地应力分布

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旗山煤矿深部地应力测量及地应力场分布规律

旗山煤矿深部地应力测量及地应力场分布规律王波;高延法;朱伟【摘要】With the increasing of coal mining depth and intensity,the geostress plays more important roles in the displacement and damage of surrounding rock. It is very important to take geostress measurements and ana-lyze the distribution characteristics of the geostress fields in coal mining area. The geostress measurements have been conducted within the depths of - 1000 and - 850 m in Qishan Coal Mine by using stress relief method. The analysis of the measurement data indicates that: The geostress field in Qishan Coal Mine, in which the tectonic stress takes absolute predominance, is dominated by horizontal stress and belongs to typical tectonic stress field;The magnitudes of the geostress are super high stress level. The orientations of the maxi-mum horizontal principal stresses mainly concentrate on NW - SE121° ~ 140°,the average is 130 . Finally, combined with the tectonic movement to further explore the relationship between mining deep geostress field and geological structure.%随着矿井开采深度的增加，地应力对围岩变形与破坏的影响更加突出，在煤矿矿区进行地应力测量，并分析地应力场分布规律具有重要意义。

宣东二号煤矿地应力测量及分布规律研究

摘
要：采用应力解除法，对宣东二号煤矿砂岩和辉绿岩两个岩层中进行三维地应力测试，
并对获得的含有应变计的套孔岩芯进行了室内围压率定试验。结果表明：各个主应力均为压应力，没有出现拉应力的现象；矿区以水平构造应力为主，最大水平主应力的值在６４．９３—
１应力解除法基本原理
应力解除法是使测点岩体完全脱离地应力作用的方法。其基本原理是当一块岩石从受力作用的岩体中取出后，由
每组应变花的应力计算公式如下：
１
ｓ＝
Ｅ
ｔ（盯＋）１＋２（１一＂）（１）
Ｅ（ｙ一）ｃｏｓ２０—２ｒｓｉｎ２０］２一＂４｝
其主体是一个用环氧树脂制成的壁厚０．００３ｍ的空心圆筒，
其外径为０．０３０５ｍ。在其中间部位，即直径为０．０３２５ｍ处沿同一圆周等间距（１２０。）嵌埋着三个电阻应变花。每个应变花由四支应变片组成，相互间隔４５。。共计有１２支应变片，分别为周向三支（Ａ９。，Ｂ帅，Ｃ）、轴向三支（Ａ。，Ｂ。，Ｃ。）、与轴线成４５。方向三支（Ａ，Ｂ，Ｃ）以及与轴线成１３５。方向三支（Ａ。，，Ｂ
— —
—
—
５０００
０
—
—
４０００Ｂ

地应力及其分布规律分解

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。

锦丰金矿深部地应力测量及分布规律分析

贵州锦丰矿业有限公司（下称“锦丰金矿”）岩石松软破碎，掘进工程延深至标高１３０ｍ以下时，表现出较大的应力释放特征。其中，１１０ｍ、９０ｍ、７０ｍ平巷及１５０～７０ｍ主斜坡道均发生不同程度的巷道开裂变形和底鼓，新掘巷道未投入使用就需要返修，严重影响工程进度和安全生产。因此，实测掌握深部地应力成为解决深部巷道支护问题的重要环节。
２０２１年第１期／第４２卷
采矿工程４３
２．２空心包体应力解除法空心包体应力解除法属于典型的孔壁应变法，是
一种高效率进行地应力测量的方法，可在单孔中通过一次解除得到多组应变片记录的不同方向的应变值，根据应力－应变关系、弹性模量、泊松比等参数，求解该点的三维应力大小和方向［３］。
ｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２１０１０８
引言
地应力是存在于地壳中的原始力，地壳的移动、褶皱、断层、褶曲、地下水位或温度变化等地质现象就是地应力的直接表现。矿山井巷工程开挖过程对原始应力平衡状态造成扰动，因此在应力重新分布的过程中使巷道发生冒顶、片帮、底鼓甚至岩爆等破坏现象。根据地应力的大小、方位角及地下岩体本身特性的不同，巷道破坏现象各异。研究普遍认为：不论是垂直方向还是水平方向上，地应力都会随开采深度的增大而增大［１］。因此，深部矿山巷道工程布置、支护方案的选择、后期巷道维护都将考虑到区域内地应力的分布状态和总体规律。地应力已经成为研究地下巷道工程变形机理、确定支护方案的重要参考指标。
用空心包体应力解除法和ＤＣＤＡ法测得标高１５７ｍ、９０ｍ、２４ｍ、－５９ｍ共４个标高段的９组应力
数据，结果显示：深部最大水平主应力方向为北东向，在９０ｍ水平以上，地应力以垂直应力为主；

第五章地应力分析 PPT

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 ゜
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
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
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
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

复杂岩体中隧道施工引起的地应力重分布及其对围岩稳定性的影响

复杂岩体中隧道施工引起的地应力重分布及其对围岩稳定性的影响摘要随着地下空间利用的不断深入，隧道施工在现代城市和交通基础设施建设中变得越来越重要。

然而，复杂岩体中隧道施工所引起的地应力重分布对围岩的稳定性产生了深远影响。

本论文旨在研究复杂岩体中隧道施工引起的地应力重分布现象，并分析其对围岩稳定性的影响机制。

通过分析现有文献和实际工程案例，我们探讨了地应力重分布的成因、影响范围以及可能导致的围岩失稳机制。

研究发现，复杂地质条件下，隧道施工会导致地应力分布发生显著变化，进而引发围岩的开裂、变形甚至坍塌。

为了有效应对这一问题，合理的支护设计和施工方法显得尤为重要。

因此，我们还讨论了针对复杂岩体的隧道施工中应采取的支护措施，并提出了优化围岩稳定性的建议，以确保隧道施工的安全性和可持续性。

关键词：复杂岩体、隧道施工、地应力重分布、围岩稳定性、支护措施一、引言随着城市化进程的不断推进，地下空间的利用成为缓解城市交通、储存能源等问题的有效手段。

隧道作为地下交通和通信设施的重要组成部分，在现代城市基础设施建设中占据重要地位。

然而，隧道施工所面临的地质条件千差万别，尤其是复杂岩体中的隧道施工，往往面临着地应力的显著变化，进而对围岩稳定性造成影响。

二、地应力重分布的成因地应力重分布是指隧道施工过程中，由于开挖活动导致原有的地应力分布发生变化，进而影响周围围岩的稳定性。

复杂岩体中隧道施工引起的地应力重分布主要由以下几个因素导致：2.1 岩体应力状态变化隧道开挖过程中，岩体受到应力释放。

原本处于地壳深部的岩体，在受到开挖活动影响后，受到的应力得到部分释放。

这导致了原有的地应力分布受到破坏，周围围岩会逐渐调整其应力状态，以达到新的平衡状态。

这种应力状态的变化可能导致围岩的开裂、变形和失稳。

2.2 隧道开挖对地应力场的干扰隧道的开挖会对周围岩体的地应力场产生直接的干扰。

开挖活动使得原本相对稳定的地应力场发生改变，出现应力的聚集或分散现象。

天然地应力场分布规律及原位测量

律，于这方面的研究仍有待进一步深入。关相等，垂直分量小于水平分量。根据实测地应力资料，且得到侧压比（均水平主应力与垂直应力的比值）常为０８平通．
～
２岩体中初始应力场的分布规律
发生。（）了确保钻探工作的安全进行，４为施工管理人员要道、淀地区进行清理工作。（）水泵的排水效果不足沉３当对施工设计和施工安全技术进行详细的记录，工人员要时，急人员要马上打开水仓，证排水工作的顺利进行。施应保
地应力场通常受到地质构造、貌、形、地地岩性等因素
１５这说明在浅部地层中，应力的垂直分量普遍小于．，地
垂的影响，分布规律十分复杂。但通过大量的地质调查、其测平均水平应力，直应力一般为最小主应力。．量以及理论分析，目前对于浅部地应力场分布的基本规律２３侧压比在垂深方向上的变化通常情况下，着深度的增加，压比不断减小。不随侧已经有了初步的认识。
地应力场变化并不明显，其主导方向为北西到近荷。地质构造运动和上覆岩体重量是影响地应力大小的最华北地区，于东西的主压应力。主要因素。

地应力及其分布规律

地应力及其分布规律————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ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。

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。

中国大陆浅层地壳实测地应力分布规律研究

1、工程扰动现象和基本特点
1、工程扰动现象和基本特点
工程扰动是指在工程建设过程中，由于施工等因素对地质环境造成的干扰和破坏。其基本特点包括人为性、局部性和可逆性等。人为性是指工程扰动是由人为因素引起的；局部性是指工程扰动对地质环境的影响主要局限于施工区域附近；可逆性是指工程扰动在一定时间内是可恢复的。
谢谢观看
目前，针对工程扰动特征的研究已经取得了一定的进展。然而，仍然存在一些不足之处。首先，工程扰动特征的数值模拟方法需要进一步发展和完善，以便更好地模拟实际施工情况。其次，对于工程扰动对环境和建筑物的影响评估方面也存在一定的困难，需要更加准确和实用的方法。
4、探究工程扰动特征的研究方法和途径
4、探究工程扰动特征的研究方法和途径
规律总结
3、与地震活动的关系：实测地应力数据还表明，地震活动区的地应力场表现出更为复杂的特征，地应力值较高且变化频繁。同时，地震活动与地应力分布之间存在一定关系，高地应力值区域更易发生地震活动。
参考内容
引言
引言
地壳地应力场是地球动力学研究的重要领域之一，对于地质工程、地震工程和资源工程等领域具有重要意义。特别是在中国大陆地区，由于其特殊的地理环境和地质构造，地应力场的分布规律和工程扰动特征更加复杂和多样化。因此，研究中国大陆浅层地壳地应力场分布规律及工程扰动特征具有十分重要的现实意义。
2、地应力场对工程建筑和环境的影响
2、地应力场对工程建筑和环境的影响
地应力场对工程建筑和环境具有重要影响。对于工程建筑，地应力场分布规律直接关系到建筑物的地基稳定性、抗震性能等。不合理的地应力分布可能导致建筑物出现裂缝、倾斜甚至倒塌等现象。此外，地应力场对环境的影响也十分显著，如地形地貌的形成、地下水资源的分布等。

煤矿井下地质构造对地应力分布的影响

煤矿井下地质构造对地应力分布的影响摘要：近几年来，煤矿的开采过程中出现了很多问题，矿难的发生率也在逐年增加，当然这些矿难的发生与人们为谋求利益利益而对煤矿进行违规开采有很大关系，然而最主要的，还是因为煤矿的井下地质构造和相关地应力的分布。

为了保证煤矿开采的安全性，我们必须要对煤矿井下的地质结构进行研究，观察其对地应力分布所造成的影响。

该文主要是通过对现场地应力的观测分析来研究煤矿井下地质构造对地应力分布的影响。

关键词：煤矿；井下地质构造；地应力分布1 对现场的地应力分布进行观测1.1 测量井下地应力的设施以及方法目前，我国对煤矿地应力的测量，大部分都选用在井下的一些巷道里进行，测量过程中我们采用的工具多为钻孔机，而且测量过程中对于角度的选择至关重要。

选择的位置大部分为巷道内的顶板岩体，选择好位置后，我们需要仰角向所选位置进行钻孔施工，施工完毕后将选择好的传感器放置于所钻的孔道中，以此来测量煤矿的应力。

选择好测量应力的地点之后我们需要进行应力计安装工程，多数情况下我们会采取施工的方式，进行导孔以及安装孔，具体方式如下：确定好安装部位后我们需要将应力计放于煤矿岩体完整的部位。

然后再取出岩体内部连接着应力计的部位，一般情况取出的都是圆柱状的岩芯，在岩芯的取出的过程中采用的工具为金刚石岩筒。

这样一来，我们就可以利用应力计所测量的数据，对煤矿岩体的地应力进行计算。

在应力计安装施工过程中我们需要对连接着应力计的圆柱形岩芯，采取施压行为。

施压过程中选择的工具为弹模率定仪，如此一来，岩体的压力在变化过程中所产生的应变，都可以通过此方法完完整整地进行记录，之后根据公式对煤矿的地应力进行测量。

采取的公式为三维应力核算，在核算过程中我们还需要对岩体的泊松比以及弹性的模量进行核算。

1.2 测量井下地应力的参数以及位置大多数煤矿的范围都比较广，因此要想了解煤矿的地应力分布情况非常复杂。

为了能够对其分布情况有一个更好的把控，我们可以根据煤矿井下的地质情况，寻找不同的测试位置，如此一来，我们在对煤矿的地应力进行测量时就可以严格按照将煤矿地应力的真实情况尽可能反应出来，以及使测试点尽最大可能覆盖整个煤矿的原则来进行测量，最终我们得到的测量结果才能够更贴近事实。

潞新矿区地应力场分布特征研究

ｒｏａｄｗａｙｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｗａｓｖｅｒｙｓｍａｌｌｎｄａｓｔａｂｉｌｉｔｙｗａｓｇｏｏｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ；ｇｅｏ — ｓｔｒｅｓｓｉｆｅｌｄ；ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｓｕｐｐｏｔｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎ
地应力是存在于地层中的天然内应力，是引起工程变形和破坏的根本作用力，是进行围岩稳定性
简单，断裂发育Ｊ。煤田内构造形态主要受燕山
分析、开采设计、科学化决策的必要前提条件Ｊ。地应力的大小和方向都显著影响围岩的变形和破坏特征。煤岩体应力场的形成则相对复杂，目前很难用函数表达，只能通过实测得到应力值，指导工程实践。目前，最常用的井下地应力测试方法有应力解除法和水压致裂法Ｊ。煤炭科学研究总院开采
第１８卷第３期（总第１１２期）
２０１３年６月
煤
矿开
采
Ｖｏ１．１８Ｎｏ．３（ＳｅｒｉｅｓＮｏ．１１２）
Ｊｕｎｅ２０１３
ＣｏａｌｍｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
设计研究分院开发出适用于井下的小孔径多参数地
ｉｆｅｌｄｏｆｔｈｉｓａｒｅａｗａｓｔｅｃｔｏｎｉｃｓｔｒｅｓｓｉｆｅｌｄａｎｄｈｏｉｒｚｏｎｔａｌｓｔｒｅｓｓｗａｓｍａｊｏｒｐｉｒｎｃｉｐａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅａｒｅａｂｅｌｏｎｇｅｄｔｏｍｅｄｉｕｍ— ｌｏｗｇｅｏ－ｓｔｒｅｓｓ

不同地应力下巷道应力分布规律的数值分析

（2）试验模型。由于开挖深度较大，隧道位置原始岩石应力可视为一个固定值，而忽略了围岩重力的影响。挖掘岩体内的隧道时，巷道的应力重分布是有限的，而不是无限的。通过弹性理论分析和现场试验，隧道的应力应变仅为隧道宽度的 3 倍~5 倍。因此，本文设计的模型边界宽度是开挖巷道宽度的 5 倍。模型尺寸为 20m×20m，巷道宽度 4m，墙高 2m，隧道半圆半径 2m。 2.2.2 模拟试验结果
（1）模型尺寸及模拟材料的选取。根据相似理论，模型设计尺寸长×高×宽=300mm×300mm×100mm，矩形巷道断面尺寸长×高=40mm×30mm，高跨比 0.75，模型边界条件为 3~4 倍巷道宽度，竖向模拟地应力的大小，模型两侧采用刚性约束，模拟不同强度巷道围岩的应力-应变分布规律。
模型材料配比分别为：水泥∶砂子=1∶1、1∶3、1∶5，相对应的强度等级分别为 54MPa、31MPa、17MPa。
2 不同形状巷道应力分布规律 2.1 半圆拱形巷道
2.2.1 半圆拱形巷道的数值模拟试验描述（1）试验条件。对于大多数岩体，它可以被看作是一种弹
塑性介质。在一定的应力水平下，它将表现出线弹性的特征。如果你超过这个限制，它就是弹性塑料。然而，对于大多数脆性岩石来说，它们所反映的应力和应变曲线都非常小。在岩石本身脆弱之前，岩石本身可以被看作是近线弹性。本文研究了岩石的应力分布，假定岩石是各向同性的，连续的和均匀的。在此基础上，采用有限元方法进行数值分析。采用数值模拟软件，根据平面应变原理建立巷道模型。假设原岩在垂直方向上的应力值为 1,原岩上的侧压系数 λ 可以依次取值：0.2、0.4、0.6、一直到 2.4。处于不同的三侧压系数的作用情况下，可以很容易的对巷道围岩上的每一个重要点上的应力进行推测,然后从其中得出应力与侧压系数之间的变化规律。

简述地壳浅部地应力分布的基本规律。

地壳浅部地应力分布是衡量地质构造特征及变形活动状况的重要参数。

基本
规律是，垂直于大地测量线方向、自上层向下层逐渐减小，垂直于大地测量线方向
的水平应力沿垂直方向轴转弯，沿大地测量线方向呈放射状，水平应力在陆地上最
大、在海洋深层最小；在同一应力场中，地壳内部应力在垂直于大地测量方向的水
平方向，由地壳内层向地壳外层轴向加大；在综合应力场中，考虑到空间变异性，
地壳内地应力存在横向对称性，受活动断罵直接影响地应力最大，其次在环状大陆、
大断裂带及陆块边缘。

除了以上主要规律，地壳浅部地应力的特殊特征，是由地表
断层发生的构造、伸展、挤压及抬升等运动形成的，也是构成地质构造复杂性的根
本原因。

因此，地壳浅部地应力的定量分析和理论研究对深入了解地质构造及地球运动
变形的机理，及早预测、避免、阻止地质灾害，具有重要的现实意义。

故根据地壳
浅部地应力分布规律，不断深入研究了解地质构造及地震活动状况，分析各种综合
地质状况及地应力场，以期更好地把握大地构造特点，有助于更好地保护人民生命
安全，促进自然资源开发利用及科学研究。