李鹏等：中国大陆金属矿区实测地应力分析及应用 ·325 矿区地应力特征进行了初步分析，并根据库伦滑动摩 较成熟的地应力测量手段，测量精度较高，是日前进行 擦准则和Byerlee定律，从地应力的角度评价了我国大 地应力测量的主要方法，实际应用比较广泛.本文统 陆金属矿区断层的稳定性，探讨了地应力状态与断层 计的地应力实测数据，主要是由应力解除法测得，还有 稳定性之间的关系 少量数据由水压致裂法测得. 1.2数据分布 1地应力数据资料 本文共收集了迄今为止查阅到的国内多个金属矿 1.1地应力测量方法 山的实测地应力数据，包括岭南金矿、大红山铁矿、夜 地应力测量方法可分为直接测量法和间接测量法 长坪钼矿、铜矿峪铜矿、峨口铁矿、凡口铅锌矿、获各琦 两类.直接测量法无需知道岩石的物理力学性质与应 铜矿、金川各矿区、玲珑金矿、六苴铜矿、梅山铁矿、三 力一应变关系，可由测量所得的补偿应力、平衡应力或 山岛金矿、狮子山铜矿、水厂铁矿、安庆铜矿、图古日格 其他应力值获得地应力数据，主要包括：扁千斤顶法、 金矿、遂昌金矿、新城金矿、良山铁矿及开阳磷矿等金 水压致裂法、刚性圆筒应力计和声发射法等.间接测 属矿山.由于参考的资料及文献较多，这里不再一一 量法通过记录一些与应力相关的变形和应变等间接物 引用.数据分布地点基本覆盖了我国大陆主要金属矿 理量根据已知公式算出地应力值，主要有：应力解除 山所在地区（见图1），这些数据具有良好的代表性. 法、实心（或空心）包体应变测量、地球物理探测法及 目前我国金属矿山的绝大部分应力测量深度仅数百 地质方法等4.这些测量方法在测定不同岩性地应 m,超过1000m的深井测量则十分少见.从本次收集 力、操作难易程度等方面各有优缺点，适用条件、测量 到的地应力数据看，地应力测量深度都在1000m以 精度也有所差别.其中水压致裂法与应力解除法是比 内，最大测量深度为975m. 80E 90E 100PE 110E 120E 130E 50PN 40N 30N 20N- 一南海岛 80°E 90°E 100E 110E 120E 130E 注：图中红色实心圆点代表所收集地应力所在的大致区域，蓝色数字代表该区域的实测地应力数量。 图1实测地应力数据分布 Fig.I Distribution of measured in-situ stress data 1.3数据优化 绝对值小于30时，可以认为是近似水平的，将其标定 对于采用应力解除法测试得到的3个主应力，根 为最大水平主应力(o,):还有一个主应力，可能是 据所收集的数据发现，一般情况下其中一个主应力的 σ2或σ3也比较接近于水平方向，当其倾角绝对值小 方向并不绝对指向垂直方向，而是与垂直方向存在一 于30时，标注为最小水平主应力(o,）:剩下的一个 定夹角，另外2个主应力一般也与水平方向存在一定 主应力（σ2或σ3）比较接近于垂直方向，当其倾角绝 夹角，有时夹角还比较大.为便于分析，仅从近似垂直 对值大于60时，可以认为是近似垂直的，将其标定为 与水平两个方向研究地应力状态.考虑到我国金属矿 垂直主应力（σ）. 区地应力数据整体还不是太丰富，一些地区实测地应 为了能得到可靠的研究结果，对收集到的地应力 力数据较少，为了能较全面地了解我国金属矿区的地 数据进行质量评价及优化处理.将数据进行线性 应力特征，因此适当放宽了水平与垂直两个方向的划 拟合，以所得的拟合直线为中心，在其两侧作两条对称 定标准.对于本文收集的数据，最大主应力σ，的倾角 的直线，使95%的数据落到两条对称线内侧，这部分李 鹏等: 中国大陆金属矿区实测地应力分析及应用 矿区地应力特征进行了初步分析，并根据库伦滑动摩 擦准则和 Byerlee 定律，从地应力的角度评价了我国大 陆金属矿区断层的稳定性，探讨了地应力状态与断层 稳定性之间的关系． 1 地应力数据资料 1. 1 地应力测量方法 地应力测量方法可分为直接测量法和间接测量法 两类． 直接测量法无需知道岩石的物理力学性质与应 力--应变关系，可由测量所得的补偿应力、平衡应力或 其他应力值获得地应力数据，主要包括: 扁千斤顶法、 水压致裂法、刚性圆筒应力计和声发射法等． 间接测 量法通过记录一些与应力相关的变形和应变等间接物 理量根据已知公式算出地应力值，主要有: 应力解除 法、实心( 或空心) 包体应变测量、地球物理探测法及 地质方法等［24--25］． 这些测量方法在测定不同岩性地应 力、操作难易程度等方面各有优缺点，适用条件、测量 精度也有所差别． 其中水压致裂法与应力解除法是比 较成熟的地应力测量手段，测量精度较高，是目前进行 地应力测量的主要方法，实际应用比较广泛． 本文统 计的地应力实测数据，主要是由应力解除法测得，还有 少量数据由水压致裂法测得． 1. 2 数据分布 本文共收集了迄今为止查阅到的国内多个金属矿 山的实测地应力数据，包括岭南金矿、大红山铁矿、夜 长坪钼矿、铜矿峪铜矿、峨口铁矿、凡口铅锌矿、获各琦 铜矿、金川各矿区、玲珑金矿、六苴铜矿、梅山铁矿、三 山岛金矿、狮子山铜矿、水厂铁矿、安庆铜矿、图古日格 金矿、遂昌金矿、新城金矿、良山铁矿及开阳磷矿等金 属矿山． 由于参考的资料及文献较多，这里不再一一 引用． 数据分布地点基本覆盖了我国大陆主要金属矿 山所在地区( 见图 1) ，这些数据具有良好的代表性． 目前我国金属矿山的绝大部分应力测量深度仅数百 m，超过 1000 m 的深井测量则十分少见． 从本次收集 到的地应力数据看，地应力测量深度都在 1000 m 以 内，最大测量深度为 975 m． 注: 图中红色实心圆点代表所收集地应力所在的大致区域，蓝色数字代表该区域的实测地应力数量。 图 1 实测地应力数据分布 Fig． 1 Distribution of measured in-situ stress data 1. 3 数据优化 对于采用应力解除法测试得到的 3 个主应力，根 据所收集的数据发现，一般情况下其中一个主应力的 方向并不绝对指向垂直方向，而是与垂直方向存在一 定夹角，另外 2 个主应力一般也与水平方向存在一定 夹角，有时夹角还比较大． 为便于分析，仅从近似垂直 与水平两个方向研究地应力状态． 考虑到我国金属矿 区地应力数据整体还不是太丰富，一些地区实测地应 力数据较少，为了能较全面地了解我国金属矿区的地 应力特征，因此适当放宽了水平与垂直两个方向的划 定标准． 对于本文收集的数据，最大主应力 σ1 的倾角 绝对值小于 30°时，可以认为是近似水平的，将其标定 为最大水平主应力( σh，max ) ; 还有一个主应力，可能是 σ2 或 σ3 也比较接近于水平方向，当其倾角绝对值小 于 30°时，标注为最小水平主应力( σh，min ) ; 剩下的一个 主应力( σ2 或 σ3 ) 比较接近于垂直方向，当其倾角绝 对值大于 60°时，可以认为是近似垂直的，将其标定为 垂直主应力( σv ) ． 为了能得到可靠的研究结果，对收集到的地应力 数据进行质量评价及优化处理［26］． 将数据进行线性 拟合，以所得的拟合直线为中心，在其两侧作两条对称 的直线，使 95% 的数据落到两条对称线内侧，这部分 · 523 ·