跟随中国治理荒漠化基金会的地质专家，深入“512”四川汶川特大地震映秀震中区、被地震严重破坏的龙门山前后山和“封城”北川等地，历经滑坡、崩塌、泥石流、余震和强雷暴雨袭击，实地考察次生灾害和灾区重建情况。
考察发现，在引发“512”四川汶川特大地震的龙门山地震带区域内，滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖等次生灾害严重，植被、水体、土壤等自然环境退化，资源环境承载能力下降，人均耕地减少，耕地质量下降，部分地区已不具备大规模恢复重建条件。
地质危害“威胁”灾区9月23日上午，考察队员们走到一处可以望见北川县城全景的地方。
让大家吃惊的是，22日还可以在北川县城废墟中行走的街道，已经多半被泥石流掩埋。
许多倒塌的建筑要么不见踪影，要么只露出小半个头。
正在筹建的北川“地震博物馆”老县城一半以上被泥石流掩埋。
据四川当地气象部门报告，9月23日至24日，北川部分乡镇24小时降雨量达到272.4毫米。
擂鼓镇、陈家坝等乡镇泥石流和山体滑坡严重，多处道路受阻，民房被冲毁。
唐家山堰塞湖也因泥石流堵塞泄洪槽，水位上升了5米左右。
截至24日12时，连续降雨已造成四川江油、安县、北川等地震灾区1100多间房屋倒塌，被困群众达6000多人，而其中不少人是地震后重返家园的。
“震后我们就担心雨季期间会引发各种次生灾害。
情况果然很严重。
”中国治理荒漠化基金会的地质专家杨勇说。
在进入北川之前，考察队一行在震中区映秀，以及羌族集中居住区萝卜寨、龙溪村寨见到的景象则更让人揪心。
写一篇龙门山及邻区断裂分布及地震前后断裂形态差异的报告，
600字
龙门山及其邻区的断裂分布及地震前后断裂形态差异起着举足轻重的作用。
龙门山及其邻区位于广东省西部，由中海沉积盆地-龙门山断裂系和淡水湖—赤坎断裂系等断裂系统组成。
龙门山及其邻区的断裂分布主要分为两大类：龙门山断裂系和赤坎断裂系。
龙门山断裂系主要分布在龙门山及其邻区，例如坪洲断裂、双凤断裂、仕隆断裂等；赤坎断裂系主要分布在淡水湖及其邻区，如赤坎断裂、文教断裂、九里断裂等。
在龙门山及其邻区发生的地震前后，断裂形态存在明显的变化。
例如，在双凤断裂上发生的2005年9月2日赤坎地震前，断
层走向主要以北西—南东向背斜分布；然而，2005年9月2
日赤坎地震后，断层走向以西南—东北向背斜分布。
同样的，九里断裂也出现了不同的断层走向变化，地震前为东西向，地震后变成南北向。
总之，龙门山及其邻区的断裂分布及地震前后断裂形态的变化对当地的构造地质学研究具有重要的意义，有助于理解这一地区的断裂活动，以及地震发生的成因机制。
龙门山地震断裂带近年活跃揭雅安地震形成原因地震原理图。
地震因其突发性和破坏性，成为人类历史上的主要自然灾害之一。
地震按照产生原因来分，有构造地震、陷落地震、火山地震等;从序列特征来分，有孤立型地震、主震—余震型地震、双震型地震和震群型地震。
按照划分，芦山地震属于主震-余震型构造地震，从目前的数据来看，此次地震的烈度低于5年前的汶川地震，灾情也更小。
我国自古以来就是一个多地震的国家，有史料记载以来，我国60%的省份都发生过7级以上地震。
地震是迄今为止尚不能准确预报和破坏性最大的自然灾害之一。
此次芦山地震恰好处在汶川地震发生的龙门山断裂带上，地震因何产生、危害如何、是否与汶川地震相关等成为关注热点。
A.芦山地震因板块挤压产生中国地震学会会员、湖南省地质学会理事肖和平认为，此次芦山地震发生的动力来源是印度板块向北推挤，造成了青藏高原在向东北方向运动的过程中在四川盆地一带遭到华南活动地块的强烈阻挡，使得应力在龙门山断裂带高度积累，突然发生错动而产生了7.0级的强烈地震。
“雅安一带的地质构造复杂，业内也称这一带为小金弧形地质构造带，由鲜水河断裂带、龙门山断裂带和安宁河断裂带构成。
”中国地震局地质研究所研究员周本刚说，据初步分析，此次地震为主震-余震型。
主震7级，主震后又发生多次余震，未来须注意防范发生强余震的危险。
周本刚说，一般用地震烈度来评价地震的破坏程度。
目前，芦山地震的地震烈度评估工作正在进行。
根据震级和计算模型初步估计，芦山地震震中烈度大约为(9)度，而汶川地震震中烈度为(11)度。
从已掌握的情况看，芦山地震已经造成了较为严重的人员伤亡和经济损失，但整体而言，芦山地震的灾情应小于五年前的汶川地震。
B.龙门山断裂带近年较活跃本次地震与2008年汶川地震同处龙门山断裂带，龙门山断裂带绵延长约500公里，宽达70公里，沿着四川盆地西北缘底部切过。
它的东部仅100公里外就是人口密集、工业发达的成都平原地区和大城市群。
对于龙门山断裂带活动性的调查研究摘要：为何在这一地区地震频发？为何3年前的5.12地震对这一地区的伤害如此之深？为何同处四川的成都安然无恙？关键词：龙门山断裂带地震2008年5月12日2时28分，那本是一个在平淡不过的午后，但就在那一刻，我们的身边发生了一件震惊世界的事——里氏8.0级的汶川大地震。
其中受灾最严重的莫过于身处龙门山断裂带的地区。
你一定会问为何这些在龙门山断裂带的地区受灾最严重？下面就让我来给你答案。
首先，我们来了解龙门山断裂带在中国的数量及其分布。
1、河南龙门山：位于河南省洛阳市南郊13公里的伊河两岸东、西山上；2、山东龙门山：位于山东省泗水县城西北16公里，泗水、宁阳县交界处；3、四川龙门山：位于四川省四川盆地西北边缘，广元市、都江堰市之间。
其次我们来了解断裂带的构造。
龙门山断裂带是由3条大断裂构成，自西向东分别是龙门山后山断裂，龙门山主中央断裂，龙门山主边界断裂。
此次受灾严重的绵阳市北川县坐落在龙门山主中央断裂上，它属于逆—走滑断裂。
同样受灾的都江堰市落在龙门山主边界断裂上，属逆冲断裂。
再其次，我们来谈谈断裂带与那一次地震的关系。
四川省的地震主要集中在8个地震带(区)上：鲜水河地震带、安宁河—则木河地震带、理塘地震带、金沙江地震带、龙门山地震带、松潘地震带、名山—马边—昭通地震带、木里—盐源地震区。
据四川省地震局相关人士介绍，成都不属于任何地震带和地震区，成都本身基本上不会发生地震。
而大成都地区每年都有地震，主要集中在龙泉、金堂等地方。
我们因该知道地震是因为板块运动挤压形成的。
因为龙泉山脉是地壳积压形成的，所以每年有地壳运动时候都会有轻微的地震。
但是因为龙泉山脉属于一个小型山脉，因此地壳运动不大，每年的地震幅度都在3级及其以下，在震中附近会感觉到稍微摇晃了一下，所以一般也不会被人察觉。
汶川地震为何能量如此之大？美国南加州地震研究中心教授郦永刚认为，龙门山断裂带属地震多发区内的活动断层，来自青藏高原深部的物质向东流动到四川盆地受阻，向上运动，两者边界即为断层面。
第48卷 第2期2012年3月 地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATION Vol.48 No.2March ,2012[收稿日期]2011-09-14;[修订日期]2011-12-08;[责任编辑]郝情情㊂[基金项目]国家专项 深部探测技术与实验研究”(课题编号:SinoProbe-05-06)㊁科技部科技支撑计划专项 汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)”资助㊂[第一作者]张培丰(1965年-),男,2008年毕业于中国地质大学(武汉),获博士学位,教授级高工,长期从事科学钻探㊁环境钻探与钻井工艺研究,E-mail:zhangpf@龙门山地震断裂带地应力分布及其对井壁稳定的影响 以WFSD-2井为例张培丰(北京探矿工程研究所,北京 100083)[摘 要]龙门山地震断裂带是我国最为强烈的地震带之一,地层破碎㊁地应力异常,钻孔缩径造成孔内事故频发,井壁稳定问题十分突出㊂本文介绍了汶川地震断裂带科学钻探施工中所发生的孔内事故情况,并通过对地层应力数据的统计分析,得出龙门山地震断裂带最大水平应力和最小水平应力随深度变化的回归曲线,最大水平应力梯度为4.52MPa /100m ,最小水平应力梯度为2.51MPa /100m ㊂以WFSD-2井为例,分析了龙门山地震断裂带地层应力㊁尤其是断层泥应力对井壁稳定的影响;针对膨胀性地层,介绍了一种通过泥浆密度微调现场测定地层坍塌压力和破裂压力的简易方法㊂[关键词]井壁稳定 地应力 龙门山地震断裂带 断层泥 泥浆密度微调法[中图分类号]P634.8 [文献标识码]A [文章编号]0495-5331(2012)02-0379-8Zhang Pei-feng.In-situ stress distribution and its effects on borehole stability in the Longmenshan earthquake fault zone [J ].Geology and Exploration ,2012,48(2):0379-0386. 龙门山断裂带位于青藏高原东缘㊁四川盆地西缘,南起四川天全,向北东延伸至陕西勉县一带,自西北往东南分别由汶川-汶茂断裂带(后山断裂)㊁映秀-北川断裂带(中央断裂)㊁灌县-安县断裂带(前山断裂)㊁平武-青川断裂带(龙门山山前隐伏断裂)等多条挤压逆冲断裂和多个推覆体组成,全长约500km,宽40~50km(见图1)(杨晓平等,1999;李勇等,2006;焦青等,2008;李海兵等,2008;李勇等,2008;魏占玉等,2008)㊂2008年5月12日发生震惊世界的汶川大地震(M s 8.0),其主断裂为龙门山中部的中央断裂,长度为275km,沿断裂及两侧(特别是上盘)破裂十分强烈,断裂面较陡,最大垂直位移10m 以上,水平位移达4m (许志琴等,2008)㊂汶川大地震发生后,我国快速启动并实施了汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)项目,WFSD 项目计划在汶川大地震的映秀-北川断裂带及灌县-安县断裂带实施科学钻探,对钻取的岩心和流体样品进行多学科观测㊁测试和研究,对大地震和复发微地震的源区进行直接取样,通过多学科观测和测试,揭示控制断裂作用及地震发生的物理和化学作用,为未来地震的监测㊁预报或预警提供基础数据㊂1 WFSD 项目实施中的孔内事故WFSD 科学钻探项目包括5个钻孔,其中WFSD-1井㊁WFSD-2井和WFSD-4井布于映秀 北川断裂带上,WFSD-3井和WFSD-3P 井(WFSD-3井的先导孔)布于灌县-安县断裂带㊂WFSD-1井和WFSD-2井位于都江堰市虹口乡,WFSD-3井和WFSD-3P 井位于绵竹市九龙镇,WFSD-4井位于北川县唐家山㊂WFSD -1井和WFSD -3P 井已经完钻,WFSD-1井完钻井深1201.15m,WFSD-3P 井完钻井深551.54m,WFSD-2井和WFSD-3井正在施工,WFSD-2井设计井深2000m,WFSD-3井设计井深1500m,WFSD-4井设计井深3000m(未开钻)㊂WFSD-1井发生重大井内事故3次,其中因地层缩径卡钻导致钻具断裂2次,井深分别为590.76m 和625.80m,在处理第二次钻具落鱼时又973图1 龙门山断裂带Fig.1 Map showing the Longmenshan earthquake fault zone1-地震中心;2-WFSD-1井;3-WFSD-2井;4-WFSD-3P 井;5-WFSD 3井;6-WFSD-4井;7-断层1-epicenter;2-well WFSD-1;3-well WFSD-2;4-well WFSD-3P;5-well WFSD-3;6-well WFSD-4;7-fault 发生卡钻事故,造成事故套事故的复杂局面,最后不得已侧钻,另一次事故同样因地层缩径导致套管卡死(井深267.70m),而无法下到设计深度和正常固井,在后续钻进施工发生套管断裂(樊腊生等,2009)㊂WFSD-2井取芯孔径150mm,目前钻进井深1859.78m,期间共发生重大井内事故4次,其中3次是因地层缩径卡钻导致钻具断裂㊂第一次事故取芯钻进至井深637.56m 发生上扩孔器断裂事故,岩芯管㊁下扩孔器和钻头落入井底,落鱼长度4.72m㊂这原本是一次较为简单的落鱼事故,但由于地层缩径,将落鱼抱死,打捞时造成钻杆拉断,打捞公锥落入井内,形成事故套事故的局面㊂最终采用扩孔后套洗落鱼的方式,处理事故近524h,被迫将原设计Φ219.07mm 套管下入井深800.00m 提前至637.82m㊂第二次事故绳索取芯钻进至井深894.17m 时,发生弹卡室与钻具上扩孔器之间脱扣,上扩孔器㊁岩芯管㊁下扩孔器和钻头落入井底,落鱼长度4.00m㊂鉴于上次事故的处理结果,本次事故采用磨灭方式消灭落鱼,处理事故近780h㊂第三次事故发生在扩孔期间,取芯钻进至1369.80m 后,采用Φ200mm 钻头扩孔㊂扩孔期间,多次出现提钻过程中的卡钻问题,随后采取每钻进48h 短提钻1次,即钻进48h 后,提钻倒划眼至Φ219.07mm 套管内㊂扩孔钻进至1330.23m,提钻至1254.83m 遇阻,开泵循环泥浆井口不返浆,造成地层压裂㊁钻具被卡,爆破松扣形成30.48m 落鱼,被迫侧钻绕障㊂WFSD-3P 井发生了因地层缩径导致套管卡死而无法下到设计深度的事故㊂WFSD-3井取芯钻进在井深1160m ~1188m接连发生2次上提钻具遇卡㊁钻铤被拉断㊁多根钻铤和和岩芯管形成落鱼事故,反复处理无效后均被迫侧钻,事故处理时间近8个月㊂83 地质与勘探 2012年上述重大事故造成了巨大的经济损失,同时给整个项目的正常实施造成了极大的压力㊂由于WFSD-2井井内事故具有很强的代表性,本文以WFSD-2井为例,论述龙门山地震断裂带地应力对井壁稳定的影响㊂2 龙门山地震断裂带地应力分析地震是地层受力破裂而滑动的过程,震前必然有应力的积累㊂龙门山断裂带属多条挤压逆冲断裂和多个推覆体组成,许多专家对地震前后原地应力水平和应力波动变化进行了测量和反演(安欧等, 1996;安其美等,2004;B.C.Burchfiel等,2008;陈学忠等,2008;单斌等,2009;吴满路等,2010;王连捷等,2009)㊂通过对这些数据统计分析,得出龙门山地震断裂带最大水平应力σH和最小水平应力σh 随深度H变化的回归曲线,其表达式为:σH=0.0452×H+3.0366 (R=0.5531)(1)σh=0.0251×H+2.9437 (R=0.5569)(2) 从式(1)㊁式(2)和垂直应力σv(上覆岩层压力,一般来说,σv=(0.0230~0.0255)×H)对比得出,龙门山地震断裂带3个主应力的关系为:σH>σh ≥σv,说明龙门山地震断裂带以水平应力为主,有利于逆断层和走滑断层的形成,与汶川大地震的震源机制一致(李海兵等,2008;李勇等,2008;魏占玉等, 2008;任俊杰等,2008)㊂另外,应力梯度较大,最大水平应力梯度为4.52MPa/100m,最小水平应力梯度为2.51MPa/100m,而中国大陆地区地应力大小随深度的表达式为:σH=0.0255×H+7.36,最大水平应力梯度为2.55MPa/100m①,龙门山地震断裂带的地应力梯度大于中国大陆地区均值㊂最大水平应力σH和最小水平应力σh之比约达到1.7~1.8,地应力非均匀性较大,井壁极易产生坍塌和破裂㊂根据库仑-摩尔强度准则,岩石破坏时剪切面上的剪应力必须克服岩石的固有剪切强度(内聚力)C和作用于剪切面上的内摩擦阻力μσ,即τ≥C+μσ(3)式中:μ为岩石的内摩擦系数,μ=tanφ;φ为岩石的内摩擦角㊂对于低渗透泥页岩地层,邓金根等(邓金根等, 2008)根据库仑-摩尔强度准则建立了地层坍塌压力当量密度ρc(即地层不坍塌的最小钻井液密度)和地层破裂压力当量密度ρf(即地层不压裂的最大钻井液密度)与最大水平应力㊁最小水平应力的关系:ρm min=ρc=η(3σh-σH)-2CK+αp p(K2-1)(K2+η)H ×100(4)ρm max=ρf=3σh-σH-α×p p+S t100(5)式中:ρm min㊁ρm max分别为井壁稳定的最小和最大钻井液密度;H为井深;C为岩石的粘聚力;K为系数, K=cot450-φæèçöø÷2;α为有效应力系数;η为应力非线性修正系数;p p为地层孔隙压力;S t为地层抗拉强度㊂3 地应力对井壁稳定的影响式(1)和式(2)中R值较低,应力数据离散性高的主要原因:(1)龙门山地震断裂带的地应力以7.7×10-4MPa/y的速度积累(王连捷等,2009),而选取的地应力数据时间跨度较长;(2)汶川大地震时各地应力释放不一致,有些地层地应力得到释放,而局部地层则产生较高的构造地应力㊁形成地应力异常,测量数据不能反映同一点地震前后的应力变化;(3)汶川大地震时,地震断裂带及附近岩石遭受强烈挤压破碎,完整性较差,影响到水力压裂试验测量数据的准确性;(4)该地区多次发生较大的地震,断层泥总厚度约150cm,每次地震活动并不完全沿袭老的地震断裂主滑移带滑动,而是沿着断层泥边部区域滑动(王焕等,2010),可能存在应力突变,使地应力随深度的变化规律发生改变㊂WFSD科学钻探钻进地层为碳质泥岩㊁页岩㊁砂岩㊁蚀变花岗岩和凝灰岩等,具有地层破碎㊁裂隙发育㊁断层泥膨胀㊁地应力高等特点,采用单动双管取芯钻进,内管为半合管㊂有时打开半合管时,岩芯较完整,片刻之后,岩心表面出现裂纹,甚至岩心开裂;有时岩心膨胀,将半合管胀开,导致内外管卡死㊂正是上述地应力的影响,使得WFSD项目钻井施工异常困难,井内事故频发,井壁稳定问题十分突出㊂一般来讲,井壁稳定问题包括钻井过程中的井壁坍塌或缩径㊁地层破裂或压裂两种基本类型,其实质就是井壁岩石所受的应力超过它在井眼状态下的强度㊂当井内钻井液柱压力过低时,作用在井壁上的应力差超过该处岩石的剪切强度,井壁岩石发生破坏,对于脆性岩石井壁发生崩落现象,对于塑性岩石井壁发生缩径;当井内钻井液密度过大使岩石所受的周向应力超过岩石的拉伸强度而造成地层破183第2期 张培丰等:龙门山地震断裂带地应力分布及其对井壁稳定的影响 以WFSD-2井为例 裂㊂造成井壁失稳的因素主要包括地质构造类型和原地应力㊁井壁应力分布㊁井壁岩石的力学性质㊁裂隙节理的发育情况㊁孔隙度㊁渗透性及孔隙中的流体压力以及钻井液的性能等㊂龙门山地震断裂带地应力对井壁稳定的影响主要表现为:地应力突变导致地层坍塌压力和破裂压力降低,以及断层泥的塑性变形导致井壁缩径㊂3.1 地应力突变以WFSD-2井为例,设计井深2000m,试验岩芯的岩性为碳质泥岩,取地层孔隙压力系数p p= 1.20,有效应力系数α=0.4,地层强度参数C= 11.08MPa,内摩擦角φ=14.5,地层抗拉强度S t= 2MPa㊂将上述参数和计算点的应力分别代入式(4)和式(5),得到WFSD-2井地层坍塌压力当量密度和破裂压力当量密度分别为1338kg/m3和2550kg/m3㊂即钻井过程中,如果钻井液密度在1338kg/m3和2550kg/m3之间,理论上WFSD-2井不会发生井壁坍塌和破裂㊂在保证钻孔允许一定扩径率的前提下,WFSD-2井取芯钻进的泥浆密度为1350kg/m3~ 1380kg/m3㊂取芯钻进至井深1270.11m~ 1272.24m时发生地层压裂,井口不返浆,泥浆密度为1380kg/m3,环空压力0.229MPa,井底当量泥浆循环密度1398kg/m3;当泥浆密度降低到1340kg/m3㊁井底当量泥浆循环密度1358kg/m3时,泥浆循环恢复正常,并出现 井漏反吐”现象㊂ 井漏反吐”是一种地层开与合的现象,当外压力超过地层破裂压力时,地层开裂,泥浆或其它流体漏失进入裂缝;当外压力低于地层破裂压力时,裂口复原,裂缝内的泥浆或其它流体被挤出㊂研究表明(高德利,2004),最小水平有效应力控制着地下岩石中裂缝的方向,地下天然裂缝或人工裂缝延伸方向一般与最小水平有效应力垂直,是确定地层破裂压力或裂缝传播压力的基础㊂井漏反吐”现象表明,该地层的破裂压力当量密度仅为1358kg/m3~1398kg/m3,而上部地层的坍塌压力当量密度1338kg/m3,综合考虑环空泥浆循环压力损失㊁起下钻以及开泵造成的压力波动等因素,无法建立上下井段均安全的泥浆密度㊂泥浆密度大于1360kg/m3时地层压裂㊁泥浆漏失;泥浆密度小于1320kg/m3时上部井段坍塌掉块㊁井壁缩径㊁提钻遇阻㊂WFSD-2井取芯钻进至1369.80m 被迫扩孔下套管护壁,而扩孔钻进1330.23m上提钻具至1254.83m处遇阻,开泵循环泥浆压裂地层,井口不返浆,造成卡钻事故,爆破松扣形成30.48m 落鱼,落鱼钻具组合为:Φ200mm牙轮扩孔钻头×0.22m+Φ200mm金刚石扩孔器×0.84m+Φ159mm钻铤×9.08m+Φ200mm稳定器×1.09m,被迫侧钻绕障㊂对于这种下部地层破裂压力当量密度与上部地层坍塌压力当量密度相差很小的钻孔,只能通过下套管护壁的方式解决井壁稳定的问题㊂3.2 断层泥应力断层泥是断层运动时断层附近破碎的岩石在高温高压条件下经过剪切㊁滑动㊁碎裂㊁碾磨和粘土矿化作用而形成的,是活动断裂带的直接表现形式之一,利用断层泥中矿物组成可以推断断层形成时的温度㊁压力,进而推断发震机制㊂野外调查和WFSD-1井岩芯编录发现(王焕等,2010),龙门山断裂带的北川 映秀断裂带整体宽约120m,分布有近80条含有断层泥的次级断裂带,断层泥的厚度由几毫米到25cm不等㊂该断层泥的主要矿物成分为伊利石㊁绿泥石和石英(李之军等,2009),其力学特性表现为:(1)通过对断层泥的粒度分析显示,粒径在0.075mm~0.005mm之间的重量百分比为32%,粒径小于0.005mm的重量百分比为26%㊂可以推论,高温高压条件下断层泥经过了破碎和脱水过程,与断层角砾岩相比,断层泥在断层活动的过程中孔隙度降低㊁视密度升高,释放部分空间吸纳断层附近岩石所产生的变形,断层附近地应力降低㊂(2)随着时间的推移,断层泥不断从外界吸附水分,使其含水量不断增加㊂研究表明(周瑞光等, 1998),断层泥的内聚力㊁内摩擦系数以及起始流变应力随含水量的增加而呈负指数减小㊂根据式(3)和式(4),断层泥破坏时所需作用在剪切面上的剪应力降低,地层坍塌压力当量密度升高㊂由于WFSD-2井在1270.11m~1272.24m处存在较低的地层破裂压力当量密度,扩孔和全面钻进阶段泥浆密度仅为1320kg/m3,每次提下钻均发生遇阻现象,扩孔至1330.23m提钻时因提钻遇阻导致卡钻事故㊂(3)随着含水量的增加,断层泥膨胀,应力升高,并逐渐达到应力平衡状态㊂井眼的形成打破了原地应力的平衡状态,断层泥因吸附泥浆的失水而膨胀,导致断层泥井段钻孔缩径㊁而断层角砾岩井段坍塌掉块,WFSD-1井㊁WFSD-2井和WFSD-3井均多次发生提钻过程遇阻和卡钻事故㊂WFSD-2井283 地质与勘探 2012年图2 WFSD-2井断层泥Fig.2 Photo showing fault Gouge from the Well WFSD-21-断层角砾岩;2-断层泥;3-闪长岩1-fault breccia;2-faultgouge;3-diorite 图3 断层泥膨胀导致半合管胀开Fig.3 Photo showing split core barrel split by fault gouge expansion井深638.01m ~842.25m 严重扩径,其中井深704m 处最大直径达429.26mm(取芯钻头外径为150mm)㊂图2为WFSD-2井钻取的具有代表性的龙门山断裂带断层泥,钻头内径95mm,断层泥的岩芯直径膨胀到101mm,将半合管胀开(见图3),内外管卡死,半合管无法从外管内取出㊂4 密度微调法确定地层坍塌压力和破裂压力由式(4)和式(5)可知,掌握所钻地层的应力状态是建立安全钻井的钻井液当量密度范围的基础,地应力的测试方法主要有现场水力压裂试验法和室内声发射试验法㊂由于水力压裂试验要求关井试压直至地层或套管固结的水泥环发生破漏为止,以确定其最大的承压能力,许多人担心由此引起不良的后遗症;其次,龙门山地震断裂带地层破碎,水力压裂试验法误差较大;第三,对于龙门山地震断裂带复杂的地应力来说,不可能在一口井内多次反复采用水力压裂试验法测试地应力,而室内声发射试验法往往又滞后于钻井施工㊂因此,针对膨胀性地层,笔者推荐一种简易的㊁随钻实时测定地层坍塌压力和破裂压力的方法 钻井液密度微调法㊂众所周知,泥浆循环过程中,作用在井壁上的外压力为泥浆柱静压力与环空压力降之和,即:P b =P m +P a(6)式中:P b 为井底压力;P m 为泥浆液柱静压力;P a 为环空泥浆流动压力降㊂式(6)可以采用当量密度的表达式:ρb =ρm +ρa(7)式中:ρb 为井底压力当量密度;ρm 为泥浆密度;ρa 为环空动压当量密度㊂由式(4)和式(5)可知,当井底压力当量密度大于地层坍塌压力当量密度ρc 时,地层不会坍塌或缩径;当井底压力当量密度小于地层破裂压力当量密度ρf 时,地层不会压裂㊂由式(7)可知,可以通过调整泥浆密度或环空动压当量密度来控制井底压力的大小㊂环空动压当量密度的调整可通过调节泥浆的排量和泥浆流变参数来实现,由于其调节的复杂性和可调范围狭窄,一般不采用调整环空动压当量密度的方法,而是采用调整泥浆密度的方法㊂但是,环空动压当量密度这383第2期 张培丰等:龙门山地震断裂带地应力分布及其对井壁稳定的影响 以WFSD-2井为例 一压力附加量可以很方便地通过开泵和停泵而施加或消失,即在开泵的条件下,井底压力当量密度由式(7)计算;停泵的条件下,井底压力当量密度的表达式为:ρb =ρm(8)图4 钻井液密度微调试验原理Fig.4 Principle of density fine adjustment for drilling fluid如图4所示,假定泥浆密度为ρa 1(A 点),循环时井底压力当量密度为(ρb 1=ρa 1+ρa ),地层坍塌或缩径;那么停泵时,将泥浆密度提高一个环空动压当量密度值ρa 的大小量,泥浆静止时井底压力当量密度同样为(ρa 2=ρa 1+ρa ),地层也会坍塌或缩径㊂因此,可以把环空动压当量密度值ρa 的大小作为泥浆密度的微调量,逐级提高泥浆密度㊂当泥浆循环时不发生地层坍塌或缩径,此时井底压力当量密度值(ρa 3+ρa ,B 点)约等于该地层坍塌压力当量密度ρc ;继续逐级提高泥浆密度,直至泥浆循环时出现地层破裂显示,此时井底压力当量密度值(ρb 5=ρa 5+ρa ,C 点)约等于该地层破裂压力当量密度ρf ㊂环空动压当量密度值ρa 的大小可以通过相关公式计算㊂一般来说,环空动压当量密度为:泥浆密度低于1200kg /m 3的轻泥浆,ρa 约为20~40kg /m 3;泥浆密度高于1500kg /m 3的重泥浆,ρa约为40~60kg /m 3;粘度高的重泥浆或环空返速大于1.0m /s 时,ρa 可能超过100kg /m 3,粘度低的轻泥浆或环空返速低于0.5m /s 时,ρa 可能低于10kg /m 3㊂由图4确定,井壁稳定的条件为:ρc ≤ρb ≤ρf (9)考虑到提钻加速期钻具抽吸状态下井底压力当量密度(最小值)大于或等于地层坍塌压力当量密度㊁下钻加速期或开泵瞬间井底压力当量密度(最大值)小于或等于地层破裂压力当量密度,则井壁稳定的泥浆密度范围:ρc +ρ1≤ρm ≤ρf -ρ2(10)式中:ρ1为提钻加速期环空动压力降当量密度;ρ2取下钻加速期或开泵瞬间环空动压力降当量密度的较大值㊂5 结论(1)总体来说,龙门山地震断裂带最大水平应力σH 和最小水平应力σh 随深度H 变化关系为:σH =0.0452×H +3.0366 (R =0.5531)σh =0.0251×H +2.9437 (R =0.5569)最大水平应力㊁最小水平应力和垂直应力σv (上覆岩层压力)的关系为:σH >σh ≥σv ,说明龙门山地震断裂带以水平应力为主,有利于逆断层和走滑断层的形成㊂(2)龙门山地震断裂带地应力梯度大于中国大陆地区均值,加上地震等构造运动和断层泥水化膨胀的影响,导致塑性地层缩径,是WFSD 项目孔内事故频发的主要原因㊂(3)龙门山地震断裂带存在地应力突变,局部地层破裂压力与上部地层坍塌压力之间的差距较小,即存在较窄的维持井壁稳定的泥浆密度范围㊂(4)针对膨胀性地层,利用泥浆密度微调法可以随钻监测所钻地层的坍塌压力和破裂压力,反演地层的最大水平应力和最小水平应力,从而确定井壁稳定的泥浆密度范围㊂[注释]① 中国大陆科学钻探工程中心.2007.中国大陆科学钻探工程验收和成果报告[R ].[References ]An Ou ,Gao Guo-bao.1996.Distribution of paleotectonic residual stresswith depth and residual energy in Longmenshan fault zone [J ].Seis⁃mology and Geology ,18(1):25-29(in Chinese with English ab⁃stract )An Qi-mei ,Ding Li-feng 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