文摘

为了研究构造应力场的现状在胶东半岛西北部,地面压力沿深度分布的特点进行了分析与回归分析的方法。共有164项地应力测量数据收集。主要有两种类型的地应力状态,一个是σH >σh > ,另一个是σ> >σh和原位应力状态的类型与深度有关。主要强调σH,σh, 与深度近似线性增加,压力梯度是0.0556,0.0248,和0.0346,分别。侧压力系数KH,Kh,Kav大约hyperbolically不同深度的增加和方法1.99,1.12,和1.56,分别。一半的最大水平差应力之比平均水平主应力μd线性变化的值随深度的增加和方法0.33。最大剪切应力τ米与深度近似线性增加,压力梯度是0.0146。的比率水平主应力与垂直应力的差异在1000米- 2000米是0.5 - 0.7。此外,最大水平主应力方向优势的胶东半岛西北部几乎是南。

1。介绍

地应力是地壳中存在的自然压力受工程的干扰,也称为岩体的初始应力,绝对压力,或原始岩石的压力。地应力状态是一个重要指标描述工程地质灾害,地震的准备,和煤矿安全建设。地应力测量和研究其分布特征是一个基本和地下工程施工过程中非常重要的工作。地应力测量的数据不仅可以直接反映原位区域应力场的特点也有助于解释断层的问题活动,地壳运动,板块演化的动态源。胶东半岛西北部位于山东省的最东部,是世界上第三大金矿地区。复杂地质结构不利于采矿活动的区域。尽管特定的地应力测量在这一领域的重要性,它仍然是空。地区地应力的分布规律是地下工程施工的基础。学者们对地区地应力进行了许多研究。Sandiford et al .,分别进行了地应力研究在澳大利亚东南部,日本岛,南非和沁水盆地(1- - - - - -4]。介绍了地应力测量方法后,在中国,许多地震多发地区和资源密集型领域开展了大量的工作。许多学者也研究了山东地区的局部应力场特征。郑(5)进行了地应力测量在渤海南部海岸附近。刘(6)测量海洋的原位应力Beizao矿井工作面。Cai和乔金矿等测量方法(7,8]。但在胶东半岛,特别是在胶东半岛西北部,稀有金属资源丰富,地应力特征仍是空白。为了充分掌握原地应力场的分布特征在胶东半岛西北部,原地应力场的分布特征分析了在这一领域基于作者的地应力测量数据和其他多年。特别是数据方法从三山岛金矿,玲珑金矿,新城金矿为本文提供重要的支持。研究结果填补空缺在胶东半岛的原位应力的特点,为矿山工程建设提供可靠的数据,隧道施工,在该地区地震震源机制的研究。

2。地质构造环境,在胶东半岛的西北部

山东是位于中国东部的北块,胶东半岛渤海和黄海海域之间,和影响的共同推动太平洋板块和菲律宾板块。有一个漫长的进化历史和在该地区复杂的地质构造环境,包括稳定的古太古代土地块,古生代原生代的活动区域,稳定古生代地表海洋沉积Claratong [9]。NNE-trending和确定断层的主要缺点是胶东半岛西北部。确定故障有右旋走滑的特点和主要展览compressive-torsional活动包括为断层带(NNE-trending)和Zhaoping断裂带(确定)。图1显示山东省活动断裂结构的基本模式,其中一些仍然活跃在现阶段(11,12]。这些缺点对区域地层有明显的控制效果,构造运动、岩浆活动和矿产分布。


图1
山东新结构的轮廓图(10]。

的山东部分Tanlu断裂带西方山东之间运行,胶东情节,苏禄超级高压变质带,断裂带对N延伸约360公里(10°∼25°)E。Tanlu断层影响带,地质环境的胶东半岛西北部和南部渤海区域是更复杂的。然而,这个地区是一个重要的矿产资源领域在中国,特别是稀有和贵金属。胶东半岛位于大陆的交集东亚和西太平洋板块。这是一个构造剪切带有关东亚和西太平洋活动大陆带。它是由区域逆时针扭应力场控制,形成一个活跃的地区的新华夏式系统。大地构造位于胶东隆起区第二隆起区巨型构造带的新华夏式系统,毗邻Tanlu断裂带在西方,渤海湾盆地的北部,东部,太平洋板块和Dabieshan-Sulu超级在南方高压变质带(13,14]。多级构造岩浆活动在胶东地区已经开发了一个交错复杂的构造网络。基础结构在该地区栖霞复背斜和由前寒武纪地层断裂结构,及其构造线方向近EW方向。控制的碰撞造山和俯冲地区构造应力场,断裂构造系统是由NE和NNE向断裂结构。在该地区有7断层区,从西到东,即Sanshandao-Cangshang错,Xincheng-Jiaojia错,Zhaoyuan-Pingdu错,栖霞的错,Muping-Jimo错,和金牛山断层,米沙的错。在胶东西部前四,总体趋势是东北方向。后两个位于胶东东部和一般朝着near-SN方向。Muping-Jimo断层在结区,这是一个边界断层和一般向东北方向15]。

3所示。原位应力的来源和原因胶东半岛的西北部

原位应力是一个一般术语在地球,压力的原位应力的分布在空间范围内(16- - - - - -20.]。原位应力的形成主要与地球的各种动态过程有关。胶东半岛西北部的地质活动频繁,地质条件非常特殊,这使得区域原位应力的来源更加复杂。但长提出了原位应力后,它被广泛认为是仅与上覆岩层重量有关。直到1950年代,曾提出原位应力不仅是上覆地层形成的垂直应力也构造应力引起的水平应力(21]。第一次在隧道,我们提出水平应力远远大于垂直主应力,并逐渐认识到,构造运动形成原位应力的主要因素是(22- - - - - -24]。大量的研究发现,受到的碰撞和挤压印度板块和欧亚板块,最大主应力的分布在中国显然是常规。马(25)根据主应力方向的团结和稳定三个主应力随深度的关系,明显把区域和主应力值或压力梯度边界,地壳应力区域划分(图2)。


图2
在中国当前的原位应力分区(25]。

西北中国胶东半岛的东海岸。这个地区是一个复杂的地质记录重要的地质时期形成的,保存的古老地块多级插入后,叠加,和剥蚀,各种各样的结构组合和风格26- - - - - -29日]。的基本结构框架出现在盆地岭,从北到南,龙口盆地Jiaobei隆起,Jiaolai盆地。这种结构模式的响应中生代地幔隆起和地壳的岩石圈变薄。T3-K1期间,该地区构造extrusion-extension效果是明显的30.extrusion-extension手风琴的模型结构,在胶东地区成立。

经过大量的实地调查和实验研究,胶东半岛的主要构造活动分为四个时期。压力特征表现为挤压和扩展相互作用[31日,32]。第一期主要是挤压,可以分为两个阶段:-)附近的早期和晚期阶段。①早期附近-挤压,形成了左线翻译错NNE-SSW方向。②后期附近)挤压,主要形成相关NWW-SEE右旋走滑断层和近sn右旋走滑断层(33,34]。第二期显示NE-SW挤压NE-SW扩展的转换,由主要的积极反映断层Zhaoyuan-Pingdu断层带。第三节展示了西北扩展。第四段是near-E-W挤压和near-S-N扩展,和东北方向断层在该地区主要是正确的平移运动。实地观察,大量的南临结构中可以看到早期的挤压结构。从侏罗纪末白垩纪早期,胶东情节显示了挤压的构造力学性能扩展周期性,周期变化的应力场不断变化和调整区域(35,36]。

通过统计分析主要在胶东最大水平主应力的方向,结合现有的研究成果,发现占主导地位的最大水平主应力的方向在该地区是NEE-SWW方向(与震源机制解一致[37- - - - - -39])。

4所示。法律的原位应力分布西北胶东半岛

有很多地方相似,地震活动的特点在山东和华北块,其中两个有一个的地震活动相对较显著对应的时间(11]。然而,由于Tanlu断裂带的存在,山东地区有自己的特殊性。特别是在胶东地区,这个地区的区别和山东西部地区不仅存在于地层分布还在原位应力。下面将分析地应力分布规律在胶东半岛西北部。

4.1。类型在原地应力场分布规律

通过数据的收集和测量油田、矿山、地球物理研究和气象研究,164件的地应力测量数据(深度从4.7到2300米)是通过水力压裂方法和减压方法,如图3。每组的最大水平主应力大于垂直主应力。可以看出,胶东半岛西北部的水平应力占主导地位在测量深度,属于典型的构造应力场类型。其中,三个主应力的大小关系40组σH>σh> 。占总数的24.4%组,他们属于逆断裂应力状态,这有利于妊娠和逆断层的活动。三个主应力的大小关系剩下的124组σH> >σh组,占总数的75.6%,属于滑移应力状态,有利于育种和滑断层的活动。

(一)
(一)
(b)
(b)
图3
地应力测量工作。(一)水力压裂法;(b)减压方法。

分析数据后利用数学统计分析方法,它也发现,当深度小于300米,逆断层应力占主导地位。在300∼450米的深度范围,反向断裂应力的分布状态是大致相等的走滑应力状态。当深度超过450米,应力状态主要是滑移。可以看出随着深度的增加,垂直主应力逐渐从最小主应力变化的中间主应力和应力状态类型逐渐变化的σH>σh> 到σH> >σh。

4.2。主应力随深度的变化规律

由于在水力压裂垂直应力数据估计上部岩层的重量,只有减压方法的数据用于分析垂直主应力随深度的法律。最大水平主应力之间的关系,最小水平主应力和垂直主应力随深度线性拟合。结果如下:

的公式,H是深度(米),R是相关系数。主应力随深度的变化规律如图所示4。由于地质条件的不同方面,地形,和岩石性质,有一些分散的地应力测量数据。方程(1)- (3)表明,三个主应力的拟合方程的相关系数R2大约是大于0.8,高度线性相关,表明原位应力的近似线性增长随着深度的增加,也反映了明显的原位应力的增长规律变化从米的深度范围到几公里。


图4
主应力随深度的变化。
4.3。不同法律侧压力系数与深度

侧压力系数也广泛用于描述地下地应力状态点。基于的比率σH,σh,(σH+σh)/ 2 侧压力系数(统称),原位应力状态的变化与深度分析了胶东半岛西北部,这是表示称为KH KH和Kav分别。方程(4)- (6)的三个侧压系数双曲形式(K=一个/H+,一个,b回归系数)如下:

图5显示了分配和拟合曲线的三个侧压系数与深度。从图可以看出,的分布规律KH,Kh,Kav相对离散。的价值KH0.68到4.76,平均为1.99,的价值Kh0.39到2.91,平均为1.12,和价值的Kav是0.61到3.69,平均为1.56。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图5
侧压力系数随深度的分布规律和拟合曲线。(两者最大、最小和平均水平侧压力系数与深度,分别。

总的来说,色散和三个侧压系数的值往往随着深度增加,减少的变化是非线性的。结果表明,三个侧压系数可能会倾向于一个稳定值增加深度。当H< 1000,的价值KH主要是大于2。当1000年<H< 3500,的范围KH从1.2到2.0的范围Kh从0.5到1.0与以前的研究一致40]。因此可以看出在浅,构造应力占主导地位,随着深度的增加,原岩应力状态逐渐从构造应力占主导地位的变化状态附近的浅部分深静水压力状态。

4.4。相对水平差应力大小的变化规律与深度

水平差应力的相对大小μd(μd= (σH- - - - - -σh)/ (σH+σh)是一个参数与地壳破坏状态,这表明的相对大小最大剪应力在水平表面,它可以反映该地区地壳剪切应力状态在一定程度上。它是合理的判断活动断裂的力学基础不稳定滑动。它可以帮助更好地理解的特点,在区域构造应力场。结果如下:

图6显示的分布规律μd与深度。从图可以看出5分布相对离散。范围是0.09∼0.65,平均值为0.33,主要集中在0.09∼0.49的范围。值的范围是0.34∼0.52在深度大于1500米,平均为0.41。值是0.09∼0.65的范围在0∼1500米的深度范围内,平均为0.32。可以看出,值的波动范围小于1500 m较大,和值的波动幅度逐渐随深度的增加而减小。相关的研究(41地壳中)显示,如果该值超过0.5∼0.7,可能发生剪切滑移破坏。除了一些数据点,胶东半岛西北部的价值基本上是0.1∼0.5。可以推断出,在当前原位应力状态,剪切滑动断层的失败的可能性很小,大部分的时间。


图6
相对水平差应力大小和深度分销和拟合曲线。
4.5。水平主应力比的变化规律差异与垂直应力与深度

水平主应力差确定岩体的剪切应力。主应力的比值差异之间的关系和垂直压力和深度图所示7。岩石破裂的剪切破坏是一种常见的形式。的K高度差主应力的比值差异和垂直梯度更大。岩体的剪切应力越高,损失的可能性就越大。


图7
最大和最小主应力的比值的分布差异和垂直压力与埋深。

在所有数据点,最大值K高度差值为1.52,最小值是0.34。有18个数据点K高度差≤0.5,占总数的10.9%。有146数据点0.5 <K高度差≤1.1,占73.2%,其中120是在0.7 <K高度差≤1.1。有26个数据点1.1 <K高度差≤1.7,占15.9%。

如上述分析和图所示6,K高度差浅地面非常离散。随着深的发展,K高度差主要是集中在0.7和1.0之间在400∼1000米的范围。的不连续性K高度差逐步减少在1000∼2000米的范围,基本稳定在0.5和0.7之间。它是通过分析预测,一段时间内,岩体可以保证在一个相对稳定的状态。

4.6。最大剪切应力随深度的变化规律

最大剪切应力是1/2的最大和最小主应力之间的差异,并与深度的关系如图8。最大剪应力和深度之间的关系是通过数据回归,


图8
最大剪切应力的分布与深度和拟合曲线。

从图可以看出,最大剪切应力一般随深度增加。与此同时,一个明显的离散。尽管如此,离散化倾向于减少与深度。这一现象的原因可能是分散分布的测量在浅点,这些点是受地面环境的影响,加上不同的方法获得的测量结果有很大的不同。所以,肤浅的剪切应力分布离散化很大。虽然测量分深的数量小,分布的浅深比这更集中,大大减少了分散的剪切应力分布。

4.7。最大水平主应力方向的分布特征

据统计,最大水平主应力的胶东半岛西北部通常是接近电子战NEE-SWW,约占整个数据的76.2%,其中near-E-W(70°∼110°、250°∼290°)约为65.1%,NEE-SWW约11.1%,其余方向约23.8%。图9显示了主应力方向的玫瑰图利用西北胶东半岛。图显示的总体方向主应力优势在胶东半岛西北部西附近和NWW-SEE也占有相当大的比例。这个结果类似于山东省最大水平主应力的方向,如图10(10]。


图9
最大水平主应力方向的分布特征在胶东半岛西北部。

图10
最大水平主应力方向的分布特征在山东。

5。结论

(1)通过处理的164组数据通过水力压裂方法和减压方法,原位应力场的分布规律在胶东半岛西北部。最大主应力之间的关系,最小主应力和垂直主应力进行了分析,利用数理统计方法。在这个领域,σH>σh> 逐渐发展成σH> >σh−450以下。(2)最大水平主应力的变化关系,最小水平主应力和垂直主应力与深度,分别σH= 0.0556H−0.7772, = 0.0346H−1.6137,σh= 0.0248H分别为+ 1.0504。分布规律的最大、最小和平均侧向压力系数符合KH= 573.07 /H+ 0.2819,Kh= 397.32 /H−0.00283,Kav= 379.47 /H+ 0.2069。(3)根据获得的数据,相对大小的水平应力差和最大剪应力的分布规律与围岩的破裂是进一步研究,分别μd= 536.58 /H−0.0389和τ米= 0.014646H−1.647993。同时,也分析了水平主应力的比值的变化规律与垂直应力随深度的差异集中在0.7 - -1.0在0.5 - -0.7 400 - 1000 m和稳定在1000 - 2000米。推断,尽管剪应力增加线性随着深度的增加,将没有剪切位错失败在岩层内1500米。(4)通过分析,发现最大水平主应力方向的电子战和NEE-SWW胶东半岛西北部,占大约76.2%的所有数据(42]。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由山东省重大基础项目(ZR2021052400019)和山东省重大科技创新项目(2019 sdzy05)。