第五章地应力分析
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第五章地应力分析
500 m
W
Ⅲ 3
T
剖面位置示意图
6
B5
5
T′
2308000
2308000
2307000 20°51′
20°51′ 2307000
278000 108°52′
涠洲12-1油田区块划分位置图
280000 108°53′
108°54′
282000
108°55′
284000
10地应力
裂缝闭合点（B点）确定方法： 利用裂缝闭合前后压力降低速度不同来确 定。主要确定方法为：作出曲线的切线， 其交点即为裂缝的开始闭合点。此外还 有其它方法。
如：（1）最大曲率点法 （2）P---Log（t）图 （3）Log（P）----Log（t）图
声发射数
凯塞尔效应法测定地应力的原理图
凯塞尔效应点
压应力
凯塞尔效应测定地应力取芯方法
45 度 45 度
岩样尺寸 2550 mm
试验装置及试验步骤
微机
Locan AT 声发射仪
声发射探头
MTS 伺服 增压器
压力 排量 伺服控制
MTS 控制器
供液 反馈
MTS 液压源
海拔（m）
-2100
F10
-2200 -2300 -2400 -2500 -2600 -2700 -2800 -2900 -3000 -3100
Φ508mm ×150 m
Φ339.73mm ×1650m
Φ244.48mm ×3180m
Φ140mm ×3500m
N2d：582 N1t:1182 N1s:1612
E2-3a:3127 E1-2z:3500
-
2 管理上 0 0 3 1 技术上 5 0
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剖面位置示意图
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涠洲12-1油田区块划分位置图
280000 108°53′
108°54′
282000
108°55′
284000
10地应力
裂缝闭合点（B点）确定方法： 利用裂缝闭合前后压力降低速度不同来确 定。主要确定方法为：作出曲线的切线， 其交点即为裂缝的开始闭合点。此外还 有其它方法。
如：（1）最大曲率点法 （2）P---Log（t）图 （3）Log（P）----Log（t）图
声发射数
凯塞尔效应法测定地应力的原理图
凯塞尔效应点
压应力
凯塞尔效应测定地应力取芯方法
45 度 45 度
岩样尺寸 2550 mm
试验装置及试验步骤
微机
Locan AT 声发射仪
声发射探头
MTS 伺服 增压器
压力 排量 伺服控制
MTS 控制器
供液 反馈
MTS 液压源
海拔（m）
-2100
F10
-2200 -2300 -2400 -2500 -2600 -2700 -2800 -2900 -3000 -3100
Φ508mm ×150 m
Φ339.73mm ×1650m
Φ244.48mm ×3180m
Φ140mm ×3500m
N2d：582 N1t:1182 N1s:1612
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地应力及其测量解析PPT教案
a)它是引起各种地下或露天岩石开挖工程变形和破坏的根本作 用力。 区别于结构力学、材料力学其他力学。
b)传统的岩石工程的开挖设计和施工的经验类比法有局限性。 小规模和地表的岩石工程，经验类比的方法往往是有效的。 大规模和深部的岩石工程，经验类比法有不足。
第3页/共74页
4
c) 是岩石工程数值分析方法计算分析的必要 前提条件。
第10页/共74页
4.1.3 地应力的成因
3）岩浆侵入
岩浆侵入、冷凝收 缩和成岩，均产生 应力场。
高温岩浆对周围岩 体施加均匀压力， 冷凝后收缩，并从 接触面逐渐向内部 发展。
产生局部应力场。
第11页/共74页
12
4.1.3 地应力的成因
4）岩体自重应力场
垂直应力： z H
侧压力： x y z
向接近水平的，而且最大水平 主应力一般第为5页/共垂74页直应力的1～2 倍，甚至更多。
6
4.1.3 地应力的成因
1）地幔热对流 硅镁质组成的地幔因高温，
上下对流、蠕动，深部地幔 上升到顶部时变成2股方向相 反的平流：与反向平流相遇， 转为下降流进入深部，形成 封闭的循环体系。 亚洲形成孟加拉湾延伸至贝 尔加湖的最低重力槽，是拉 伸的袋装区，西昌、攀枝花 到昆明的裂谷刚好处于这一 地区，形成以西藏为中心的 大对流环（上升），华北-山 西地堑有下降流。 产生很大的水平应力。
2)测量技术和计算理论 比 较成熟
3)精度相对较高的地应 力
4)目前使用最为广泛
是国际岩石力学学会推 荐使用的地应力测量方 法
第45页/共74页
46
c.测量要求与步骤
1)测量要求 钻孔的深 度必须超 过开挖 影响区， 才能测到 岩体内的 原始应力 ，否则测 出的是二 次应力。
b)传统的岩石工程的开挖设计和施工的经验类比法有局限性。 小规模和地表的岩石工程，经验类比的方法往往是有效的。 大规模和深部的岩石工程，经验类比法有不足。
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4
c) 是岩石工程数值分析方法计算分析的必要 前提条件。
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4.1.3 地应力的成因
3）岩浆侵入
岩浆侵入、冷凝收 缩和成岩，均产生 应力场。
高温岩浆对周围岩 体施加均匀压力， 冷凝后收缩，并从 接触面逐渐向内部 发展。
产生局部应力场。
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4.1.3 地应力的成因
4）岩体自重应力场
垂直应力： z H
侧压力： x y z
向接近水平的，而且最大水平 主应力一般第为5页/共垂74页直应力的1～2 倍，甚至更多。
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4.1.3 地应力的成因
1）地幔热对流 硅镁质组成的地幔因高温，
上下对流、蠕动，深部地幔 上升到顶部时变成2股方向相 反的平流：与反向平流相遇， 转为下降流进入深部，形成 封闭的循环体系。 亚洲形成孟加拉湾延伸至贝 尔加湖的最低重力槽，是拉 伸的袋装区，西昌、攀枝花 到昆明的裂谷刚好处于这一 地区，形成以西藏为中心的 大对流环（上升），华北-山 西地堑有下降流。 产生很大的水平应力。
2)测量技术和计算理论 比 较成熟
3)精度相对较高的地应 力
4)目前使用最为广泛
是国际岩石力学学会推 荐使用的地应力测量方 法
第45页/共74页
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c.测量要求与步骤
1)测量要求 钻孔的深 度必须超 过开挖 影响区， 才能测到 岩体内的 原始应力 ，否则测 出的是二 次应力。
第5章-地应力及岩石强度
地应力和岩石强度
地应力是指存在于地壳岩体中的内应力。它是由 地壳内部垂直运动和水平运动的力及其它因素的 力引起的介质内部单位面积上的作用力。 垂向应力 最大水平主应力 最小水平主应力
v
H1
H2
由于岩石的变形和破坏取决于其所受到的有 效应力的大小，因此，常常也把地层孔隙压力作 为地应力的一个重要组成部分。
（2）利用等效深度法预测地层孔隙压力 等效深度法假定在不同深度但具有相同岩石物理性质的 泥页岩的骨架所受到的有效应力相等，即：
( p Pp )1 ( p Pp )2
应用等效深度法首先必须建立 正常压实趋势线，进而在正常压力 趋势线上确定出与异常压力地层具 有相同岩石物理性质的深度点，即 等效深度点。
ES F/A L / L
岩石的切变弹性模量是岩石切变弹性强弱的标志。设剪切力 (F)平行作用于岩石表面后产生的切变角为Ψ，则静态切变弹 性模量(Gs)就等于剪切应力(Ft/A)与剪应变或切变角（当切变 角很小时）之比，即：
GS Ft / A
Ft / A l / d
五、利用测井资料预测岩石强度
原地最大水平主应力方向，因此，通过对这两 种类型裂缝的研究可以确定地应力的方向。
一、成像测井资料研究地应力大小及方向
2、利用钻井诱导缝确定地应力方向
与天然裂缝相比，与应力相关的钻井诱导缝在成像图上具 有如下显著特点： （ 1 ）呈 180 。 对称出现，天然裂缝根据产状不同，在成像图上 的表现特征不同，但出现方位不对称是天然裂缝最显著的特点。 垂直的天然裂缝通常单个出现，而斜切井眼的天然裂缝在图像 上一般为完整的正弦线，随裂缝倾角降低，正弦线逐渐变得平 缓; （2）开度较稳定，缝面较平直；天然裂缝的开度不稳定，缝宽 变化较大； （3）重泥浆压裂缝能够直接切穿不同岩石，在砾石层中可以直 接切穿砾石；天然开启缝一般则绕砾石而过。 （4）诱导缝的延伸都不大，深侧向电阻率值下降不很明显。
地应力是指存在于地壳岩体中的内应力。它是由 地壳内部垂直运动和水平运动的力及其它因素的 力引起的介质内部单位面积上的作用力。 垂向应力 最大水平主应力 最小水平主应力
v
H1
H2
由于岩石的变形和破坏取决于其所受到的有 效应力的大小，因此，常常也把地层孔隙压力作 为地应力的一个重要组成部分。
（2）利用等效深度法预测地层孔隙压力 等效深度法假定在不同深度但具有相同岩石物理性质的 泥页岩的骨架所受到的有效应力相等，即：
( p Pp )1 ( p Pp )2
应用等效深度法首先必须建立 正常压实趋势线，进而在正常压力 趋势线上确定出与异常压力地层具 有相同岩石物理性质的深度点，即 等效深度点。
ES F/A L / L
岩石的切变弹性模量是岩石切变弹性强弱的标志。设剪切力 (F)平行作用于岩石表面后产生的切变角为Ψ，则静态切变弹 性模量(Gs)就等于剪切应力(Ft/A)与剪应变或切变角（当切变 角很小时）之比，即：
GS Ft / A
Ft / A l / d
五、利用测井资料预测岩石强度
原地最大水平主应力方向，因此，通过对这两 种类型裂缝的研究可以确定地应力的方向。
一、成像测井资料研究地应力大小及方向
2、利用钻井诱导缝确定地应力方向
与天然裂缝相比，与应力相关的钻井诱导缝在成像图上具 有如下显著特点： （ 1 ）呈 180 。 对称出现，天然裂缝根据产状不同，在成像图上 的表现特征不同，但出现方位不对称是天然裂缝最显著的特点。 垂直的天然裂缝通常单个出现，而斜切井眼的天然裂缝在图像 上一般为完整的正弦线，随裂缝倾角降低，正弦线逐渐变得平 缓; （2）开度较稳定，缝面较平直；天然裂缝的开度不稳定，缝宽 变化较大； （3）重泥浆压裂缝能够直接切穿不同岩石，在砾石层中可以直 接切穿砾石；天然开启缝一般则绕砾石而过。 （4）诱导缝的延伸都不大，深侧向电阻率值下降不很明显。
岩体力学05-地应力及其测量讲述
ub
uc
1 2
(ua
ub)2
(ub
uc)2
(uc
ua)2
tg2
2ua
3(ub uc） (ub uc）
③测量步骤： 选点、钻孔：130mm ，深
度一般小于30m ; 在孔底打一测量孔：36mm，
深度一般50cm，并洗干净； 安装应变计：并与应变仪连接，
h min
A
A
h max
假设：
天然应力为水平应力场，其铅直应力v=gz
假设在均质、各向同性、连续的线弹性岩体中 的一
个小圆孔。作用应力为h,max、h,min，根据弹性理论 中的柯西解，未加水压力时，A点的应力为：
A=3h,min-h,max
在水压力作用下，孔壁产生拉裂破坏的条件为:
第六章 地应力及其测量
一、地应力的概念及研究意义 二、地应力成因及分布的一般规律 三、地应力测量的基本原理及方法
地应 力确 定方
法
自重应力理论
天然应力测量 大地水准测量
地变形量测
三角网测量
GPS测量 地震震源机制解
一、根据自重应力理论确定岩体中的天然应力 适用于：地质构造简单、地层平缓、当地侵蚀基 准面稳定
以东经100～105o为界分东西两区。 强度上：西强东弱（西高东低） 方向上：西： NNE-SSW为主，东：近E-W。
3．实测垂直应力V基 本上等于上覆岩层的重 量
• 对全世界实测垂 直应力资料的统 计分析，在深度 25~2700m的范围 内，垂直应力呈 线性增长，大致 相当于按平均重 度27kN/m3计算 的应力值H。
5.1 岩体中的地应力
z z
因岩体视为各向同性的弹性体，由于岩体单元在各个方向都 受到与其相邻岩体的约束，不可能产生横向变形，即：
x y 0
考虑广义虎克定律，则有：
x
1 E
x
( y
z)
0
y
1 E
y
( z
x)
0
由此可得：
x
y
1
要点：
1、安置三个应变计，读初始读数
槽
2、挖槽，应力被解除，应变计有变化
3、扁千斤顶装于槽中加压，直到应变
岩
计恢复，
应
体
变
片
4、这时扁千斤顶的压力为槽壁上原
有的应力
z
1
z
若令：
K0
1
则：
x y K0 z K0z
K0－－岩石的静止侧压力系数，其定义为某点的水平应
力与该点垂直应力的比值。
一般在试验室条件下：
K0 0.25 ~ 0.4
若岩体由多层不同重力密度的岩层所组成，如图：
则第n层底面岩体的自重应 力为：
侧压比： h,av v
h,av
h,max
h,min
2
变化范围： 100 0.3 1500 0.5
H
H
H为深度，单位为m
二、自重应力与海姆假说
（一）自重应力
假定岩体为均匀、连续且各向同性 的弹性体，将岩体视为半无限体， 则岩体中某点的自重应力为：
世界各国垂直应力σ v与随深度H的变化规律图
v H
该图是霍克（E.Hoek）和布朗（E.T.Brown）总结出的
因岩体视为各向同性的弹性体，由于岩体单元在各个方向都 受到与其相邻岩体的约束，不可能产生横向变形，即：
x y 0
考虑广义虎克定律，则有：
x
1 E
x
( y
z)
0
y
1 E
y
( z
x)
0
由此可得：
x
y
1
要点：
1、安置三个应变计，读初始读数
槽
2、挖槽，应力被解除，应变计有变化
3、扁千斤顶装于槽中加压，直到应变
岩
计恢复，
应
体
变
片
4、这时扁千斤顶的压力为槽壁上原
有的应力
z
1
z
若令：
K0
1
则：
x y K0 z K0z
K0－－岩石的静止侧压力系数，其定义为某点的水平应
力与该点垂直应力的比值。
一般在试验室条件下：
K0 0.25 ~ 0.4
若岩体由多层不同重力密度的岩层所组成，如图：
则第n层底面岩体的自重应 力为：
侧压比： h,av v
h,av
h,max
h,min
2
变化范围： 100 0.3 1500 0.5
H
H
H为深度，单位为m
二、自重应力与海姆假说
（一）自重应力
假定岩体为均匀、连续且各向同性 的弹性体，将岩体视为半无限体， 则岩体中某点的自重应力为：
世界各国垂直应力σ v与随深度H的变化规律图
v H
该图是霍克（E.Hoek）和布朗（E.T.Brown）总结出的
岩石力学第五讲、地应力
5、地温梯度3℃/100m--热膨胀、收缩– 压应力
6、地表剥蚀的影响：松弛的速度、封闭应力
←大陆板快的推挤 中国板块的主应力迹线
地幔对流机制→ 上升流与下降流
第二节 自重应力与构造应力
1、原岩应力的地位与重要性： 力学研究的基本问题 岩体的荷载与材料力学的荷载 研究原岩应力的意义。 2、自重应力： 上覆岩体的重力引起的应力。 研究时将岩体视为半无限体的均 匀、连续、各向同性的弹性体。 垂直应力：σz = γH 水平应力：横向约束不变形，
第五节 地应力实测方法2
三、三孔交汇实测方法 为得到三维主应力的大小和方向， 将三个孔的实测资料汇总在一起。 1、孔径变形法：测量应力解除后钻孔直 径的变化量，在完整岩体内适用。 按弹性力学平面问题，圆孔孔径的变化： △d = f（E，μ，P x，P y，P x y，θ） 故至少应有三个不同方向的孔径变化才 能计算出P x，P y，P x y，一般在钻 孔变形计中安排4个孔径变化测头。 一般不测量沿钻孔轴线方向的应变，而 用三个孔的测量结果计算三维地应力
第三节
地应力的一般规律
一、重力应力场与构造应力场的分布特点： 1、重力应力场： ☆以垂直应力为主，垂直应力大于水平应力； ☆应力为压应力 ☆应力随深度增加而增加 在构造不发育地区、第四纪冲积层、裂隙 发育地区、岩性较软的塑性岩体地区，其应 力场基本符合重力应力场的分布规律。 2、构造应力场： ☆应力有压应力，也可有拉应力 ☆以水平应力为主，水平应力大于垂直应力 ☆分布很不均匀，通常以地壳浅部为主。 原岩应力基本由重力应力场和构造应力场叠加。 构造应力是复杂多变的，难以有定量的规律。
一、应力解除法实测的基本原理 1、岩体内有原岩应力 2、原岩应力已使岩体产生变形 3、将岩块从岩体母体分离出来，原岩 应力得到解除，变形将恢复 4、测量恢复的变形值，根据应力应变 关系，计算引起变形的应力值。 二、应力解除法的步骤： 1、钻大孔至测点，避开二次应力影响； 2、磨平孔底，钻同心小孔（测量孔）， 一次扰动； 3、在测量孔安装测应变和位移的元件； 4、大孔套取岩芯，二次扰动，测量本 次扰动时应力解除后的应变。 5、用弹性力学中关于圆孔问题的解析 解建立观测方程。
第5章 地应力及其测量
四、研究原岩应力的意义 在岩体内或在岩基上修造建筑物时，由于施工开挖，改变 了岩体的边界条件，从而引起岩体应力的重分布，形成新 的应力状态，这会产生岩体的变形或破坏。在岩体应力重 分布的新情况下，再加上建筑物的各种荷载（如自重、水 压力等），岩体内各质点的应力必然会随之而发生变化， 这会导致新的破坏因素的出现。因此在工程实践中，进行 岩体工程稳定性分析时，原岩应力是必需的基本资料。 原岩应力是客观存在的，问题在于工程设计中如何正确地 认识它、适应它、甚至利用它，从而使工程达到既安全又 经济的效果。
地幔热对流引起的应力场
由硅镁质组成的地幔因温度很高，具有可塑性，并可以上 下对流和蠕动。当地幔深处的上升流到达地幔顶部时，就 分为二股方向相反的平流，经一定流程直到与另一对流圈 的反向平流相遇，一起转为下降流，回到地球深处，形成 一个封闭的循环体系 地幔热对流引起地壳下面的水平切向应力，在亚洲形成由 孟加拉湾一直延伸到贝加尔湖的最低重力槽，它是一个有 拉伸特点的带状区 我国从西昌、攀枝花到昆明的裂谷正位于这一地区，该裂 谷区有一个以西藏中部为中心的上升流的大对流环。在华 北—山西地堑有一个下降流，由于地幔物质的下降，引起 很大的水平挤压应力
坚硬完整的岩体，如果天然应力很高，聚集着大量的能量。在地下 洞室开挖过程中，围岩应力较大的部位被挤压到超过岩石的弹性限 度，积聚的能量会突然释放出来，先是撕裂声，随即就是爆炸声， 石片飞散，体积大者就地坠落，体积小者，则弹射出来，这就是岩 爆现象。强大的原岩应力是构成岩爆现象的决定性因素，因此，埋 深较大的地下洞室，在设计和施工中应慎重对待，并采取一些防治 措施。例如，注意导坑和洞室的断面形状，以避免强烈的应力集中 区；衬砌以采用混凝土为宜，而不用砌石圬工和装配式结构；加强 临时支护和危石的清理，认真观察围岩动态，如发现撕裂声，应立 即撤离人员与机具，目前已有一些工程采用声发射仪进行探测。岩 爆地段在开挖完成后，应立即进行衬砌浇筑，围岩不宜暴露时间过 长，并尽可能采用早强混凝土和适当延迟拆模。 （二）原岩应力对地面工程的影响 在岩基上修筑大坝，由于基坑开挖的减荷作用，将会引起坑底岩体 发生回弹隆起或坑壁岩层移动。这种岩体变形，在水平主应力较大， 岩体中存在着接近于水平产状的软弱面时特别显著。这不仅使岩体 的工程性质恶化，而且还会影响未来建筑物的受力状态和稳定。
地应力及其分布规律
地应力及其分布规律1 、地应力的基本概念地应力是存在于地层中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。
广义上也指地球体内的应力。
它包括由地热﹑重力﹑地球自转速度变化及其他因素产生的应力。
地应力是各种岩石开挖工程变形和破坏的根本作用力；是确定工程岩体力学属性，进行围岩稳定性分析，实现开挖设计和决策科学化的必要前提条件。
此外地应力状态对地震预报、区域地壳稳定性评价、油田油井的稳定性、核废料储存、岩爆、煤和瓦斯突出的研究以及地球动力学的研究等也具有重要意义。
2、地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，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、岩浆浸入和地壳非均匀扩容等。
另外，温度不均、水压梯度、地表剥蚀或其它物理化学变化等也可引起相应的应力场。
其中，构造应力场和自重应力场为现今地应力场的主要组成部分。
当前的地应力状态主要由最近的一次构造运动所控制，但也与历史上的构造运动有关。
由于亿万年来，地球经历了无数次大大小小的构造运动，各次构造运动的应力场也经过多次的叠加、牵引和改造，另外，地应力场还受到其他多种因素的影响，造成地应力状态的复杂性和多变性，地应力成因之一：地幔热对流（图1、图2）地应力成因之一：板块边界受压（图3）地应力成因之一：岩浆浸入（图4）3、地应力的影响因素地壳深层岩体地应力分布复杂多变，造成这种现象的根本原因在于地应力的多来源性和多因素影响，但主要还是由岩体自重、地质构造运动和剥蚀决定。
1)岩体自重的影响岩体应力的大小等于其上覆岩体自重，研究表明：在地球深部的岩体的地应力分布基本一致。
但在初始地应力的研究中人们发现，岩体初始应力场的形成因素众多，剥蚀作用难以合理考虑，在常规的反演分析中，通常只考虑岩体自重和地质构造运动2)地形地貌和剥蚀作用对地应力的影响地形地貌对地应力的影响是复杂的，剥蚀作用对地应力也有显著的影响，剥蚀前，岩体内存在一定数量的垂直应力和水平应力，剥蚀后，垂直应力降低较多，但有一部分来不及释放，仍保留一部分应力数量，而水平应力却释放很少，基本上保留为原来的应力数量，这就导致了岩体内部存在着比现有地层厚度所引起的自重应力还要大很多的应力数值。
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E2-3a:2858m E1-2z:3484m
倾角:1700-1820m，60° 倾角:1820-1980m,50-55°
倾角:1980-2240m,50° 倾角:2240-2390m,40° 倾角:2390m以下,30-40°
中完位置2442m
N2d:200m N1t:720m N1s:1398m E2-3a:2837m E1-2z:3876m K2d:4200m
不同构造区域、不同性质地层地应力大小不同。
地应力大小表示方法
H
v
hmin
地表
体的自重； ❖ 地质构造运动产生的构造应力； ❖ 地温梯度的不均匀性和地层中的水压梯度。
N2d:502m N1t:1136m N1s:1820m
倾角测井界面1:1960-1980m 倾角测井界面2:2240-2290m
1900-2350m，倾角56 ゜，倾向南 2350-2444m，倾角18-20 ゜，倾向南偏东45 ゜ 2444-2500m，倾角40 ゜，南偏东25 ゜
2500-2849m，倾角6-8 ゜，南偏东25 ゜
断点位置：1632m、2350m、2444m
N2d:506m N1t:1250m N1s:1812m
Φ508mm ×150 m
Φ339.73mm ×1650m
Φ244.48mm ×3180m
Φ140mm ×3500m
N2d：582 N1t:1182 N1s:1612
E2-3a:3127 E1-2z:3500
-
2 管理上 0 0 3 1 技术上 5 0
全日制日费监督制
旋转导向垂直钻 井 – PowerV
油层
NNW
图 水层
涠洲12-1油田北块6井~B5井油藏剖面图
6井
B5井
F5
F81
W
Ⅳ 2
12mm 日产油:175m3 日产气:3039m3
W
Ⅴ 2
19mm
日产油:675m3
F3
日产气:52722m3
10mm 日产油:211m3 日产气:28187m3
W2Ⅳ
W2Ⅴ
？ ？
？ ？
W2Ⅵ
F4
W2Ⅵ W3Ⅲ
F11
本井1490米以上测量段，地层倾角因井眼等影响因素造成 5401490米 层段,基本为空白点， 370-540米段也仅有极零星资料点 （倾角60度/南倾180度），且可信度很低。
1530-1632m，倾角55 ゜，倾向南偏东5゜ 1632-1642m，倾角54↘4゜，倾向南偏东5 ゜ 1676-1900m，倾角56-58 ゜，倾向南偏东4 ゜
E2-3a:3067m E1-2z:4128m
K2d:4360m
506-1854m倾角52-55゜，南倾
1854-2170m倾角50-60゜，南倾 2170-2200m倾角40゜，南偏北 2200-2440m倾角40-50゜，南倾 2440-2470m倾角50-60゜，南倾 2470-2636m倾角50-60゜，南倾
W3Ⅲ
W3Ⅲ (TVD:2812.57m)
(TVD:3120.00m)
例
？
0
500
1000 m
T
干 层 可能油层
正断层
剖面位置示意图
T′
6
B5
5
海拔（m）
-2200 F4
-2300
-2400
-2500
W2Ⅵ
-2600
涠洲12-1油田北块B5井~5井油藏剖面图
B5井
5井
F9
典型的水力压裂试验曲线
破裂漏失
井 口
出现剪切 裂缝
停泵
压
力
裂缝重张
裂缝闭合
时间
利用水力压裂试验数据计算地应力：
P
H min
FCP
H max 3 H min Pp Pf St
St Pf Pr
地层破裂压力（Pf）：地层破裂产生流体漏失时的井底压力 裂缝延伸压力（Pr）：使一个已存在的裂缝延伸扩展时的井底压力
地应力测量技术及分布规律
有关地应力的内容
地应力的概念 地应力的来源 地应力的测量方法 地应力区域分布规律的数值模拟 地应力纵向分布规律
地应力的概念:
地应力：地下某深度处岩石受到的周围岩体对它的 挤压力。
一般在深度H处和岩体所受到的地应力可用三个主地 应力来表示，一个为垂直向主地应力；另二个为相 互垂直的二个水平主地应力。大多数情况下三个主 地应力值是不相等的。
水力压裂法测定地应力
裂缝闭合点（B点）确定方法： 利用裂缝闭合前后压力降低速度不同来确定。主要确定方法为：作 出曲线的切线，其交点即为裂缝的开始闭合点。此外还有其它方 法。
如：（1）最大曲率点法 （2）P---Log（t）图 （3）Log（P）----Log（t）图
声发射数
凯塞尔效应法测定地应力的原理图
NDS-PERFORM钻井 系统
地应力测定方法
❖ 应用构造地质力学方法研究地应力的相对大 小及大致方位
❖ 应用成像测井确定地应力的方位 ❖ 应用水力压裂资料确定地应力大小 ❖ Kaiser 效应试验测定地应力大小
根据断层特点及走向确定地应力的大小及方向
根据断层特点确定地应力分布规律及地应力方向： 最大水平主地应力方向平行断层延伸方向 上覆地层压力v >最大水平主地应力H> 最小水平主地应力h
裂缝闭合压力（PFcp）：使一个存在的裂缝保持张开时的最小井底压力， 它等于作用在岩体上垂直裂缝面的法向应力，即最小水平主地应力。
瞬时停泵压力（PISIP）：关泵瞬间的裂缝中的压力。它一般大于PFcp，两 者之间的差别一般在0.1～7MPa之间变化，它取决压裂工艺及岩石性质。 在低渗透性地层，两者近似相等。
v
最大地应力方向
H
h
成像测井测定地应力方向
椭圆形井眼的长轴方向即为最小水平主地应力方向
最小水平主 地应力方向
最大水平主地应力方向
井眼坍塌破坏形状
σh
σH
σH
σh
地应力测定方法
上覆岩层压力由密度测井曲线经积 分求出。 水平主地应力测定方法主要有：
1、现场水力压裂试验法； 2、室内凯塞尔效应法 3、岩芯差应变试验法；
凯塞尔效应点
压应力
凯塞尔效应测定地应力取芯方法
45 度 45 度
岩样尺寸 2550 mm
试验装置及试验步骤
微机
Locan AT 声发射仪
声发射探头
MTS 伺服 增压器
压力 排量 伺服控制
MTS 控制器
供液 反馈
MTS 液压源
海拔（m）
-2100
F10
-2200 -2300 -2400 -2500 -2600 -2700 -2800 -2900 -3000 -3100