简述地应力场反演的流程。

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基于构造应变对隧道初始地应力场的反演分析

刘刘宇航，浩，萌廷，刘李
（．国地质大学工程学院，１中武汉４０７；．３０４２中国地质大学艺术与传媒学院，汉４０７）武３０４
摘要：岩体中的初始地应力场是岩体稳定性与工程运营必须考虑的重要因素。以东营子隧道工程为例，以隧址
ｍａｈｅｒｇｅｓｏｎａｎｒｉｎｌｉｆｃｕｓａｔｅｓｆｅｄ．ｅｒｓｔｈｗｈａｈｅｈｏｅ — ｋｅｔｅｒｓｉｎｄｉｖｅｓｏｎａａｙｓｓｏｒｔｌｓｒｓｉｌＴｈｅｕｌｓｓｏｔｔｔｅｍｔｄｏｖｒｃｍｅｈｅｅｔａｎｏｕｎｄｒｃｏｓｔｒｓｒｉｔｆｂｏａｙｏｎｄｔｏｔｎｉｉ１ｒｓａｓｒｓ。ｍｏｅａｃａｅｙｒｆｅｔｔｃｕｔｌｉｉｎｓｏｉｔａｃｕｔｌｔｅｓｒｃｕｒｔｌｅｌｃｓｈｅｒｓａｓｒｓｉｌｆｔｕｎｌａｄｐｏｖｄｅｈｅａｃａｅｄｓｌｃｍｅｔｂｏｄａｙｃｎｄｔｏｎｏｈｅｓａｌｔｎｌｔｅｓｆｅｄｏｈｅｔｎｅ，ｎｒｉｓｔｃｕｒｔｉｐａｅｎｕｎｒｏｉｉｓｆｒｔｔｂｉｉｙａａ — ｙｉｕｓｓｏｆｔｎｎｅｕｒｏｕｉｇｒｋ．ｌｓｒｎｄｎｏｃ
ＳＳｉ
由于场地和经费等原因，只能选择在工程的关键部

实验三地震反演技术程序

实验三地震反演技术一、实验目的1. 了解地震反演技术的基本理论和方法2. 了解利用STRATA 软件进行波阻抗反演的基本过程二、实验内容与过程1. 褶积模型反演的基本模型就是褶积模型，用公式可以表达为：)()1()()(i n j i W j r i •T j++-=∑ 简单地说，反演的过程就是在已知地震道记录的)(i T 的条件下，通过估计子波来求取反射系数)(j r 的过程。

2. 反射系数与波阻抗反射系数与地层波阻抗的关系可以表达如下：)1()()1()()(-+--=j I j I j I j I j r 其中，)()()(j V j j I ρ=，ρ为密度，V 为速度。

因为反射系数是受速度和密度两个因素的影响，并不是单单取决于其中的某一个因素，因此在叠后反演中无法分离速度和密度，仅能衡量波阻抗的变化，即STRATA 的反演最终结果实际上是一系列波阻抗道。

3. 地震子波的估计与提取为了进行波阻抗的反演，需要提取地震子波，利用褶积模型来求取反射系数，通常提取子波的类型有以下三大类：(1)纯确定法，即用地表检波器或其他仪器直接测量直接测量子波；(2)统计法，完全依靠地震资料的自相关来求取地震子波；(3)使用测井曲线法，即使用测井和地震数据结合。

本次实验着重使用统计法提取子波，即利用地震资料来估计子波，如下图：地震子波的时间响应地震子波的频率响应4.利用测井曲线作为约束条件进行反演使用G4井的测井曲线作为约束条件，内插外推，进行波阻抗反演，得到G4波阻抗反演剖面：其中绿色的表示波阻抗较低的分界面，即3煤，其波阻抗切片图如下：5.反演质量的评价在一个参数选择合理、约束条件选取适当的反演中，合成记录与实际地震记录的匹配程度会很高，即两者之间的误差很小，同时反演结果与初始猜测模型的偏离程度也不会很大。

但是受测井资料的原始采集误差及转换误差的影响，在大多数情况下这两种尺度是相矛盾的，在追求合成记录与实际地震资料高精度匹配的同时，必然会增大最终反演结果与初始猜测模型的偏离程度。

坝址区三维初始地应力场的应力反演回归分析

一
海姆法则； ④试算法；应力函数法；回归分析法等等。前 ⑤ ⑥
三种方法原理简单、用方便，应用范围有限。所谓试算使但
ＦＥＭｔｓｅｅｓｎａａｙｉｏｕａｎ．ｍｅｅｌｔｒＶｐｇａｈｙｔｅｆｅ３ＦｓｅｓｒｇｓｉｎｓｓｉａｐｐｌｒｏｅＡｉｄｔｔｅｔｔｏｒｐｔ．ｎＤＥＭｄｌｉｂｉ．ＦｒｒｒｏｌｓｏｈｅｏｈｉｍｏｅｓｕｌｏｔｅｅｙｉｄｖｄａｃｒａｃｒｅｐｎｉｇｃｃｌｔｎｉｅｅｕｅｙＭＳＭａｃＥｐｃａｌ，ｔｉｌｔｈｏｚｎａｏｖｒｎｉｉｕｆｔ，ｏｒｓｏｄｎａｕａｉｘｃｔｄｂＣ．ｒ．ｓｅｉｌｏｓｍｕａｅｔｅｈｒｌａｏｌｏｓｙｉｏｔｌｃｍ— ｐｅｓｄｔｃｏｉｖｍｅｔ．ｒｅｋｎｓｏｉｒｕｅｏｄｒｐｉｄｅｍｏｅｏｅ３Ｉｉａｅ－ｔｓｉｌｓｒｓｅｅｔｎｃｍｏｅｎｓｔｅｉｄｆｓｉｔｄｌａｓａｅａｐｅ．ｎ１ｄｌｆｒｔＤｎｔＧｏｓｒｓＦｅｄｉｈｄｔｂｈｉｌｅ
结论。
Ｓｒｓｇｅｓｏａｙｉｆｔｅ３ＩｉａｏｓｒｓｅｄｏｍｉｔｅｓＲｅｒｓｉｎＡｎｌｓｓｏｈＤｎｔｌＧｅ－ｔｅｓＦｉｌＤａＳｔｉｆｅ
ＧｕＹａｃａｇＨｅＸｉｎｅｇＬａｇＹｅｉｇＪｎｉｎｈｎ，ａｆｎ，ｉｎｕｙｎ，ｉｇＪ

地应力知识

地应力知识简介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。

随着水利水电、矿山、交通与城建等边坡、洞室及深基坑等事故的明显增加从而使人们对地应力引起较为广泛的注意与重视，所以，地应力研究不但具有重要的实际意义，而且具有重要的理论意义。

一地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分清楚的问题。

30多年来的实测和理论分析表明，地应力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、地表剥蚀或其它物理化学等也可引起相应的应力场，其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。

1大陆板块边界受压引起的应力场以中国大陆板块为例，由于受到印度板块和太平洋板块的推挤，推挤速度为每年数厘米，同时受到西伯利亚板块和菲律宾板块的约束。

在这样的边界条件下，包括发生变形，产生水平受压应力场。

2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。

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。

3由地心引力引起的应力场（也称为重力场）重力场，是各种应力场中唯一能够计算的应力场。

重力应力为垂直方向应力，是地壳中所有各点垂直应力的主要组成部分，但是垂直应力一般并不完全等于自重应力，因为板块移动、岩浆对流和侵入、岩体非均匀扩容、温度不均和水压梯度均会引起垂直方向应力变化。

4岩浆侵入引起的应力场岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周围底层中产生相应的应力场，其过程也是相当复杂。

熔融状态的岩浆处于静水压力状态，对其周围施加的是各个方向相等均匀压力，但是热的岩浆侵入后逐渐冷凝收缩，并从接触面界面逐渐向内部发展，不同的热膨胀系数及热力学过程会使侵入岩浆自身及其周围岩体应力产生复杂的变化过程。

岩浆侵入引起的应力场是一种局部应力场。

晋城煤矿矿区初始地应力场反演分析

所处工程的概况位于晋城的成庄矿，年产达到４００万吨。其东西长度约为１Ｏ千米，南北约为９．７千米宽，总面积达到
、
边界位移的方法来分析，最后再模拟分解后的应力，计算应力场再通过组合得到。在回归计算的过程中之需要对自重应力和四个边界的水平构造力进行考虑即
四、模型建立根据实际的工程来考虑，研究的范围应该有明确的区域划分，将多面地质剖面图作为依据建立出的几何模型应该和研究区域内的地形尽可能的相符，同时还要处理好边界条件，模拟好岩体的材料，模型的优化参与的对象同时还应该有变形模量和泊松比以及边界位移等，再将三维有限元的计算模型建立起。五、反演和计算的方法在构造应力场中，在某个方向中的一个侧面中施加０．１米水平的位移，从而来模拟这个方向中的水平构造力，方向位移所运用的情况便是非加载侧面和底面的模拟中，用上述的方法再模拟另一个方向在水平的构造作用力；模型的整体的平衡性要首先进行考虑的，将方向约束以及０．１米斜向上的水平位移施加到某个方向的侧面上。同样，模拟另外的水平剪切应力场的方法便是将相同的位移约束施加到另一个方向的侧面上。分析反演的过程中要将各个参数的取值范围进行调算，最好采用均匀设计法，将通过有限元所计算的应力值建立起构造函数，需要点的应力函数是通过非线性拟合能力得出的，再将应力值计算出来。（１）基本原理应用的是多元回归，应变量便是地应力回归的计算值，相应的实测点所测得的应力值是在有限元计算中得到的，再经过最ｄｘＺ－乘法的计算公式来计算出相应的结果。每个测点的每一组有限的计算数值都有相对的回归数值与之对应，回归值和实测值在偏离上的程度也是由两者数的值差来体现的。（２）做出对回归效果的评价，往往回归结果需要得到有效的评价便通过计算相关系数来做出的，再计算偏相关系数来对各基本应力场所具有的显著性进行分析。通过公式对复式的计算说明，回归的效果越好那么相应的复式关系数也越接近。因为相容性是各个基本构造应力场之间的共性，造成其他因素退化的原因

地应力反演

蒲石河抽水蓄能电站地下厂房三维初始应力场反演分析刘忠富1 刘天鹏1 郑德湘2（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司科研院 2. 辽宁蒲石河抽水蓄能电站有限公司）【摘要】介绍对蒲石河抽水蓄能电站地下厂房区域初始地应力场进行的反演回归分析。

采用三维非线性有限元反演回归分析计算，提出侧压力系数函数拟合方法，考虑地质构造，地形地貌以及实测应力对初始应力场的影响。

【关健词】初始地应力场，反演分析，三维有限元，侧压力系数，蒲石河抽水蓄能电站大型地下洞室群稳定性受地应力场、渗流场、岩体物理力学性质等因素的影响，而初始地应力场是影响地下洞室群稳定的最重要的基本因素之一。

实测地应力是了解区域地应力场最直接的途径，但由于场地和经费等原因，不可能进行大量的测量。

一方面，地应力场成因复杂，影响因素很多，各测点的测量成果往往只能反映局部应力场；另一方面，测量成果受到局部微细构造、测量元件及测试环节等因素的影响，存在一定程度的离散性。

因此，为地下洞室围岩稳定计算提供地应力参数，并更好地满足工程设计和施工的需要，必须根据实测的地应力资料，结合地质构造、地形地貌等条件，通过有效的分析方法，进行初始地应力场的反演计算，以获得更为准确的，适应范围较大的地应力场。

近年来，人们采用各种方法对岩体初始地应力场进行反演分析和拟合计算，例如，用有限元数学模型回归分析岩体初始应力场，用应力函数进行趋势分析岩体初始应力场等方法。

本文介绍采用考虑地形演变的三维非线性有限元方法，对蒲石河抽水蓄能电站工程地下厂房区域的初始地应力场进行反演分析研究。

1 三维初始地应力场反演分析原理和方法三维初始地应力场反演计算是通过山体演变来吻合现有的初始应力场。

该方法主要有二个假定：假定1：远古时期地面是无起伏的平地，地应力场的各应力分量符合下列规律：H k i i γσ=0(i=1,2,…,6) (1)式中：γ表示岩体的容重，H 表示计算点的埋深，i k 为六个应力分量的待定系数。

地应力的测量方法

地应力的测量原理目前地应力测量方法有很多种，根据测量原理可分为三大类：第一类是以测定岩体中的应变、变形为依据的力学法，如应力恢复法、应力解除法及水压致裂法等；第二类是以测量岩体中声发射、声波传播规律、电阻率或其他物理量的变化为依据的地球物理方法；第三类是根据地质构造和井下岩体破坏状况提供的信息确定应力方向。

其中，应力解除法与水压致裂法得到比较广泛的应用，其他几种只能作为辅助方法。

1.应力解除法测试原理和技术1.1应力解除法测试原理具有初始应力的岩体，用人为的方法卸去其应力，在岩体恢复变形的过程中测试其应变，然后用弹性力学理论计算出地应力的大小，得出其方向、倾角。

目前国内外地应力测量普遍采用空心包体应变计测量技术。

KX一81型空心包体应变计由A、B、C 3组共12枚应变片嵌埋在1个壁厚约3 mm的空心环氧树脂圆筒中间，圆筒外表面与钻孔壁用专用环氧树脂胶黏结在一起，其是在澳大利亚CSIRO空心包体应变计的基础上研制出来的，是套钻孔应力解除法的一种，只需1个孔就能测量出某点的三维原岩应力，具有使用方便、安装操作简单、成本低、效率高等优点。

1.2完全温度补偿技术KX一81型空心包体应变计与其他许多应变测量仪器一样，均采用应变计作为敏感元件，并根据惠斯顿电桥的原理13J，将应变的变化转换成电压变化经放大后记录下来。

电阻应变计对温度变化是很敏感的，温度发生变化时应变计的电阻值将发生变化，从而产生虚假的附加应变值。

因此在现场测试中必须采取温度补偿措施。

惠斯顿电桥原理：平衡时，检流计所在支路电流为零，则有，（1）流过R1和R3的电流相同（记作I1），流过R2和R4的电流相同（记作I2）。

（2）B，D两点电位相等，即UB=UD。

因而有 I1R1=I2R2；个阻值已知，便可求得第四个电阻。

测量时，选择适当的电阻作为R1和R2，用一个可变电阻作为R3，令被测电阻充当R4，调节R3使电桥平衡，而且可利用高灵敏度的检流计来测零，故用电桥测电阻比用欧姆表精确。

地应力知识

地应力知识简介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。

一地应力的成因产生地应力的原因是十分复杂的，也是至今尚不十分清楚的问题。

30 多年来的实测和理论分析表明，地应力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、地表剥蚀或其它物理化学等也可引起相应的应力场，其中，构造应力场和重力应力场是现今地应力场的主要组成部分。

在这样的边界条件下，包括发生变形，产生水平受压应力场。

2 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。

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。

3由地心引力引起的应力场（也称为重力场）重力场，是各种应力场中唯一能够计算的应力场。

4岩浆侵入引起的应力场岩浆侵入挤压、冷凝收缩和成岩，均在周围底层中产生相应的应力场，其过程也是相当复杂。

基于人工神经网络的地应力场非线性反演

照塑勉．基于人工神经网络的地应力场非线性反演刘晋超(广东省电力设计研究院，广东广州510663)睛要】本文结合实测地应力资料，建立三维非线性有限元模型j F LA C3D程序求解，以及人工神经网络，将计算地应力值作为网络的输入向量，将边界务件作为神经网络的输出向量训练神经网络，获得了区域初始地应力场。

鹾键词】B P神经网络；F LA C3D；地层剥蚀理论；地应力非线硅反演人们认识地应力只有近百年的历史，并从定性和定量两个角度对岩体初始地应力场进行认识，纵观岩体初始地应力场的研究历史，对岩体初始地应力场的计算反演方法有很多种。

本论文以地应力实测资科为基础，建立三维地质模型和数值计算模型，考虑河流下切的河谷形成过程，基于人工神经网络(A N N)进行了的地应力场的非线性反演。

1^工神经网络基本原理人工神经网络模型各种各样，主要分为两种网络结构：前向神经网络和反馈神经网络b在实际应用中，80～90％的人工神经网络模型是采用B P网络模型或它的变化形式，它体现了神l经网络的精华所在。

B P 神经网络按层次结构构造的，包括一个输入层、一个输出层和—个或多个隐含层，—层内的神经元只和与该层紧邻的上—层、下一层的各神经雉接。

B P算法是把一组样本的输入、输出变成非线性优化问题。

如果输入层有个神经元，输出层有个神经元，则网络是从维欧氏空间到维欧氏空间的映射。

它是一种快速梯度下降的方法，目的是使实际输出和预期输出之间的误差的平方最小。

通过调整BP网络中的连接杈值、网络规模(包括、和隐含层神经元数)就可以实现任意精度逼近任何非线性函数。

由于BP神经网络的计算原理已经非常普遍，其具体的计算过程此处不再赘述。

2地应力场非线性反演方法在地应力非线性反演时，为建立模型边界条件(位移边界、应力边界等)和模型内部实测地应力点位置的应力值之间的非线性映射，可将待反演的边界条件与应力值之间的非线性关系用一组神经网络(n，，h1…，hD)来描述：I脚仇^，…，％，神：R”---)R”{D=N N(n&，，％，坍)(聊I户=@，p=,---p,)D=@，d2，…以)式中，P=(P1，P2，…，¨是神经网络的输入节点表达；D= (d1，d2，…，圳是神经网络的输出节点表达；N N(n，h1，…，m)是建立的多层神经网络结构，其中n，h，，…，h。

地球物理反演简介

地球物理反演简介引言自从我们这个行业诞生以来，地球物理学家就一直致力于求解反演问题。

在地球物理勘探中，解释人员总是基于地面观测数据如地震记录或势场记录来推断地下特性。

他们事先在头脑中形成一个粗糙的反映地面记录形成过程的模型，解释时通过这个粗糙的模型根据实际观测到的地面记录重构地下特性。

按现代的说法，这种根据观测数据推断地下特性的工作就是求解所谓的“反演问题”。

相反，“正演问题”就是在给定地下特征和特定的物理定律成立的前提下确定所能记录到的数据。

直到20世纪60年代初地球物理反演才真正在地球物理学家的头脑中扎下了根。

从那时开始，人们就尝试开展定量的和通用的地球物理反演，所采取的方法是一方面求助于理论的扩展，另一方面借助于计算机的能力将这些理论付诸实际应用。

应该指出，理论和计算机算法无论如何不可能替代最终裁决人——地球物理解释人员来决定最终反演结果是否有意义。

或许我们的子孙后代在写第22世纪的评论文章时会谈到机器在没有人的干预下已经解决了反演问题。

但就目前而言，所谓的“无监督地球物理反演”仍然是一个梦。

按照上述很广义的反演问题定义，我们在处理中心应用的那些熟悉的算法都可以看作地球物理数据的转换程序。

例如，地震偏移就是试图根据地震记录重建实际的地下地层形态（Gardner,1985）。

地层反射系数的反演可以通过预测反褶积衰减多次波反射来实现（Peacock 和Treitel,1969），或通过地层脉冲响应中一次波和多次波的模拟来实现（Lines 和Treitel,1984）。

振幅随偏移距的变化（AVO）（Castagna 和Backus,1993）处理包括地面振幅测量结果的岩性反演等等。

反演能处理不同类型的地球物理数据。

由此，人们能够将不同的地球物理数据集（诸如地震、势场和井中数据）与同一个地层模型同步地或顺序地进行拟合（如Lines等，1988）。

其它反演的例子很多，不胜枚举。

在每一种情况下，我们都假定物理定律是成立的。

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简述地应力场反演的流程。

地应力场反演是一种重要的地质研究工具，它可以用来研究区域内的地质构造、深部地质运动及表面地貌的变化。

与其他的深部研究工具相比，地应力场反演的优势主要在于它可以模拟各种不同的地质背景下的地应力场，为地质结构解释提供有价值的结论。

地应力场反演的流程主要是利用一些基本的地球物理学理论并结合相关的实验
数据，从而推测出区域内的地应力场情况。

首先，通过收集实验数据，包括诸如地震、重力、地热等等，为地应力场反演提供必要的外部信息。

其次，收集地质界面的位移数据，反映地下的地质构造及深部构造的变化。

第三步，利用坐标系变换方法，将收集的数据从地球坐标系转换到陆地坐标系，以便于进行后续的研究。

第四步，将地震反射地质层位转换为水平速度模型，并用于地应力场反演计算。

第五步，通过把地质界面的位移分析与垂直速度模型相匹配，建立地应力场模型。

经过上述步骤，可以推测出某一区域的地应力场情况。

地应力场反演计算的步骤还包括计算地震反射波速度模型、建立地下介质的密度模型、构建结构的拓扑图等。

根据地下的介质结构及其拓扑图，可以推测出某段区域的地应力场的数值模型，这样就可以推测出区域内的地应力场情况了。

地应力场反演的结果可以用来帮助地质学家分析出区域内的地
质构造及深部运动及表面地貌的变化。

例如，地应力场反演结果可以用作研究地震波在岩石中的传播机制中的参考，从而更好地了解地震
学的一些基本知识。

另外，地应力场反演的结果还可以用来预测某一区域构造上可能出现的断层活动，以便及时采取预防措施，防止可能发生的地质灾害。

总之，地应力场反演是一种重要的地质研究工具，它与其他深部研究工具相比具有独特的优势，可以用来研究区域内的地质构造、深部运动及表面地貌的变化。

它的流程主要是通过收集实验数据进行数据转换、构建水平速度模型及建立地应力场模型，从而推测出某一区域的地应力场情况。

的结果可以用来帮助分析出区域内的地质构造及深部运动及表面地貌的变化，也可以预测可能出现的断层活动，以便及时采取预防措施，防止可能发生的地质灾害。