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地应力综合研究

TOC\o1-2\h\u153341地应力概念及研究历史 2

73792地应力的测量方法 4

2342.1地应力大小测量 4

170202.2地应力方向测量 9

278913.古构造应力 11

138173.1古构造应力场 12

327293.2最大古构造应力恢复方法 13

309284.地应力的计算方法 14

311884.1莫尔-库仑破坏模式 15

92174.2单轴应变模式 15

28124.3各向异性模式 17

76655.应力场的模拟方法 20

256175.1物理模拟方法 21

206475.2数值模拟方法 21

230936.地应力在油田中的应用 22

274026.1油气的运移和聚集 22

76126.2断层封闭性评价 23

197176.3井壁稳定性评估 23

174746.4构造裂缝预测 23

321776.5压裂裂缝预测 24

104046.6储层应力敏感性评价 24

174046.7油藏出砂分析 24

306097.油藏地应力研究存在的技术攻关以及应用面临的困难和问题 25

321057.1地应力测量工作很难大规模开展，测量结果具离散性 25

137717.2地应力的计算理论与方法有待完善 25

276057.3应力场模拟结果很大程度取决于地质/力学模型的准确性 26

136537.4储层岩石非均质性引起应力场模拟的误差 26

149557.5引起现今地应力变化的尚不十分清楚 27

1地应力概念及研究历史

地应力是地壳内部应力的总和，一般认为，地应力主要由上覆岩层重力、地层压力（孔隙压力）、构造应力、热作用等方面构成。地应力通常用一个垂向主应力（用SV表示）和两个水平方向的主应力组成，即最大水平主应力和最小水平主应力（分别用SHmax和Shmin表示），这三个应力既互相垂直又不相等。按照三个主应力数值相对大小，可将地应力分为三种类型（图1-1）：

图1-1地应力状态类型示意图

（1）I类地应力：最大主应力为垂直方向，中间主应力及最小主应力为水平方向，满足SVSHmaxShmin；若三个主应力均为压应力，即Shmin0；则表示为Ia类地应力，在该条件下产生2组正断层，倾角在60°左右。若最小主应力为张应力，中间主应力和最大主应力为压应力，SVSHmax0Shmin；则表示为Ib类地应力，在该条件下，产生直立或近于直立的高角度破裂（倾角大于70°）。

（2）II类地应力：最小主应力为垂直方向，中间主应力及最大主应力为水平方向，满足SHmaxShminSV，该条件下形成2组逆断层，断面倾角约30°。

（3）III类地应力，中间主应力为垂直方向，最小主应力及最大主应力为水平方向，满足SHmaxSVShmin，该条件下形成平移断层。

现今地应力是相对于古应力而言，指地层目前的应力状态。也就是岩层在地质历史中经过多期变形、破裂到目前还“剩余”的应力。严格来说，由于现今构造活动仍然在不断进行，所以现今地应力是随时间推移而不断变化的，但是按照人类活动时间作为参照系，特别是油田开发的时间阶段内，我们认为其是相对稳定的。

岩石骨架和内部流体共同承受岩石的总负荷，岩石骨架所承受的地应力称为有效应力，流体承受的力称为地层压力，也叫孔隙流体压力。为了精确分析油藏地应力特征，需分别开展有效应力和地层压力的研究工作。

构造应力是地应力的一个重要组成部分，是由地壳构造运动产生的、以矢量形式叠加在重力“诱导”的水平应力之上的应力。不同大地构造位置、不同构造部位、不同深度，其构造应力状态是不同的。另外，由地层弯曲派生的应力，也属于构造应力的一种。

地应力概念最早是由瑞士地质学家海姆于1912年提出的，随后人们对地应力的研究经历了由浅到深的过程。二十世纪六十年代初，在著名科学家李四光教授的指导下，我国开始了地应力的研究工作，最初主要用于地震预测的研究。1966年李方全等人用压磁套芯解除

法开始了我国地应力实测工作，并于1980年将水压致裂地应力测量法引入我国。五十多年来，诸多学者围绕地震预测研究开展了大量的地应力测量与研究工作，积累了丰富的含地应力方向和大小信息的资料，是分析地壳应力状态的可贵资料。

百余年来，地应力在地质、水利、矿山、冶金、地震、铁路、建筑及石油与天然气等诸多领域上开展了广泛应用，地应力的测量方法、技术以及研究手段不断改进、发展。

2地应力的测量方法

2.1地应力大小测量

自1912年瑞士学者A.Heim