地應(yīng)力測(cè)量的非彈性應(yīng)變恢復(fù)法及應(yīng)用實(shí)例

王連捷，孫東生，林為人，崔軍文，彭 華，高 祿，王 薇，唐哲民，喬子江

1 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

2 Kochi Institute for Core Sample Research，Japan Agency for Marine－Earth Science and Technology（JAMSTEC），Nankoku，783－8502，Japan

3 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）數(shù)理學(xué)院，北京 100083

地應(yīng)力測(cè)量的非彈性應(yīng)變恢復(fù)法及應(yīng)用實(shí)例

王連捷1，孫東生1，林為人2，崔軍文3，彭 華1，高 祿4，王 薇1，唐哲民3，喬子江1

1 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

2 Kochi Institute for Core Sample Research，Japan Agency for Marine－Earth Science and Technology（JAMSTEC），Nankoku，783－8502，Japan

3 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

4 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）數(shù)理學(xué)院，北京 100083

巖芯非彈性應(yīng)變恢復(fù)法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的比較經(jīng)濟(jì)有效的深部地應(yīng)力測(cè)量方法，汶川5.12地震后，我國(guó)大陸首次將該方法應(yīng)用于汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆的地應(yīng)力測(cè)量.本文簡(jiǎn)述了該方法的原理、計(jì)算方法和汶川地震科學(xué)鉆一號(hào)孔的典型結(jié)果.給出了一號(hào)孔在所測(cè)深度之處的三個(gè)主應(yīng)力的大小和方向.三個(gè)主應(yīng)力中，最大主應(yīng)力和中間主應(yīng)力近于水平，最小主應(yīng)力近于直立.最大主應(yīng)力方向?yàn)楸蔽?在746m深度，三個(gè)主應(yīng)力的大小為25.2MPa，21.5MPa，18.5MPa.這種應(yīng)力狀態(tài)可使龍門(mén)山斷層產(chǎn)生逆沖兼右行走滑運(yùn)動(dòng)，與汶川5.12地震的斷層運(yùn)動(dòng)一致.該方法得到的結(jié)果與震源機(jī)制解及其他地應(yīng)力測(cè)量方法得到的結(jié)果吻合.測(cè)量結(jié)果表明，非彈性應(yīng)變恢復(fù)法具有較大的實(shí)用價(jià)值.特別是在較大深度的鉆孔和地層較破碎的復(fù)雜地質(zhì)條件下，應(yīng)力解除法、水壓致裂法等難以實(shí)施時(shí)，此方法仍有可能獲得較可靠的地應(yīng)力數(shù)據(jù)，適應(yīng)性更強(qiáng).

非彈性應(yīng)變，地應(yīng)力，地震科學(xué)鉆，汶川地震

1 引 言

隨著大陸動(dòng)力學(xué)和地震科學(xué)研究的深入開(kāi)展，特別是汶川5.12大地震后，深部應(yīng)力狀態(tài)的研究愈來(lái)愈重要.但目前尚沒(méi)有既經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)便的完善的深部地應(yīng)力測(cè)量方法.基于巖芯的非彈性應(yīng)變恢復(fù)法（Anelastic Strain Recovery Method，簡(jiǎn)稱(chēng)ASR法）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的深部應(yīng)力測(cè)量的一種有效方法，它與鉆孔崩落法、水壓致裂法聯(lián)合使用，可獲得更豐富的地應(yīng)力資料.當(dāng)鉆孔崩落法和水壓致裂法等不能使用時(shí)，ASR法仍有可能得到比較可靠的資料，具有更廣泛的適用性.

ASR法首先由Voight［1］提出，并由Teufel［2］進(jìn)行了一些實(shí)用性研究和進(jìn)一步的發(fā)展.但他們考慮的是二維問(wèn)題.Matsuki［3］將其發(fā)展為三維問(wèn)題.近年來(lái)，ASR法逐漸被應(yīng)用于實(shí)際的深部三維地應(yīng)力測(cè)量中［4－6］.汶川5.12大地震后，我們將ASR法應(yīng)用于汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆的地應(yīng)力測(cè)量.這是我國(guó)大陸首次使用該方法進(jìn)行的深部三維地應(yīng)力測(cè)量.

本文對(duì)ASR法的原理和計(jì)算方法進(jìn)行了概述，并給出了汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆一號(hào)孔（Wenchuan Earthquake Fault Scientific Drilling Project，Hole－1，簡(jiǎn)稱(chēng)為WFSD－1）的地應(yīng)力測(cè)量典型結(jié)果.

2 ASR法的原理

巖芯被鉆出后，即脫離應(yīng)力場(chǎng)的作用，巖芯卸荷.由于巖石的黏彈性特性，巖芯除了立即發(fā)生彈性應(yīng)變恢復(fù)以外，還隨時(shí)間發(fā)生非彈性（滯彈性）應(yīng)變恢復(fù)，根據(jù)巖芯表面不同方向非彈性應(yīng)變恢復(fù)量，可以確定三維原地應(yīng)力狀態(tài).其原理基于巖石的流變性.巖石是一種黏彈性體，具有流變性［7－8］.當(dāng)巖石施加載荷時(shí)，巖石立即產(chǎn)生彈性變形，然后產(chǎn)生蠕變.當(dāng)載荷去掉時(shí)，巖石變形立即發(fā)生彈性恢復(fù)，而后，隨著時(shí)間的增加，非彈性應(yīng)變慢慢恢復(fù)如圖1.非彈性應(yīng)變的恢復(fù)量與卸載之前的載荷量有關(guān).因而可以由巖芯的非彈性恢復(fù)量反演原地應(yīng)力.

巖芯脫離應(yīng)力場(chǎng)作用后，應(yīng)變立即恢復(fù)，但巖芯由鉆井深處到地面，再到井口實(shí)驗(yàn)室要一定時(shí)間，因而測(cè)量不能立即開(kāi)始，而是滯后一段時(shí)間，一部分恢復(fù)量丟失.然而，ASR法不要求測(cè)量非彈性應(yīng)變恢復(fù)的全過(guò)程，只需一部分即可進(jìn)行地應(yīng)力的換算［5，9］.但是，為了保證精度，要求盡可能快地開(kāi)始測(cè)量，捕捉更多的恢復(fù)量.并使用穩(wěn)定性好，精度高的儀器.

圖1 巖石流變性的模式圖Fig.1 A schematic diagram of rock rheological property

3 ASR法應(yīng)變計(jì)的布置

由鉆孔中取出的帶有定向標(biāo)志線(xiàn)的巖芯（長(zhǎng)度約15cm），經(jīng)清洗后，將應(yīng)變計(jì)粘貼在巖芯表面.沿基線(xiàn)（x′軸）以及與基線(xiàn)相隔45°、90°和－45°（順時(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)）線(xiàn)粘貼應(yīng)變計(jì)，共有18個(gè)應(yīng)變計(jì)，即C1，C2，…，C18，如圖2.

圖2 巖芯表面應(yīng)變計(jì)的布置Fig.2 The layout of strain gauges on the surface of a rock core

應(yīng)變計(jì)長(zhǎng)軸方向稱(chēng)為應(yīng)變計(jì)的軸向.共有9個(gè)軸向，即由軸a1到軸a9.每個(gè)軸向有兩個(gè)應(yīng)變計(jì)，如軸向a1的應(yīng)變計(jì)為C1及C2.

9個(gè)軸向與坐標(biāo)軸的關(guān)系為：軸a1與x′軸平行，與y′，z′軸垂直；軸a2與y′軸平行，與x′，z′軸垂直；軸a3與z′軸平行，與x′，y′軸垂直；軸a4與x′，y′軸斜交成45°；軸a5與x′，y′軸斜交成正負(fù)45°，與z′軸垂直；軸a6，軸a7與x′，z′軸斜交成45°，與y′軸垂直；軸a8，軸a9與y′，z′軸斜交成45°，與x′軸垂直.

4 巖芯應(yīng)變觀(guān)測(cè)值與巖芯坐標(biāo)系中應(yīng)變分量的關(guān)系

設(shè)巖芯坐標(biāo)系為o－x′y′z′，z′軸與巖芯長(zhǎng)軸平行（圖2）.應(yīng)變觀(guān)測(cè)值b與巖芯坐標(biāo)系中應(yīng)變分量ε′x，ε′y，ε′z，ε′xy，ε′yz，ε′zx的關(guān)系式如下［8，10］：

l′i，m′i，n′i（i＝1，…，9）是軸a1到軸a9相對(duì)o－x′y′z′軸的方向余弦.由圖2可知，方向余弦的具體數(shù)值如表1所示.

表1 方向余弦Table 1 Cosine of direction

將表1中的方向余弦數(shù)值代入式（2），可得：

5 應(yīng)變分量的最小二乘法解答

方程組（1）中的未知數(shù)n＝6，而方程數(shù)m＝9.方程數(shù)m大于未知數(shù)n，這時(shí)可用最小二乘法進(jìn)行求解，得出最可信的答案.按最小二乘法原理，解下面的方程組可得最小二乘法解答［11］

（4）式的解答如下：

6 應(yīng)變的坐標(biāo)變換

設(shè)地理坐標(biāo)系為o－xyz.x軸指向北，y軸指向東，z軸鉛直向下.因?yàn)閹r芯坐標(biāo)系是任意設(shè)定的，鉆井（巖芯）有時(shí)是傾斜的，而且?guī)r芯坐標(biāo)系的o－x′軸的方位也不一定是向北的.因此巖芯坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系通常是不重和的.為了計(jì)算主應(yīng)變（主應(yīng)力）的方向、傾角和大小，需要將巖芯坐標(biāo)系中的應(yīng)變分量向地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的表達(dá)式如下［8］：

表2 巖芯坐標(biāo)軸與地理坐標(biāo)軸的方向余弦Table 2 Direction cosine between core coordinate axis and geographic coordinate axis

知道了鉆孔（巖芯）的傾向，傾角和巖芯坐標(biāo)ox′軸的方位則可以方便地求出方向余弦.進(jìn)而由方程（6）得出地理坐標(biāo)系中的應(yīng)變張量ε.

7 主應(yīng)變及主應(yīng)力的計(jì)算

7.1 主應(yīng)變的計(jì)算

由應(yīng)變分量求主應(yīng)變可通過(guò)解下列方程組得到［11］：

上述方程組為齊次線(xiàn)性方程組，方程組非零解的必要和充分條件是系數(shù)行列式為零，即

行列式展開(kāi)后為一元三次方程式.解該方程式可得到三個(gè)根λ1，λ2，λ3，它們是三個(gè)主應(yīng)變?chǔ)?，ε2，ε3.將三個(gè)主應(yīng)變逐個(gè)代回方程組（7），可求出三個(gè)主應(yīng)變的方向余弦li，mi，ni（i＝1，2，3），且＋＋＝1.

上述的求解實(shí)際是求應(yīng)變分量矩陣的特征值及特征向量問(wèn)題，特征值λi為主應(yīng)變，特征向量為主應(yīng)變的方向余弦.主應(yīng)變的方位和傾角可由方向余弦求得［9］.

主應(yīng)變?chǔ)舏（i＝1，2，3）的方位角Di＝arctan如li＜0，則將Di增加180°.主應(yīng)變?chǔ)舏（i＝1，2，3）的傾角vi＝arcsin（ni）.在均勻各向同性黏彈性介質(zhì)中，主應(yīng)變的方位與主應(yīng)力的方位是一樣的.因而，有了主應(yīng)變的方位就知道了主應(yīng)力的方位.

7.2 主應(yīng)力大小的計(jì)算

由非彈性應(yīng)變計(jì)算主應(yīng)力σi（i＝1，2，3）的表達(dá)式如下［11］：

式中ei（t）（i＝1，2，3）為非彈性偏應(yīng)變，em（t）為非彈性體應(yīng)變，Jas（t）為偏非彈性應(yīng)變?nèi)岫?，Jav（t）為體積非彈性應(yīng)變?nèi)岫龋琾0為孔隙壓力.

由（9）式可以看出，只要求出Jas（t）及Jav（t），即可根據(jù)非彈性應(yīng)變及孔隙壓力求出三維地應(yīng)力.

Jas（t）及Jav（t）可由實(shí)驗(yàn)得到，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜.文獻(xiàn)［5，12］指出，可以近似地認(rèn)為

于是鉛直應(yīng)力可表示為

式中，lp，mp，np為鉛直應(yīng)力與三個(gè)應(yīng)變主軸之間的方向余弦.同時(shí)鉛直應(yīng)力可以按重力計(jì)算，

如果已知測(cè)量的深度h，從地表到該深度的平均密度以及重力加速度g，則σv可以由式（12）得出，而由式（11）可求出Jav（t），進(jìn)而由式（10）求出Jas（t），然后由式（9）求出主應(yīng)力σi（i＝1，2，3）.

實(shí)際工作中，上述主應(yīng)變和主應(yīng)力的計(jì)算是通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行的，是很方便的.

8 ASR法的典型測(cè)量結(jié)果

應(yīng)用ASR法在汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探一號(hào)孔中進(jìn)行了地應(yīng)力測(cè)量，得到了滿(mǎn)意的結(jié)果.

8.1 汶川地震科學(xué)鉆一號(hào)孔（WFSD－1）的位置和地質(zhì)簡(jiǎn)況

汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆是汶川5.12特大地震后快速反應(yīng)的地震科學(xué)鉆探工程項(xiàng)目（WFSD）.科學(xué)鉆的一號(hào)孔（WFSD－1）位于四川省都江堰市虹口鎮(zhèn)，距5.12地震震中約90km如圖3.與地表主斷裂的水平距離約400m.鉆井深度1201m，（垂直孔深1179m）平均井斜11°，在589.6m深處穿過(guò)主斷層.地表至孔深176m為震旦系下統(tǒng)的變質(zhì)火山巖，176～589.2m為新元古代彭灌雜巖，589.2m以下至終孔1201m為三疊系上統(tǒng)須家河組，主要為砂巖、礫巖、泥巖、頁(yè)巖煤系地層.孔深590m附近出現(xiàn)厚達(dá)70cm的斷層泥.

8.2 觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)

取自孔深746m（垂深）處的巖芯非彈性應(yīng)變恢復(fù)曲線(xiàn)如圖4.連續(xù)測(cè)量約5天.測(cè)量期間溫度變化小于±0.1℃，測(cè)量結(jié)果顯示，測(cè)量系統(tǒng)的漂移很小，可以忽略.各個(gè)應(yīng)變計(jì)的非彈性應(yīng)變皆為拉張，說(shuō)明原地的巖石承受著壓應(yīng)力.曲線(xiàn)隨時(shí)間平穩(wěn)增加，初期非彈性應(yīng)變?cè)黾虞^快，然后變緩，符合非彈性應(yīng)變變化規(guī)律.應(yīng)變量達(dá)100多微應(yīng)變，可滿(mǎn)足測(cè)量的要求.

8.3 主應(yīng)變和主應(yīng)力的方位

由9個(gè)方向的應(yīng)變觀(guān)測(cè)曲線(xiàn)使用前面敘述的最小二乘法并進(jìn)行巖芯坐標(biāo)軸的方位及井斜的校正后計(jì)算出三個(gè)主應(yīng)變?chǔ)舏和平均主應(yīng)變?chǔ)舖如圖5.三個(gè)非彈性主應(yīng)變的方位和傾角如表3.如上所述，在均勻各向同性介質(zhì)中，主應(yīng)變的方位與主應(yīng)力的方位是一樣的.因而，此主應(yīng)變的方位也就是主應(yīng)力的方位.

最大主應(yīng)力σ1和中間主應(yīng)力σ2近于水平，最小主應(yīng)力σ3近于鉛直.最大主應(yīng)力σ1的方位為北西49°.這種應(yīng)力狀態(tài)可使龍門(mén)山斷層產(chǎn)生逆沖兼右行走滑運(yùn)動(dòng).

圖3 WFSD－1孔區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（a）平面圖（據(jù)四川省1∶20萬(wàn)彭灌幅地質(zhì)圖編制）；（b）剖面圖.1－三疊系上統(tǒng)須家河組上段；2－三疊系上統(tǒng)須家河組中段；3－三疊系上統(tǒng)須家河組下段；4－三疊系下統(tǒng)；5－二疊系上統(tǒng)；6－二疊系下統(tǒng)；7－泥盆系上統(tǒng)；8－泥盆系中統(tǒng)；9－震旦系下統(tǒng)；10－元古代花崗巖；11－逆沖斷裂（a）；12－逆沖斷裂（b）；13－逆沖推覆體（a）；14－飛來(lái)峰（b）；15－鉆孔；16－河流；17－道路；YBF－映秀—北川斷裂.Fig.3 Geological sketch map（a）of the WFSD－1well site and tectonic profile（b）perpendicular to the YBF（a：compiled from the 1：200 000－scale Geologic Map of Sichuan Province，the Pengguan sheet）1－Upper member of Upper Triassic Xujiahe Formation；2－Middle member of Upper Triassic Xujiahe Formation；3－Lower member of Upper Triassic Xujiahe Formation；4－Lower Triassic；5－Upper Permian；6－Lower Permian；7－Upper Devonian；8－Middle Devonian；9－Lower Sinian metavolcanite formation；10－Proterozoic granite；11－Thrust fault（a）；12－Thrust fault（b）；13－Thrust－nappe（a）；14－Klippe（b）；15－Borehole；16－River；17－Road；YBF－Yingxiu－Beichuan fault.

表3 主應(yīng)變（主應(yīng)力）的方位和傾角Table 3 Azimuth and dip angle of principal anelastic strain（principal stress）

8.4 應(yīng)力的大小

假定鉛直應(yīng)力等于上覆巖層的重量，則可用前面敘述的方法，近似計(jì)算主應(yīng)力的大小.根據(jù)上覆巖層的平均密度為2.6g／cm3，得出三個(gè)主應(yīng)力的大小分別為25.2MPa，21.5MPa，18.5MPa；鉛直應(yīng)力為19.1MPa，水平最大主應(yīng)力為25MPa，水平最小主應(yīng)力為21.1MPa.

8.5 與其他方法得到的結(jié)果的比較

將汶川5.12 MS8.0級(jí)地震的震源機(jī)制解主軸的方位如表4［13］，和WFSD－1的垂深746m的ASR結(jié)果畫(huà)在同一個(gè)圖上如圖6.圖中實(shí)心圓為ASR測(cè)量結(jié)果，三角形為震源機(jī)制解主軸.由表3，表4和圖6可見(jiàn)，ASR測(cè)量得到的主應(yīng)力σ1，σ2，σ3的方位分別與P軸，T軸和B軸方位對(duì)應(yīng).它們的方位和傾角都很接近.

圖7為汶川地震區(qū)地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果［14－16］.由圖7可以看出，WFSD－1的ASR得到的最大水平主應(yīng)力的方位與附近地區(qū)的其他地應(yīng)力測(cè)量方法得到的結(jié)果很一致，方位都在北西到北西西方向上.

表4 2008年5月12日汶川MS8.0地震震源機(jī)制解［13］Table 4 Focal mechanism solutions for the Wenchuan earthquake of May 12，2008［13］

9 結(jié)論與討論

9.1 結(jié) 論

用非彈性應(yīng)變恢復(fù)法（ASR法）得到了汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆一號(hào)孔垂深746m深處的三維地應(yīng)力狀態(tài).三個(gè)主應(yīng)力的大小分別為25.2MPa，21.5MPa，18.5MPa.最大主應(yīng)力σ1和中間主應(yīng)力σ2近于水平，最小主應(yīng)力σ3近于鉛直.最大主應(yīng)力σ1的方位為北西向與汶川地震斷裂帶走向近于正交.這種地應(yīng)力狀態(tài)有利于汶川地震斷裂帶產(chǎn)生逆沖兼右行走滑運(yùn)動(dòng)，與汶川5.12地震斷層活動(dòng)類(lèi)型一致.另外，ASR法的測(cè)量結(jié)果與震源機(jī)制解和其他方法得到結(jié)果相近.表明ASR法是可信的，可用于深部的三維地應(yīng)力測(cè)量.

9.2 討 論

ASR法是建立在均質(zhì)各向同性的基本假定之上的.我們?cè)谶x擇巖芯試件時(shí)，依目視來(lái)挑選各向同性及均質(zhì)的巖芯.巖芯試件越是符合均勻各向同性條件，測(cè)量精度越高.ASR法的測(cè)量精度，受巖芯的條件及定向精度的影響.一般來(lái)說(shuō)，方向角誤差小于正負(fù)10°，應(yīng)力值誤差小于正負(fù)10%.在應(yīng)變測(cè)試時(shí)，我們還同時(shí)測(cè)量一個(gè)不變形的巖石樣本，來(lái)監(jiān)控測(cè)試系統(tǒng)的工作狀態(tài).

為了保證測(cè)量精度，應(yīng)盡量保持巖芯試樣環(huán)境不變.巖芯試樣由井口取出立即密封包裝，保持含水率不變.測(cè)試時(shí)，將密封好的巖芯試樣放入恒溫水槽內(nèi)，測(cè)試過(guò)程中巖芯試樣的溫濕度不變（溫度波動(dòng)小于0.1℃）.測(cè)試儀器也處于恒溫的環(huán)境中.采取這些措施，可防止巖芯試樣的環(huán)境改變引起的體積變化.

另外，此方法比較適用于深井，不太適用于淺井.因?yàn)樯疃仍酱?，?yīng)力越大，非彈性應(yīng)變量也大，測(cè)量誤差相對(duì)較小.一般測(cè)量深度至少大于300m.在WFSD－1試驗(yàn)中，測(cè)量深度為746m，非彈性應(yīng)變量達(dá)到了100微應(yīng)變，能夠保證其測(cè)試的精度.

巖芯越均勻完整，ASR方法的效果越好.在巖芯破碎的情況下，如能找到一段均勻完整的巖芯（長(zhǎng)度不小于15cm），并能定向，則ASR法還是可用的.同鉆孔崩落法、水壓致裂法等其他方法比較起來(lái)，ASR法能用的機(jī)率要大得多.

很多學(xué)者對(duì)震源機(jī)制解的P軸方位與主應(yīng)力方位的關(guān)系進(jìn)行了討論，文獻(xiàn)［17］給出討論的情況.一些學(xué)者認(rèn)為震源機(jī)制解的P軸方位與主應(yīng)力方位可能一致，也可能不一致，有時(shí)差別可能很大，它們的關(guān)系是不確定的.盡管如此，震源機(jī)制解仍是當(dāng)前測(cè)量地應(yīng)力的主要方法之一［17－19］.世界地應(yīng)力圖［20－21］和中國(guó)地應(yīng)力圖［22－23］都把震源機(jī)制解作為主要的資料來(lái)源，這些圖中的主應(yīng)力方向，50%以上的數(shù)據(jù)為地震震源機(jī)制解，其余為孔壁崩落分析、水壓致裂應(yīng)力測(cè)量等其他方法的結(jié)果，并將這些數(shù)據(jù)放在一起進(jìn)行對(duì)比分析.Zoback等在研究美國(guó)北部斷塊地區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)時(shí)，將震源機(jī)制解P軸方位與其他方法得到的地應(yīng)力方位（如水壓致裂法、地質(zhì)方法）進(jìn)行對(duì)比，并指出，多個(gè)震源機(jī)制解的P軸平均方位與其他方法得到的地應(yīng)力方位差別很?。?4］.因此，本文也將非彈性應(yīng)變恢復(fù)法得到的主應(yīng)力方位與震源機(jī)制解以及其他方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，觀(guān)察它們的一致性情況，為評(píng)價(jià)結(jié)果提供參考.

致 謝 工作中得到項(xiàng)目首席科學(xué)家許志琴院士、總地質(zhì)師李海兵研究員、牛一雄研究員等的支持和幫助，評(píng)審專(zhuān)家提出了寶貴意見(jiàn)，在此表示感謝，林為人對(duì)日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（JSPS）的科研費(fèi)資助（基盤(pán)B海外－22403008）表示衷心的感謝.

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Anelastic strain recovery method to determine in－situ stress and application example

WANG Lian－Jie1，SUN Dong－Sheng1，LIN Weiren2，CUI Jun－Wen3，PENG Hua1，GAO Lu4，WANG Wei1，TANG Zhe－Min3，QIAO Zi－Jiang1
1 Institute of Geomechanics，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100081，China
2 Kochi Institute for Core Sample Research，Japan Agency for Marine－Earth Science and Technology（JAMSTEC），Nankoku，783－8502，Japan
3 Institute of Geology，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100037，China
4 School of Science，China University of Geosciences（Beijing），Beijing100083，China

The principle and calculation procedures for a lower cost and effective core－based stressmeasurement technique called anelastic strain recovery（ASR）technique are described.And then an example of its application to the hole－1of Wenchuan Earthquake Fault Scientific Drilling Project（WFSD－1）is shown.Three principal stress magnitudes and directions of the hole－1at the tested depth were determined.The maximumσ1and middle principal stressσ2are nearly horizontal，and the minimum principal stressσ3is nearly vertical.The azimuth of the maximum principal stress is NW.At the vertical depth of 746meters，the magnitude is 25.2MPa forσ1，21.5MPa forσ2，and 18.5MPa forσ3.This stress state can be interpreted as the same stress regime to make Longmen Shan fault to generate thrust and dextral strike－slip movement，which is consistent with fault movement of Wenchuan 5.12Earthquake.The results obtained by ASR can be compared with that by focal mechanism solutions and other stress measurement methods.The example shows that，ASR method has great practical value.Especially in the larger drilling depth and complex geology conditions，stress relief method and hydraulic fracturing method can hardly be implemented，while ASR can obtain reliable data with good adaptability.

Anelastic strain，Crustal stress，Earthquake fault scientific drilling，Wenchuan earthquake

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.024

P315，P541

2011－08－24，2012－03－31收修定稿

國(guó)家科技支撐“汶川地震斷裂帶科學(xué)鉆探井中探測(cè)”項(xiàng)目（2008wfsd－03）和日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（JSPS基盤(pán)B海外－22403008）資助.

王連捷，男，1933年生，研究員，1960年畢業(yè)于北京地質(zhì)學(xué)院，從事地質(zhì)災(zāi)害、地應(yīng)力測(cè)量、應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值分析及應(yīng)用研究.E－mail：wanglj01＠sina.com

王連捷，孫東生，林為人等.地應(yīng)力測(cè)量的非彈性應(yīng)變恢復(fù)法及應(yīng)用實(shí)例.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（5）：1674－1681，

10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.024.

Wang L J，Sun D S，Lin W，et al.Anelastic strain recovery method to determine in－situ stress and application example.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（5）：1674－1681，doi：10.6038／j.issn.0001－5733.2012.05.024.

（本文編輯 何 燕）