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地应力测量的国内外研究现状0 引言地应力（in-situ stress），又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因产生的。
在一定时间和一定地区内，地壳中的应力状态是各种起源应力的总和。
主要由重力应力、构造应力、孔隙压力、热应力和残余应力等耦合而成,重力应力和构造应力是地应力的主要来源。
地应力的形成主要与地球的各种动力运动过程有关，其中包括：板块边界受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非均匀扩容等。
另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其他物理化学变化等也可引起相应的应力场（雷化南，等译.1976）。
而重力作用和构造运动是引起地应力的主要原因，其中尤以水平方向的构造运动对地应力的形成影响最大。
因此，岩石中的原地应力是由主动施加的力和积蓄的残余应变两者引起的。
地应力测量（In situ stress measurement），就是确定拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过多个点的量测来完成的。
地应力测量是一项综合性的测试，可以说任何一种单一的方法都不能很好地完成，往往需要几种方法结合起来对比使用，才可以保证结果的可靠性。
即使如此，地应力测量中也往往会出现同一测点测量值分散的情况。
地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提。
地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是当前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上许多国家均开展了地应力的测量及应用研究工作,取得了众多的成果。
1 地应力测量在国外发展概况及研究现状人们最初对地应力概念的认识以及地应力测量技术的发展都源于早期的矿山工程建设，最早的原位地应力测量起始于20世纪30年代。
1932年，美国人劳伦斯(Lieurace)在胡佛坝(HooverDam)下面的一个隧道中采用岩体表面应力解除法首次成功地进行了原岩应力的测量。
地应力测量与监测重点实验室简介概况“地应力测量与监测重点实验室”始建于上世纪六十年代，是中国地质调查局和中国地质科学院重点实验室。
目前，实验室以我所承担的地应力测量与监测、构造应力场分析和地应力测试技术应用科研项目为依托，发展了包括水压致裂法地应力测量实验室、解除法地应力实验室、岩心非弹性应变恢复地应力实验室、地应力测量与监测重点实验室等多个单元，研究领域涵盖了地应力测试理论方法研究、地应力测试设备研发、地应力测试方法检测与标定及在多个领域的广泛应用。
目前实验室的地应力测试应用领域包括地震等地球动力学基础研究、重大工程建设、常规与非常规油气勘探开发、深部矿山开采、核废料储集场选址、二氧化碳封存、干热岩勘探开发和深埋隧道工程设计等多个领域，为解决安全、深部能源开发和重大疑难工程地质问题等领域研究提供了必要的技术支撑。
半个多世纪以来，实验室坚持地应力研究特色，完成了多个国家重大科研项目的同时，承担了社会大量地应力测试研究任务，并走出国门，承担了新加坡、秘鲁和老挝等多个国家的国际项目，并同美国、日本、德国和荷兰等多个国家地应力实验室建立了长期合作关系，得到了国际同行的认可。
主要设备和实验内容实验设备实验室拥有水压致裂地应力测试系统多套（高压水泵的压力范围20-70MPa），解除法地应力测试系统多套（包括空芯包体法和压磁法）、ASR地应力测试系统、10000KN双轴地应力标定系统、2000m超声波成像测井系统和现场地应力监测系统等。
以上设备多为我所自主研发的测试系统，获得了多项国家专利。
主要研究方向和内容实验室以地应力测试理论、方法和应用研究为主要研究方向，瞄准国内外地应力测试技术发展现状和趋势，主要研究方向和研究内容包括以下方面：（1）水压致裂法地应力测试：水压致裂法是上世纪60年代发展起来的原位地应力测试方法，80年代引入我国，目前在包括地震机理研究、深部资源开发和重大工程建设中得到了广泛应用，取得了大量研究成果，目前我所已研发适用于3000m深度水压致裂地应力测试系统，适用于大中小等不同钻孔直径，通过测试可获取不同深度和层位的水平主应力信息。
渤海海峡跨海通道工程区海域三维地应力测试
王锦山;彭华
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2024(45)1
【摘要】跨渤海通道海域缺乏实测地应力基础数据,而海域钻探原位实测又承担着巨大风险与重重困难,为取得工程区现今地应力场特征第一手资料,利用以水压致裂地应力测量为主,以空心包体、非弹性应变恢复、差应变、声波各向异性法为辅的综合地应力测量技术,对研究区海域开展三维地应力测试与研究,建立了线性回归方程,得到了回归拟合曲线。
结果表明,渤海海峡最大水平主应力σH、最小水平主应力σh与垂直主应力σv均随测试深度的增加呈线性增大规律;海峡南部地应力状态存在σH>σh>σv的关系,处于逆冲应力状态,应力场方向为NE,最大水平主应力大于垂直主应力,区域内构造力处于主导地位;海峡北部应力状态为σH>σv>σh,有利于走滑断层活动,应力场方向为NE,区域内构造力处于主导地位;整个工程区内地应力各分量值之间相差不大,远远小于区内断层活动应力值的下限,表明研究区目前处于稳定状态。
研究结果符合一般地应力测量规律,测试流程符合地应力测试要求,测试数据可用于分析区域地应力状态。
【总页数】12页(P245-256)
【作者】王锦山;彭华
【作者单位】河北科技师范学院城市建设学院;中国地质科学院地质力学研究所【正文语种】中文
【中图分类】TU452
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4.海域高分辨率24道地震采集技术在渤海海峡跨海通道项目中的应用
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综述地应力测试及其在勘探开发中的应用葛洪魁 林英松 王顺昌(石油大学石油工程系,山东东营257062) (石油物探局) 摘要 对国内外地应力测试与应用工作现状进行了综合分析。
论述了地应力的分布规律、地应力的矿场和岩心测试方法、地应力的计算及其在油气勘探开发中的应用等。
分析了水力压裂法、井壁崩落法、声发射法等地应力测试方法的原理、应用范围及计算方法,对目前应用的测试方法中存在的问题进行了研究,并指出了进一步发展的方向及需要解决的主要问题。
结合油气勘探开发的需要,对油田开展地应力研究问题提出了建议。
主题词 岩石应力;测试;水力压裂;声发射;开发方案;裂缝;预测;定向射孔中图法分类号 TE21;P554Ξ第一作者简介 葛洪魁,男,1963年生。
副教授,1989年获硕士学位,现在攻读博士学位。
主要从事岩石力学、地应力等方面的研究。
引 言 石油形成并赋存于地壳岩石中。
地应力的大小及其变化是控制油气富集区分布、水力压裂裂缝扩展、储集层裂缝分布、油井套管长期外载以及钻井地层破裂压力、坍塌压力等项参数的因素之一,也是油气田开发方案的制定及油井工程设计必不可缺少的基础数据。
认真分析研究国内外地应力测试及应用的现状,依此确定地应力研究工作的方向和路线,具有重要意义。
1 地应力测试方法研究概况到目前为止,地应力的确定方法可以分为四大类:一是利用资料进行定性分析,如火山喷道、断层类型、油井井眼稳定情况、取心收获率、区域应力场、地形起伏、地质构造、震源机制等;二是矿场应力测试,如水力压裂应力测试,井壁崩落地应力反演;三是岩心测试,如差应变分析、波速各向异性测定、滞弹性应变分析、声发射(Kaiser效应)测定等;四是地应力计算,如地应力场有限元数值模拟、地应力测井解释、钻进参数反演等。
地应力测量方法虽较多,但真正能直接测量出地应力的方法,严格来讲还没有。
相对而言,水力压裂方法可给出比较可靠的最小地应力值,在一定精度范围内可视为地应力的直接测量。
地应力与地应力丈量方法简介地应力，又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年月里，因为地质结构运动等原由产生的。
在一准时间和必定地域内，地壳中的应力状态是各样发源应力的总和。
主要由重力应力、结构应力、孔隙压力、热应力和节余应力等耦合而成 ,重力应力和结构应力是地应力的主要根源。
地应力的形成主要与地球的各样动力运动过程相关，此中包含：板块界限受压、地幔热对流、地球内应力、地心引力、地球旋转、岩浆侵入和地壳非平均扩容等。
此外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其余物理化学变化等也可惹起相应的应力场。
而重力作用和结构运动是惹起地应力的主要原由，此中尤以水平方向的结构运动对地应力的形成影响最大。
地应力丈量，就是确立拟开挖岩体及其四周地区的未受扰动的三维应力状态，这种丈量往常是经过多个点的量测来达成的。
地应力丈量是确立工程岩体力学属性、进行围岩稳固性剖析、实现岩土工程开挖设计和决议科学化的前提。
地应力对矿山开采、地下工程和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用，所以地应力研究是目前国际采矿界上的一个前沿性课题，近几十年来，世界上很多国家均展开了地应力的丈量及应用研究工作 ,获得了众多的成就。
跟着矿区开采现代化进度的不停提升和开采深度的不停增添，对矿区所处的地质条件和应力环境提出了更进一步的要求。
查明矿区深部煤炭资源的开采地质条件和应力环境，为深部矿井的设计、建设和生产供给更为精美靠谱的地质资料和数据，以便采纳有效技术手段和举措，防备和减少灾祸的发生，是实现矿井安全高效生产的重要保障。
地应力是惹起采矿工程围岩、支架变形和损坏、产生矿井动力现象的根本作使劲，在诸多的影响采矿工程稳固性要素中，地应力是最重要和最根本的要素之一。
正确的地应力资料是确立工程岩体力学属性，进行围岩稳固性剖析和计算，矿井动力现象地区展望，实现采矿决议和设计科学化的必需前提条件。
采矿规模的不停扩大和开采深度的纵深展开，地应力的影响越加严重，不考虑地应力的影响进行设计和施工常常造成露天边坡的失稳、地下巷道和采场的坍塌损坏、冲击地压等矿井动力现象的发生，以致矿井生产没法进行，并常常惹起严重的事故，造成人员伤亡和财富的重要损失。
第50卷第12期2019年12月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.50No.12Dec.2019岩芯直径变形分析法及其在松科2井深部地应力调查中的应用杨跃辉1,2，孙东生1，郑秀华2，林为人3，李阿伟1(1.中国地质科学院地质力学研究所，北京，100083；2.中国地质大学(北京)工程技术学院，北京，100083；3.京都大学工学研究科，日本京都，6158540)摘要：介绍岩芯直径变形分析法(diametrical core deformation analysis ，DCDA)的基本原理、基于激光测距仪的岩芯直径测试仪器和测试流程，并将该方法应用于松科2井6645~6846m 深部地应力测试。
研究结果表明：应力释放后的岩芯直径曲线均为正弦波型，呈π周期变化，且椭圆长轴和短轴近于正交，测试结果符合DCDA 法理论结果，可反映原位地应力信息。
岩芯截面椭圆长轴方向即水平最大主应力方向，结合岩芯黏滞剩磁定向结果，确定松科2井6645~6845m 深度水平最大主应力方向为NE72°~83°；利用试验获取的岩芯弹性模量和泊松比，确定松科2井6645m 水平主应力差约35MPa ，6845~6846m 水平主应力差约55MPa ，与非弹性应变恢复法确定的结果吻合较好。
DCDA 地应力测试方法在松科2井6645~6846m 的成功应用，为深部地应力信息的获取提供了新途径，特别是在超深或高温钻孔和地层较破碎的复杂地质条件下，应力解除法、水压致裂法等难以实施时，DCDA 方法仍可获得较可靠的地应力数据。
DCDA 方法不受钻孔的深度和温度环境限制，只需要近均质且各向同性的圆柱岩芯，不需对岩芯进行切磨加工，有利于深部宝贵岩芯的重复利用。
关键词：应力释放；岩芯直径；地应力；松科2井中图分类号：TD311；P553文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2019）12-3106-08A method of diametrical core deformation analysis and itsapplication on stress investigation in SK2WellYANG Yuehui 1,2,SUN Dongsheng 1,ZHENG Xiuhua 2,LIN Weiren 3,LI Awei 1(1.Institute of Geomechanics,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100083,China;2.School of Engineering and Technology,China University of Geosciences,Beijing 100083,China;3.Graduate School of Engineering,Kyoto University,Kyoto 6158540,Japan)Abstract:The basic principle of diametrical core deformation analysis method(DCDA)in-situ stress testingDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2019.12.020收稿日期：2019−01−17；修回日期：2019−04−10基金项目(Foundation item)：国家科技重大专项(2016ZX05034)；国家自然科学基金资助项目(41404080)(Project(2016ZX05034)supported by the Major National Science and Technology;Project(41404080)supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：孙东生，高级工程师，从事地应力测量、岩石力学试验等研究；E-mail ：*******************第12期杨跃辉，等：岩芯直径变形分析法及其在松科2井深部地应力调查中的应用method,core diameter testing instrument and testing process based on laser rangefinder were introduced,and the method was applied on the in−situ stress measurement of igneous rock strata on the base of6645−6846m in SK2.The results show that the core diameter curves after stress relief are sinusoidal with a periodic change ofπ, and the long axis and the short axis of the ellipse are nearly orthogonal.The test results conform with the theory results of DCDA method and can reflect the in−situ stress information.The direction of the elliptical long axis of core section is the direction of the maximum horizontal principal stress.According to the results of core paleomagnetic orientation,the maximum horizontal principal stress direction of6645-6845m in SK2is determined to NE72°-83°.By taking into account the core elastic modulus and Poisson's ratio,the horizontal principal stress difference of6645m in SK2is determined to be about35MPa,and the horizontal principal stress difference of6845−6846m is about55MPa,which are almost consistent with the results of ASR in situ stress measurement.The successful application of DCDA method in the field of6645−6846m in SK2well provides a new way to obtain the information of the deep in−situ stress,especially in the complex geological conditions of ultra deep or high temperature drilling and relatively broken formation.In this case,when the stress relief method and hydraulic fracturing method are difficult to implement,while the method can still obtain more reliable in−situ stress data.At the same time,this method is not limited by the depth and temperature environment of the borehole, and only needs nearly homogeneous and isotropic cylindrical core,and does not involve cutting and grinding the core,which is conducive to the reuse of the deep precious core.Key words:stress relief;core diameter;in−situ stress;SK2well常用地应力测量方法主要可分为2类：一类是原位地应力测试方法，包括基于孔壁破裂机理的水压致裂法[1−6]、基于弹性应变恢复的解除法[7−8]及在上述2种方法基础上衍生出来的相关测试方法；另一类是基于钻孔岩芯的地应力测试方法，包括基于应力释放后岩芯非(滞)弹性应变恢复的ASR 法[9−11]、基于岩芯加载后差异应变曲线分析法(DSCA)[12−13]和声发射法(AE)[14]等。
地应力测量方法文献综述通过查阅大量的与地应力测量相关的文献，对地应力测量法进行了系统的总结归类，明确了每种方法的适用范围优缺点及工作原理;同时提出了地应力测量过程中需要注意的问题，并对我国地应力测量的发展现状做出了展望。
标签：测量方法;地应力;适用范围地应力又称原岩应力，也称岩体初始应力或绝对应力，是在漫长的地质年代里，由于物理变化、化学变化以及侵入等原因综合作用产生的[1]。
地应力不仅是决定区域稳定性的重要因素，而且对矿山开采、大型地下工程建设和能源开发等生产实践均起着至关重要的作用。
地应力测量是确定工程岩体力学属性、进行围岩稳定性分析、实现岩土工程开挖设计和决策科学化的前提，所以选择合理有效的地应力测量方法意义重大。
1.国内外地应力测量的研究概况19世纪末20世纪初，瑞士著名的地质学家海姆（Heim）通过观察阿尔卑斯山大型越岭隧洞围岩的工作状态，发现隧洞在各个方向都承受着很高的压力，首次提出了地应力的概念，并于1905～1912年提出了地应力为“静水压力”的假说，即著名的Heim假说：岩体地应力的垂直分量与水平分量相等，其大小等于上覆岩体的重力γH（其中，γ为岩石的容重，H为深度）[2]。
产生地应力的原因是十分复杂的，要弄清楚所有因素尚有困难。
工程岩体中地应力的主要来源是岩体自重和各种地质构造运动，而实测地应力的工作具有直接、重要的意义。
2.应力解除法应力解除法的原理是，岩块从具有一定应力环境的岩体中取出后，岩石发生弹性变形，测量出接触后岩块的弹性变形，通过岩石力学实验测定弹性模量，有胡克定律即可计算得到解除前岩体中的应力大小及方向[3]。
操作过程是，将特制传感器安装在已施工好的待测岩体钻孔中的同心小孔内，同心套取岩心，岩心应力解除发生弹性变形，通过仪器记录应变，在实验室测量解除岩块的弹性模量，计算获得应力矢量。
目前根据测试的应变或变形，应力解除法大体上可分为孔壁、孔径、孔底应变法。
3.水力压裂法应力测量中的水压致裂法又称微型水压致裂法，微型是相对于油田压裂而言。
