原位地应力测量与实时监测在强构造活动区深埋地下工程中应用的思考

强构造活动区,因其原位地应力集中突出、变化复杂、各向异性显著,已成为亟待解决的重大工程地质安全问题和挑战。文章首先分析了原位地应力测量在强构造活动区深埋地下工程应用的经验和不足,然后研究了原位地应力实时监测在强构造活动区深埋地下工程中的应用方法、技术及作用,最后给出了原位地应力测量与实时监测在强构造活动区深埋地下工程中应用建议。研究表明在强构造活动区,不能仅仅依据有限深孔地应力测量结果确定深埋地下工程总体地应力设计参数,而应开展三维地应力场综合研究,揭示其三维地应力场空间分布特征,针对深埋地下工程不同位置采用不同的地应力设计参数,避免因地应力设计参数偏大或偏小造成工程建设浪费或工程病害;在强构造活动区,饼状岩芯密度与地应力测量大小成反比,在饼状岩芯发育深度范围之下未来会形成但仍未形成饼状岩芯的深度范围往往地应力最高、应力最为集中,深埋地下工程应避免该深度范围;原位地应力实时监测可以动态揭示某一构造部位地应力大小的相对变化趋势和演化过程,并可计算地应力实时监测期间不同时域地应力状态绝对值,当大地震或重大工程地质问题发生后,不用开展新的地应力绝对测量,就可以快速评价区域地壳稳定性、深埋地下工程地质安全风险等,为深埋地下工程损毁修复提供量化设计地应力参数及预防变形破坏应力应变预留阈值,评价断层活动危险性。研究成果可为强构造活动区重大工程规划建设和安全运维提供科学依据。

原位地应力测量与实时监测在地震预报研究中的作用和意义

当2013年4月20日四川芦山Ms7.0级大地震发生时,中国科学家已不再像2008年汶川Ms8.0大地震发生时那样茫然和不知所措。其根本原因在于,2008年汶川大地震发生后,龙门山地区开展了大量的科学研究工作,已超前初步认知龙门山断裂带西南端具有潜在地震危险性,特别是原位地应力测量和实时监测已发现绝对地应力大小高值异常和相对地应力大小临震异常变化。论文简要介绍了地震预报国际主流观点与认识,梳理了地应力在地震预报研究中的作用和认识,探讨了2004Parkfield earthquake钻孔应变监测结果给予的启示,详细介绍了原位地应力测量与实时监测在地震预报研究中应用的实践与探索。实践证明:地震预报是值得探索和研究的,原位地应力测量与实时监测是地震预报的有效方法之一。

西藏林芝地应力测量监测与尼泊尔M_S8.1级强震远场响应分析

为查明川藏铁路林芝段现今地应力状态和附近主要断裂运动学和动力学活动特征,在西藏林芝北侧开展了300 m深度钻探工程和随深度系统水压致裂现今原位地应力测量与压磁法地应力实时监测工作。原地应力测量结果表明:(1)三个主应力大小之间关系为SH>Sh≥SV,表明区域构造作用水平应力起主导作用,易于发生逆断活动;(2)现今最大水平主应力方向为北北东向,反映区域内北东—近南北向断裂带现今活动具有顺时针走滑的特征;(3)基于实测数据得到剪应力相对大小μ_m=0.11~0.23,反映了该区域应力积累较低,区域内断层活动的危险性较小。地应力实时监测结果表明2015年尼泊尔M_S8.1级强震在该地应力实时监测站点具有显著的远场效应:(1)尼泊尔地震前,最大与最小水平主应力值分别增加了0.35 MPa和0.24 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(2)尼泊尔地震时同震应力变化表明,地震导致最大与最小水平主应力值分别减小了0.05 MPa和0.04 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(3)尼泊尔地震4个月后,最大水平主应力减小了0.05 MPa,而最小主应力增加了0.01 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变。基于钻孔原地应力测量与实时监测数据分析尼泊尔地震前、震时、震后该站点地应力变化情况,对于区域内断裂活动、地震危险性、地壳稳定性等研究具有重要意义。

山东招远水旺庄金矿深部地应力特征及其岩爆倾向性分析

通过山东省招远市水旺庄金矿1881.08 m深孔水压致裂原地应力测量,获取了矿区深部地应力特征及其随深度的变化规律。结果表明:该矿区最大主应力随深度增加具有呈线性增大趋势,800.00 m以浅原位地应力状态以水平应力为主,随深度增加铅直主应力逐渐过渡为最大主应力;其中,最大水平主应力为11.22~45.69 MPa,最小水平主应力为7.28~36.17 MPa,铅直主应力为8.44~48.27 MPa,最大水平主应力方向为北西西向。根据该矿区应力量值及其最大水平主应力方向,分析了深部矿体地应力特征,水旺庄矿区深部地应力在招远-莱州地区属于一般偏低水平。结合钻孔岩芯岩石力学参数,基于工程岩体分级标准及岩石块体弹性应变能理论,对高围压环境下深部矿体开挖过程中,地下巷道发生岩爆的倾向性进行了分析讨论,水旺庄金矿总体属于无岩爆或弱岩爆的地层,但局部如1102.78 m、1379.40 m深度存在强烈岩爆倾向性,金矿矿体所处的1680.40~1684.90 m深度大体位于无岩爆区域。上述研究成果可为深部矿山建设与开采设计提供重要的科学依据。

昌黎地区深孔水压致裂地应力测量及其应力状态研究

河北东部昌黎地区在单元划分上处于燕山块陷与冀渤块陷接合部位,区内地质构造复杂。为了掌握该区域现今应力场分布规律,采用深孔水压致裂技术开展了钻孔原位地应力测量工作,并获得了该区首个钻孔地层中17个测段的应力状态。测量结果表明:该地最大水平主应力与垂直主应力平均比值为1.47,反映出区域地应力场以水平应力为主导的特点;最大水平主应力为4.04~13.95 MPa,方向NEE,与新构造活动及现代震源机制所反映的区域构造应力场方向一致。测量结果可为区域地壳稳定性评价提供科学的依据。

日本M_W9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义探讨

为了探讨日本MW9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义,对华北和东北地区进行原位现今地应力绝对测量与实时监测、GPS测量,结果表明:日本大地震在山东半岛、华北北部地区和东北地区所诱发同震位移引起的张性效应调整周期分别约为6个月(即调整结束时间大约在2011年9月)、15个月(即调整结束时间大约在2012年6月)和26个月(即调整结束时间大约在2013年5月),张性效应调整周期与同震位移大小成正比。在这种调整过程中,往往表现出区域现今构造应力作用方式和构造应力场转换,并可能伴随重大地质事件(如地震等)的发生。2012年5月28日和29日、6月18日、8月26日及2013年1月11日在唐山及其周围地区分别发生的4.8级、3.2级、4.0级、3.3级和3.0级地震与华北北部地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而2013年10月31日以来在吉林省松原市发生的地震群应与东北地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而非一个大地震前的小震群。