第1章构造应力场
矿山岩石力学(前5章)答案.docx
第一章习题答案1 （1）B 岩体是岩石和结构面组成的，対这2组成部分无主次之分;（2） D2 （1）基木研究内容：以地压为核心，从地压显现入手，研究岩体强度、变形，判定稳定 性，制定地压控制措施（2） 岩石、岩体的关系：分别叙述岩石、岩体的概念，再说明岩体是由岩石和结构面组 成的，复存在一定地质环境（地应力、地温、地下水）中（3） 联系：岩体是由岩石、结构面组成的。
区别：岩体中有各种结构面，还赋存在一定 地质环境屮；岩石是从地质环境屮取出的岩块，无贯通结构而，无原岩应力——地应力等（4） 冇原岩应力，结构面的不连续、不均匀、各向异性和不可确定性，是残余强度第二章习题答案 1 (DC(2) C (3)A (4)D (5) B (6)D (7) B (8) C (9) C (10) D (11) B2 (1) P24 2.2 下的笫三段 儿组大括号 (2) p70 4段标题(3) P40-45 (4) 随1节1压增人，岩石的强度增人， 岩石逐渐从脆性变成延性线弹性体厂完全弹性体 Y特例：滞弹性体非线弹性体Y（5）弹性体YJ 非完全弹性体（6） 74-77作图方法：单轴抗拉、抗压圆作公切线；一组三轴试验值作莫尔圆画包络线; 变角剪切试验作莫尔圆的包络线（7） P18-20容重与密度、孔隙率、吸水性（8） 广义地说，泊松比取值可以大于等于0.5。
0.5时是净水压力状态；大于0.5、小于1 是构造应力场的环境，水平应力大于垂直应力；大于1时是温度应力的场所，如受压的冰块 冻融，垂直受压，水平受拉的。
在矿山岩石力学的狭义环境——重力应力场环境，不存在泊 松比人于等于0.5的情况。
（9） 巴西圆盘试验是纵向压缩而导致横向受拉，力学原理及公式、图见P33（10） 不一定，可能像巴西圆盘试验+横向拉伸，效果都是显现单向的横向拉伸破坏（11） P49（12） 按图2.74,熟练应用圆与切线等的平面儿何去证明（13） 本构关系：表示岩体应力应变关系的数学表达式，有经验模型、微分方程（14） 图2.74,左边圆与横轴的交点——单向抗拉；莫尔库伦曲线与纵轴的交点——纯 剪切；右边通过圆点的圆与横轴的交点——单向抗压；右边不通过圆点的圆与横轴的交点一 —三轴压缩；圆点右边横轴上的任意一点——三向等压；圆点左边横、莫尔库伦1111线与横轴 交点的右边横轴上的任意一-点——三向等拉；莫尔库伦1111线与横轴交点——三向等拉破坏， 其左侧的点都表示三向等拉破坏。
构造地质学复习资料
构造地质学复习资料构造地质学Structural Geology第⼀节构造地质学的内涵、构造尺度以及构造变形场1. 构造地质学的内涵地质学的基础学科之⼀，主要研究组成类地⾏星（地球、⽔星、⽕星、⾦星）及其卫星的岩⽯、岩层以及岩体在⼒的作⽤下形成的各种变形(deformation)的构造样式(structural style)、组合型式(structural group patterns)和形成过程(process)，以及作⽤⼒的⽅式(mechanism)和⽅向(direction)；2.构造尺度(tectonic scale)：主要指构造的规模1）巨型构造、⼤型构造、中型构造、⼩型构造、微型构造、超微构造2）显微构造学、构造地质学、⼤地构造学、板块构造学、全球构造学等构造地质学⼀般以露头-区域尺度上的中、⼩型构造为主要研究对象巨型构造(megatectonics)：⼭系和区域性地貌的构造单元⼤型构造(macrostructure)：区域构造单元中的次级构造单元如川东褶皱带中型构造(mesoscopic structure)：⼀个地段上的褶皱和断层，在1:5万或更⼤⽐例尺上可见其全貌⼩型构造(minor structure)：出露于露头和⼿标本上的构造微型构造（microstructure）：偏光显微镜下显⽰的构造超微构造(ultrastructure)：电⼦显微镜下显⽰的构造3.构造变形场(tectonic deformation field)：某⼀主导构造应⼒作⽤形成的形变及其在空间上的分布。
1) 伸展构造（extensional tectonics）：⽔平拉伸形成的构造。
如裂⾕、地堑-地垒、盆岭构造、变质核杂岩等。
2)压缩构造(compressional tectonics)：⽔平挤压形成的构造。
如褶皱、逆冲推覆构造等。
3)⾛滑构造(strike-slip tectonics)：沿直⽴剪切⾯⽔平滑动、位移形成的构造。
第1章-水力压裂
作用: Ø传递压力； Ø起裂和延伸裂缝； Ø携砂。
前置液
起缝、延伸裂缝、冷却
按
作
携砂液
延伸裂缝、悬砂
用
分
顶替液
顶替砂浆
对压裂液的要求: Ø与地层配伍； Ø有效悬浮和输送支撑剂； Ø滤失少； Ø摩阻低； Ø低残渣； Ø易返排； Ø热稳定性； Ø抗剪切稳定性。
一、压裂液类型
各种压裂液所占的比例
增能气 体, 25%
第一章 水力压裂
内容提要
Ø水力压裂造缝机理 Ø压裂液 Ø支撑剂 Ø水力压裂延伸模拟 Ø支撑剂输送 Ø水力压裂评价与设计 Ø压裂工艺技术
压裂:
hydraulic
分类: fracturing
水力压裂:利用地面高压泵组，以超过地层吸收能力 的排量将高粘压裂泵入井内而在井底产生高压，当 压力克服井壁附近地应力并达到岩石抗张强度时， 就在地层产生裂缝。继续泵注带有支撑剂的压裂液， 使裂缝继续延伸并在其中充填支撑剂。停泵后，由 于支撑剂对裂缝的支撑作用，在地层中形成足够长 的、有一定导流能力的填砂裂缝，从而实现油气井 增产和水井增注。
' w
0.5m A
修正：
cw
cw'
p f pa
1 2
用途:静态滤失系数 用于筛选评价压裂液
用途:动态滤 失系数为压裂 设计提供参数
2.受压裂液粘度控制的滤失系数
假设条件: Ø侵入符合达西定律； Ø活塞驱动
压裂液的实际滤失速度：
va
dL0.058Kp
dt
f L
积分求L，回代达西定律
12
v0.05K 8 f Lp0.17K ftp
牛顿型：
圆管稠度系数：
Kp
构造地质学名词解释
名词解释第一章绪论地质构造：组成地壳的岩层或岩体在内、外动力地质作用下发生的变形，从而形成诸如褶皱、节理、断层、劈理以及其他各种面状和线状构造等。
第二章沉积岩层的原生构造及其产状层理:通过岩石成分、结构和颜色在剖面上的突变或渐变所显现出来的一种成层构造。
有：平行层理，波状层理，斜层理几个概念：岩层、沉积岩层、层面（顶面、底面）、厚度、原生构造。
岩层与地层概念的区别岩层的产状要素走向：岩层面与水平面相交的线叫走向线。
倾向：岩层最大倾斜线在水平面上的投影方向。
倾角：岩层最大倾斜线与水平面的夹角。
整合：上、下两套地层层序没有间断。
不整合：上、下两套地层层序有间断，有地层缺失1.平行不整合：表现为上、下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层之间缺失了一些时代的地层。
2.角度不整合：上、下两套地层之间既缺失部分地层，产状又不相同第三章地质构造分析的力学基础外力：对于一个物体来说，另一个物体施加于这个物体的力，有面力和体力。
内力：是同一物体内部各部分之间的相互作用力。
分固有内力和附加内力。
应力：作用于单位面积上的内力。
应力场：一系列点的瞬时应力状态均匀应力场、非均匀应力场构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态规模上：局部构造应力场、区域构造应力场、全球构造应力场时间上：古构造应力场、现代构造应力场应力轨迹：表示构造应力场中主应力和最大剪应力的作用方位的应力迹线应力集中：在均匀应力场中局部的应力异常增大现象应力集中一般出现在以下部位：断裂的端点、拐点、分枝点、错列点和待交会点及空洞周围等。
光弹实验和数值计算可以显示出应力集中现象。
均匀变形：岩石的各个部分的变形性质、方向和大小都相同的变形称为均匀变形。
非均匀变形：岩石各点变形的方向、大小和性质变化的变形称为非均匀变形。
线应变：单位长度的改变量横向线应变/纵向线应变=泊松比泊松比<=0.5弹性变形：岩石在外力作用下发生变形，当外力解除后，又完全恢复到变形前的状态，这种变形称为弹性变形。
构造地质学(山东联盟-中国石油大学(华东))智慧树知到答案章节测试2023年
第一章测试1.构造地质学的研究对象是A:地质构造B:褶皱C:断层D:节理答案:A2.造山带属于A: 全球构造B: 大型构造C: 中型构造D: 小型构造答案:B3.大型建筑的施工是工程问题，与构造无关。
A:错B:对答案:A4.构造地质学研究以时间为线索地质构造的A: 运动学B: 古环境C: 几何学D: 动力学答案:ACD5.构造地质学的研究方法包括_____等。
A:磁力勘探B:遥感技术C:重力勘探D:地震勘探E:野外地质调查F:GPS技术答案:ABCDEF第二章测试1.视倾斜线与其在水平面上的投影线间的夹角称（）A:倾角B:倾伏角C:视倾角D:侧伏角答案:C2.直立岩层在地质图上的地质界线表现为（）A:与地层等高线平行B:封闭曲线C:直线状D:不确定答案:C3.岩层产状和厚度不变,若坡向与倾向相同,当坡角越接近傾角时,则露头宽度（）A:越大B:不确定C:无变化D:越小答案:A4.两套地层间接触关系反映的构造演化过程为.下降沉积——褶皱、岩浆侵入并遭受剥蚀——再下降沉积,其接触关系为（）A:角度不整合B:平行不整合C:假整合D:整合答案:A5.下列选项中不足以说明不整合存在的是（）A:轻微褶皱B:古风化壳C:强烈地震D:底砾岩答案:A6.野外测量某一单斜岩层走向为330°，倾向北东，倾角45°，其产状用方位角表示法表示为（）A:N60°E<40°SE>B:SE35°/70°NEC:N30°W/25°SWD:60°∠45°答案:D7.在垂直单斜岩层走向的剖面上岩层视倾角（）真倾角。
A:等于B:不确定C:小于D:大于答案:A第三章测试1.物体中过一点正交截面上（）个分量决定一点应力状态A:18B:9C:6答案:C2.在进行点应力状态表征时，一般选取一个体积趋于零的A:长方体B:八面体C:立方体D:十面体答案:C3.截面上，正应力随着（）的变化而变化，对其求导可得到应力极值A:合应力B:截面法线方向C:截面法线与Ｘ轴的夹角D:剪应力答案:C4.通常，规定立方体六个面上受到的三对正应力大小顺序是？A:σ2>σ1>σ3B:σ2>σ3>σ1C:σ１>σ２>σ３D:σ3>σ２>σ1答案:C5.以主应力矢量σ1、σ2与σ3为半径所作的一个椭球体，用来代表作用于该点的应力状态。
工程地质学课件 01工程地质条件成因演化论
第一章 工程地质条件成因演化论
冲积平原：
地质结构及岩性：距地表一定深度内广泛分布的是由各 种砾、砂、粘性土互层组成的松软土体，强度低，易于变形。 地质结构简单，主要形成各类土层的组合关系。地表开阔、 平坦，往往有各种型式河流阶地或埋藏古河床。
地下水：多为埋藏浅的孔隙潜水或层间水，粗砂、砾石 层中客（贮存）水，且水质良好可作为良好的供水水源，过 量抽取会产生地面沉降。
工程地质问题 天然建筑材料
崩塌、滑坡、泥石流广泛 发育，且规模往往很大。
石料、粗骨料丰富 细骨料、土料贫乏
除阶地斜坡有小型滑坡发育外， 其它外生地质灾害不发育； 如有埋藏型碳酸盐岩，可伴有地 面塌陷； 若有隐伏活动断裂，则伴有地震。
土料及细骨料丰富 粗骨料贫乏、缺乏石料
第一章 工程地质条件成因演化论
第一章 工程地质条件成因演化论
2）内动力地质作用控制着外动力地质作用的性质和强度
年轻褶皱山系的强烈的隆起， 以强烈剥蚀作用为主， 隆起愈强，剥蚀愈强。 如有地表水系，河流必然深切侵蚀。
裂谷或断陷盆地地带， 以堆积作用为主， 下陷愈深，堆积作用愈强，所形成的堆积体愈厚。
第一章 工程地质条件成因演化论
外动力 地质作用
风化作用 剥蚀作用 搬运作用 沉积作用 固结成岩作用
第一章 工程地质条件成因演化论
年轻隆起的高原边缘或近代褶皱山系， 河流强烈下切→高山峡谷
山间断陷，
河流或湖泊的沉积作用→山间盆地
近期只有轻微隆起的古老褶皱山系或稳定地台， 河流的剥蚀、夷平和沉积作用→准平原及冲击平原
河口地带，
下陷和迅速沉积→河口三角洲
③膨胀土 主要分布于中南各省，如湖北、四川、云贵、 广西、陕南、安徽等处。基性火山岩、中酸性火山岩、泥岩、 粘土岩及页岩的风华产物，残积、坡积成因，多形成湿润的暖 温带及亚热带。
构造地质学考试名词解释
第一章绪论1.地质构造指组成地壳的岩层或岩体在内、外动力地质作用下发生变形和变位，如褶皱、节理、断层、劈理以及各种线理和面理构造等。
2.构造地质学研究地质构造的一门分支学科，主要研究由内动力地质作用形成的各种地质构造。
3.构造尺度在对地质构造进行观察研究时，可按规模大小划分为许多级别，称为构造尺度。
第二章4.岩层由两个平行或近于平行的界面所限制岩性基本一致的层状岩体叫做岩层，由沉积作用形成的岩层叫沉积岩层。
5.岩层的产状岩层的空间产出状态，常采用岩层面的走向、倾向和倾角三个要素的数值来表示。
6.走向岩层面与水平面相交的线叫走向线。
走向线两端所指的方向即岩层的走向。
7.倾向层面上与走向垂直并沿斜面向下所引的直线叫真倾斜线，倾斜线在水平面上的投影线所指的方向，就是岩层的真倾向，简称倾向。
8.倾角层面上真倾斜线与其在水平面上的投影线的夹角。
9.视倾向在层面上凡与该点走向线不直交的任一直线均为视倾斜线，其在水平面上投影线所指的倾斜方向，叫视倾向或假倾向。
10.视倾角视倾斜线和它在水平面上的投影线之间的夹角，叫视倾角或假倾角。
11.真倾角岩层的倾斜线及其在水平面上的投影线之间的夹角就是岩层的倾角，又称真倾角。
12.真厚度真厚度是指岩层顶、底面之间的垂直距离。
13.视厚度在与岩层走向斜交的剖面上或在与岩面不垂直的任何方向的非直立剖面上测得的顶、底界线之间的垂直距离都是视厚度。
14.“Ｖ”字形法则倾斜岩层露头界线分布形态较复杂，表现为与地形等高线呈交切关系，并有一定规律，即当其横过沟谷或山脊时，均呈“Ｖ”字形态，根据岩层产状、地面坡向和坡度角不同，“Ｖ”字形形态也有所不同，这种规律称为“Ｖ”字形法则。
15.露头宽度岩层顶、底面出露界线之间的垂直距离。
16.整合接触上、下地层在沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都是一致的或递变的，其产状基本一致，它们是连续沉积形成的。
17.不整合接触上、下地层间层序有间断，先后沉积的地层间缺失了某些地层。
构造地质名词解释
主应力轴——应力椭球体的三个主轴
应力椭圆——沿三个主应力平面切割椭球体的三个椭圆
三轴应力状态——主应力σ1、σ2和σ3均不等于零的应力状态
双轴应力状态——两个主应力值不等于零，而另一个主应力值为零的应力状态
单轴应力状态——其中只有一个主应力值不等于零另外两个主应力均等于零的的应力状态
倒转褶皱——轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，一翼的地层倒转
平卧褶皱——轴面近水平，一翼地层正常，另一翼地层倒转
翻转褶皱——轴面弯曲的平卧褶皱
以上以产状分
对称褶皱——褶皱的轴面与褶皱包络面垂直，而且两翼的长度和厚度也基本相等
不对称褶皱——褶皱的轴面与该褶皱的包络面斜交，而其两翼的长度和厚度不相等
侧伏方向——构成侧伏角的走向线的一端的方位
褶皱中间面——当褶皱为规则的周期性波形时，其拐面正位于两包络面正中
第二节
圆柱状褶皱——从几何学观点，把具有由一条轴线平行自身转移而形成弯曲面的这种几何形状的褶皱
直立褶皱——轴面近直立，两翼倾向相反，倾角近相等
斜歪褶皱——轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等
摩尔剪切破裂准则——相当多的材料的内摩擦角并不是一定的常数 方程为：τn=
f（σn）
应变椭球体——当物体或岩石发生均匀变形时内部质点的相对位置将发生变化，设想物体或岩石变形前内部某一点为一小圆球体，变形后这个圆球体就会变成一个椭球体
逆变椭球体——变形前为一椭球，变形后这个椭球变成了球体
纯剪应变（无旋转变形）——应变椭球体中两个主轴的质点线在变形前后具有同一方位
增量应变（瞬时应变）（无限小应变）——它代表历史的某一瞬间时正在发生的一个无限小的应变
全量应变（总应变）——它代表在变形历史中某一瞬间的已经发生的应变总和
古构造应力场第一章
能够利用的构造形变可称为具有应力 感的构造，要研究其形成时的应力状态以 及利用其空间产状来反推主应力方向。 要完整地研究构造应力场的演化史， 还必须把构造形变（改造）与岩相古地理 （建造）结合起来进行研究。 构造应力场的模拟研究方法包括各种 物理模拟与数学模拟。 应力方向和应力场强度的表示方法 构造应力场的研究意义
第一章
绪
论
构造研究的三个阶段： ⒈几何学，即形态学，是构造研究的 基础。 ⒉运动学，研究物质运动规律，如位 移方向、位移量等。 ⒊动力学，探索构造形变与应力状态 之间的关系，是构造应力场研究的主要内 容。
直立褶皱
斜歪褶皱
倒转褶皱 平卧褶皱
根据轴面和两翼产状划分的褶皱类型
一、构造应力场的概念
应力(σ )是作用在物体内任意截面的 单位面积(dF)上的内力(dP)。 σ x、σ y、σ z为正应力分量；τ xy 、 τ yz、τ xz为剪应力分量。 当剪应力分量等于零时，三个正应力 分量就称为主应力分量。 用 σ ３、σ ２和 σ １分别表示最大、中 间和最小主压应力轴。
图1-1
用截面法求内力示意图
图1-2
单元微分体各截面应力分量示意图
图1-3主应力示意图应力法定计量单位为Pa或MPa。 1MPa(兆帕斯卡)=106Pa(帕斯卡) =10bar(巴)≈10atm(大气压) ≈10kg/cm2 表述应力状态的常用术语：三向应
力、二向应力、单向应力；普通应力、 轴向应力、静岩应力。
地应力是地球内部应力的统称。 动态的地应力是指作短周期变化的应 力,如地震波引起应力波动,还有引潮力、 极移、短期自转速率变化等引起的应力变 动。它们积累不起来，对于构造运动可能 有触发作用，但不足以推动构造运动。 静态的地应力是指由重力和长期构造 运动所造成的应力。 本书只讨论静态应力。
第一章岩石性质
状的性质。
E
岩石的塑性是指在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形 状和尺寸的性质。
1）蠕变：是指在恒定载荷持续作用下，应变随时间变化而增 长的现象称蠕变。
2）后效弹性变形：是指岩石在弹性变形阶段，卸载以后，有 一部分变形立刻恢复，还有一部分变形不能立刻恢复，但是经 过一定时间仍能完全恢复。这部分变形，不是塑性变形，这种 现象称为后效弹性变形。
岩石名称
煤
细砂岩
砂岩类
中砂岩 粗砂岩
粉砂岩
砾岩类
砂砾岩 砾岩
页岩类
砂质页岩 页岩
灰岩类
石灰岩
抗压强度 50～500 1060～1460 875～1360 580～1260 370～560 710～1240 820～960 490～920 190～400 540～1610
抗拉强度 20～50 56～180 61～143 55～119 14～25 29～99 41～120 40～121 28～55 79～141
软岩层
3.比较坚硬的块状岩层，Rb=40～60 MPa
围岩能维持一个月以上稳 定, 有时会产生局部岩块 掉落
砂岩、砂质页岩、粉砂 岩、石灰岩、硬质疑灰 岩
Ⅳ
稳定性较 差岩层
1.较软的完整岩层，Rb＜20 MPa 2.中硬的层状岩层
3.中硬的块状岩层，Rb=20～40 MPa
围岩的稳定时间仅有几天
页岩、泥岩、胶结不好 的砂岩、硬煤
岩石的碎胀性是指岩石破碎以后的体积将比整体状态下的体积增大 的性质。两种状态下的体积比称为碎胀系数，用α来表示，按下式计算：
V" V0
——岩石的碎胀系数；
V″——岩石破碎膨胀后的堆积体积（m3）
《应力场分析与裂缝预测》第3章-1古构造应力场的主应力方向分析
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（2）求σ1-σ3 所在平面的产状 设σ2 的方位为ωσ2 ∠ δσ2 , σ1-σ3 所在平 面的产状为 Φ13 ∠θ13 , 则: Φ13 = arctg ( -ｍ/-ｌ) θ13 = arcos [ｎ/ (12 + m2 + n2 )1/2 ] 其中 (ｌ,ｍ,ｎ) 为σ1-σ3 所在平面的空间坐标： l = - cosδσ2· cosωσ2 ｍ= - cosδσ2 · sinωσ2 ｎ= sinδσ2
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4．根据磁组构分析
原 理： 岩石 磁化率椭球 形状与应力 作 用方 式有 关 ，从而使磁化率椭球可以成为应力作用的指示器。 主磁化率方向与主应力方向关系： K1∥（1+e1） K2∥（1+e2） K3∥（1+e3） K1 ， K2 ， K3 为 主 磁化率 （ K1 ＞ K2 ＞ K3 ），主应 变(1+e1) ＞(1+e2)＞ (1+e3)，e1，e2，e3是主伸长。 反映岩石 磁组构的最小磁化率主轴方向与构造应力 场的最大主压应力方向一致。
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数学算法
（1）求中间应力σ2 设 断 层 面 产 状 为 Φt ∠θt , 断面 上擦痕侧 伏角为βt , σ2 的产状为ωσ2∠δσ2 , 则: δσ2 = arcsin ( sinβt · sinθt ) ωσ2 = Фt - arcsin ( cosβt / cosδσ2 )
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构造地质学名词解释
名词解释第一章绪论地质构造：组成地壳的岩层或岩体在内、外动力地质作用下发生的变形，从而形成诸如褶皱、节理、断层、劈理以及其他各种面状和线状构造等。
第二章沉积岩层的原生构造及其产状层理:通过岩石成分、结构和颜色在剖面上的突变或渐变所显现出来的一种成层构造。
有：平行层理，波状层理，斜层理几个概念：岩层、沉积岩层、层面（顶面、底面）、厚度、原生构造。
岩层与地层概念的区别岩层的产状要素走向：岩层面与水平面相交的线叫走向线。
倾向：岩层最大倾斜线在水平面上的投影方向。
倾角：岩层最大倾斜线与水平面的夹角。
整合：上、下两套地层层序没有间断。
不整合：上、下两套地层层序有间断，有地层缺失1.平行不整合：表现为上、下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层之间缺失了一些时代的地层。
2.角度不整合：上、下两套地层之间既缺失部分地层，产状又不相同第三章地质构造分析的力学基础外力：对于一个物体来说，另一个物体施加于这个物体的力，有面力和体力。
内力：是同一物体内部各部分之间的相互作用力。
分固有内力和附加内力。
应力：作用于单位面积上的内力。
应力场：一系列点的瞬时应力状态均匀应力场、非均匀应力场构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态规模上：局部构造应力场、区域构造应力场、全球构造应力场时间上：古构造应力场、现代构造应力场应力轨迹：表示构造应力场中主应力和最大剪应力的作用方位的应力迹线应力集中：在均匀应力场中局部的应力异常增大现象应力集中一般出现在以下部位：断裂的端点、拐点、分枝点、错列点和待交会点及空洞周围等。
光弹实验和数值计算可以显示出应力集中现象。
均匀变形：岩石的各个部分的变形性质、方向和大小都相同的变形称为均匀变形。
非均匀变形：岩石各点变形的方向、大小和性质变化的变形称为非均匀变形。
线应变：单位长度的改变量横向线应变/纵向线应变=泊松比泊松比<=0.5弹性变形：岩石在外力作用下发生变形，当外力解除后，又完全恢复到变形前的状态，这种变形称为弹性变形。
构造应力场模拟——有限元理论、方法和研究进展
构造应力场模拟——有限元理论、方法和研究进展张胜利【摘要】采用有限元数值模拟方法对构造地质问题进行描述和定量化求解是当前地质学领域的研究的一个热点,在近10年以来取得了重要进展,形成了比较完整的理论和技术体系,并在一些典型的地质构造带获得了重要的研究成果.本文以有限元数值模拟方法理论作为出发点,总结分析了国内外有限元数值模拟方法在构造应力场领域的研究进展情况和技术方法,并讨论了其目前存在的问题和未来发展方向.【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2010(032)004【总页数】6页(P405-410)【关键词】构造应力场;数值模拟;有限单元法【作者】张胜利【作者单位】五邑大学信息学院,广东,江门,529020;中科院广州地化所,广东,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】P315.12Abstract：The Finite Element Method（FEM）has been used in the study of tectonic stress field for a long time，and the essence of numerical modeling has been adopted to the well－established numerical methods of multidisciplinary acknowledge including mathematics，physics andmechanics for studing characters of geological tectonics.In the last decade，great advances have been made on the numerical simulation method，not only an integrated theory has been built up，but also some significant results have been born from several typical tectonic belts.So the FEM becomes one of the most important numerical methods in the study of tectonic stress field.In this paper，taking theory of FEM as a springboard，the new progress and methods in this field at home and abroad is summarized and analyzed.Some problems and prospect of the researching on the field is also given.Key words：Tectonic stress field；Numerical model；Finite element method地壳中的各种地质构造都是岩石受力发生变形的产物，它们的产生和发展必然也受力学规律的支配。
《构造地质学》课程笔记
《构造地质学》课程笔记第一章绪论一、构造地质学的内涵和构造规模1. 构造地质学定义：构造地质学是地球科学的一个分支，它专注于研究地球岩石圈的结构、构造、形成过程、演化历史以及控制这些过程的动力学机制。
它涉及从微观到宏观尺度的地质现象，包括地层、岩体、断裂、褶皱等。
2. 研究内容详述：（1）地质体的形态、产状、规模和组合特征：研究不同类型地质体的外部形态、空间排列、大小和相互之间的组合关系，如断层、褶皱、节理等。
（2）地质体的形成、演化和改造过程：探讨地质体从形成到改造的整个地质历史过程，包括构造运动、岩浆活动、变质作用等。
（3）地质体之间的相互关系及其在地球动力学过程中的作用：分析地质体之间的相互作用，以及它们在板块构造、地壳运动等地球动力学过程中的角色。
3. 构造规模划分详述：（1）大型构造：涉及整个板块或大陆规模的构造，如板块边界、地槽-地台、造山带等。
（2）中型构造：介于大型和小型构造之间，如区域性的褶皱带、断裂带、火山带等。
（3）小型构造：在更小的尺度上，如单个褶皱、断层、节理、面理等。
二、地质构造的类型和关系1. 地质构造类型详述：（1）原生构造：在岩石形成过程中直接形成的构造，如层理、波痕、泥裂等沉积构造。
（2）次生构造：岩石形成后，在后期地质作用下形成的构造，如褶皱、断层、节理等。
（3）复合构造：原生构造和次生构造相互叠加、改造形成的复杂构造，如叠加褶皱、复合断层等。
2. 地质构造之间的关系详述：（1）成因关系：不同构造之间的成因联系，如断层活动可能导致褶皱的形成。
（2）时间关系：不同构造形成的时间顺序，如先形成断层，后形成褶皱。
（3）空间关系：不同构造在空间上的分布和排列方式，如断层与褶皱的相互切割关系。
三、构造分析的基本方法1. 地质观察详述：（1）观察地质体的形态、产状、规模、组合特征：通过野外实地观察，记录地质体的各种特征。
（2）使用地质罗盘、GPS等工具进行精确测量：测量地质体的产状、方位等参数。
构造地质学考点
第一章 绪 论
1 地质构造
构造运动产生的岩石和岩层中的变形、变位的几何形貌形迹叫地质构造。
2.构造地质学的研究对象及内容
构造地质学研究内容包括构造的几何形态、组合型式、形成机制及其演化进程，探讨构造作用力的方向、方式和性质。主要为：
1）研究地质构造的几何形态 2）研究地质构造的产状 3、地质构造的空间尺度
1）弯滑褶皱作用
弯滑作用指一系列岩层在侧向挤压作用中通过层间滑动而发生弯曲成为褶皱的作用。
其特点如下：
(1) 在发生纵弯褶皱的一套岩层中, 各单层有各自的中和面, 而整个褶皱没有中和面。
(2) 纵弯褶皱作用引起的层间滑动是有规律的, 背斜中各相邻的上层向背斜转折端滑动, 而各相邻的下层则向相反方向——即向相邻的向斜的转折端滑动
5、标志层 （重点）
所谓标志层是指厚度不大、层位稳定、分布广泛,在岩石成分和结构构造或所含化石方面具有明显的特征的岩层。
6、纵弯/横弯/剪切/柔流褶皱作用 弯滑/弯流褶皱作用 （重点）
1）纵弯褶皱作用的概念:
原始水平状态的岩层, 在受到侧向的顺层挤压力的作用后发生褶皱弯曲叫做纵弯褶皱作用。
(1) 三轴应力状态(2) 双轴应力状态(3) 单轴应力状态
4、应力场/构造应力场
1. 应力场:
上面讲述的是物体内一点的应力状态, 任一物体和地壳岩石中都存在一系列点的应力状态，它们构成了物体或岩石中的空间应力场。也就是说, 物体内一系列点的瞬时应力状态叫应力场
褶皱中间面: 位于两相邻包络面正中连接各个褶皱的拐点的联机。
3、轴面/枢纽 （重点）
枢纽: 在褶皱的横剖面上, 同一褶皱岩层的各最大弯曲点的联机叫枢纽。
第一章-油区构造分析的基础知识
下沿σ1方向缩短而沿σ3方向伸长，
总体变形中的最大主收缩应变轴e1始
纯剪切变形
终与最大压应力轴σ1一致、最大主
伸展应变轴e3始终与最大张应力轴
原始状态
σ3一致。
简单剪切变形：指岩石沿着单个剪
切应力方向发生剪切变形，总体变
形中的最大主收缩应变轴e1与最大压 应力轴σ1、最大主伸展应变轴e3与
最大张应力轴σ3不一致，在变形过 程中向同一方向偏转。
致的两个应力分量，即正应力（σ）和剪应力（τ）。
物体内部一点的应力状态是过该点的所有方向的截面 上的应力总体特征。
物体内部一点的应力状态可以包含该点的单元体积表 面3对相互垂直的截面上的应力分量表示。在三维直角 坐标系中，一点的应力状态用 9 个应力分量表示：
σττ
xx
xy
xz
τστ
yx
yy
yz
二、岩层变形方式
岩层变形主要受应力控制，但是变形行为受多种 因素影响
岩层变形一般表现出褶皱和断层等基本样式，变 形方式可以是一次完成、渐进发展或多次变形叠 加。
岩层变形的宏观特征是受微观机制控制的，不同 尺度上的变形特征有一定的自相似性
1. 纯剪切变形与简单剪切变形
纯剪切变形：指岩石在差应力作用
一个区域的应力场特征与该区域的边界条件（包括边 界力、应力或位移等）、内部结构条件（包括岩层力 学性质、几何形态等）等有关。
即使边界条件基本不变，在应力场作用下岩层会发生 变形，形成地质构造。而随着地质构造的演化，岩层 内部的结构条件也发生了变化，相应的应力场特征也 会发生变化。
4. 位移
物体从原始位置经过一段时间后达到新的位置，这种 起止位置的差异称为位移（displacement），而位移 的过程称为运动（motion）。
构造应力分析
构造应力分析应力分析是工程学中非常重要的一环，它可以帮助工程师们更好地了解和评估结构在不同力的作用下的行为和性能。
应力分析可以通过使用数学模型和工程计算方法来推导和预测结构的应力分布和变形情况，从而指导工程实践中的设计和优化。
首先，我们需要明确什么是应力。
应力是指单位面积内的力，常用单位是帕斯卡（Pa）或兆帕（MPa）。
应力分为三种类型：拉伸应力、压缩应力和剪切应力。
拉伸应力和压缩应力是由力的作用方向引起的，而剪切应力是由力的切向作用引起的。
应力分析的第一步是确定力的大小和方向。
这通常通过力的矢量分解和平衡方程来实现。
接下来，将力施加到结构上，并根据结构的几何特征和材料的力学性质，应用适当的理论和公式来计算结构的应力分布。
应力分析的一个重要概念是应力集中。
应力集中指的是在结构中存在局部应力增强的区域。
这通常是由于结构几何形状不均匀或应力传递不连续引起的。
应力集中会导致结构的强度降低，容易造成断裂和损坏。
因此，在设计和优化结构时，需要注意减轻或避免应力集中的发生。
应力分析还可以用于确定结构的变形。
变形是指结构由于受力而发生的形状或尺寸的改变。
变形可以通过应用弹性理论和材料力学性质来计算。
通过了解结构的变形情况，可以评估结构的稳定性和刚度，并进行适当的设计和调整。
应力分析在实际工程中具有广泛的应用。
例如，在建筑工程中，应力分析可以帮助工程师们确定房屋或桥梁的载荷承受能力，避免结构的失稳和破坏。
在机械工程中，应力分析可以用于评估机械零件的强度和寿命，以及预测在不同工作条件下的变形量和疲劳破坏。
在进行应力分析时，还需要考虑材料的力学性质。
材料的力学性质包括弹性模量、屈服强度、断裂韧度等。
工程师们需要根据结构要求和实际材料的性能来选择合适的材料，并将其用于应力分析中的计算和预测。
总之，应力分析是工程学中不可或缺的一环。
它可以帮助工程师们更好地了解和评估结构在不同力的作用下的行为和性能。
通过应力分析，工程师们可以指导工程实践中的设计和优化，确保结构的安全和可靠。
《应力场分析与裂缝预测》第3章-1古构造应力场的主应力方向分析
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（3）求断层擦痕产状 设断层的产状为 Φf ∠θf , 断层擦痕的侧伏 角为βf , 产状为ωc ∠σc , 则: σc = arcsin ( sinβf · sinθf ) ωc= Φf – arcsin ( cosβf / cosσc )
通过大量断层擦痕数据的计算机处理和统计 分析，最后可以求出形成擦痕的构造应力场的主 应力优选方位
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正断层
逆断层
平移断层
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（4）其它小构造 容易确定σ1小构造有：劈理、片理、片麻理、构 造缝合线、构造透镜体、石香场构造等； 容易确定σ2小构造有：窗棂构造、杆状构造、皱 纹线理、交面线理等B型线理； 容易确定σ3小构造有：拉长线理、矿物生长线理、 压力影构造等。 （5）遥感图象解析法 遥感图象解析可获取露头区线性构造分布规律， 以此来恢复区域构造应力场，减少野外工作量。
《隧道工程》复习思考题
（教材：覃仁辉、王成主编《隧道工程》重庆大学出版社2001）隧道工程是一门专业性很强的课程，学习过程中注意理论联系实际，建议学习过程中抽时间到已建或在建隧道现场观看，了解隧道结构构造、施工环节和建造过程。
本提纲是以思考题的形式进行复习，同学们只要回答出这些思考题即可达到复习的目的。
学生在学习完各章后，对下列每章的思考题进行解答或思考。
第一章绪论1.什么是隧道？2.隧道在我国交通建设中的地位和作用是什么？3.隧道工程的发展前景和需要解决的难题有哪些方面？ P34.隧道按照用途分为哪些类型？ P55.在我国《隧规》中隧道按照长度分为哪些类型？ P5第二章隧道勘察 (不考？)1.隧道勘察的目的和意义是什么？ P92.初步勘察和详细勘察有何异同？ P153.隧道勘察方法除了收集资料、调查测绘、勘探外，据你所知还有哪些高科技手段和方法可用于隧道勘察？ P94.地下涌水和枯水调查的意义是什么？ P195.隧道建筑环境评价的目的是什么？对生态环境有何意义？ P21第三章隧道总体设计1.名词解释：分水岭(p27)、鸡爪地形、越岭隧道(p27)、傍山隧道(p28)、隧道净空(p34)、隧道建筑限界(p34)、隧道行车限界、墙效应、仰拱、隧道衬砌p39、隧道内轮廓线p39、隧道外轮廓线p39、隧道实际开挖线 p392.越岭隧道选址要考虑哪些原则p28？傍山隧道选址要考虑哪些原则？ P283.隧道主体建筑物和附属建筑物各包括哪些项目？ P324.隧道平面设计的原则是什么？ P325.曲线隧道有哪些不利因素？p326.隧道纵坡有哪些类型？p33控制隧道纵坡大小的主要因素是什么？ P337.隧道接线要注意什么问题？ P388.如何拟定圆形p40、直墙式、曲墙式隧道衬砌内轮廓线？9.在什么情况下需要设置仰拱？p4010.圆形衬砌、直墙式衬砌、曲墙式衬砌各适用于何种围岩类型？p41第四章隧道结构构造1.隧道洞身衬砌有哪些类型？p78各适用于何种场合围岩？p782.初期支护和二次支护的作用是什么？p80在其间设置隔离层有何作用？ (隔水层)3.不宜采用锚喷衬砌的情况有哪些？p804.隧道洞门有哪些类型、适用条件？ P825.在什么情况下设置明洞？ P876.拱式明洞和棚式明洞各有哪些类型？ P877.你设计施工明洞基础p89和填土p90需重视哪些问题？8.在什么情况下需设置竖井或斜井？ P859.设置竖井或斜井需要考虑哪些问题？ P8410.隧道内装要努力考虑哪些问题？ P9511.隧道内装材料需具备哪些性能？ P9512.隧道路面应具备哪些功能？p96路面材料如何选择和改进？P9613.水对隧道结构有哪些危害？ P9014.隧道综合治水的原则是什么？ P9115.截水、排水和堵水的措施有哪些？ P91第五章隧道围岩分类与围岩压力1.隧道围岩分类的意义是什么？ P532.围岩单一性指标有哪些？P543.围岩综合性指标有哪些？ P554.围岩分类岩性指标选择的原则是什么？ P575.我国公路隧道围岩分类特点是什么？ P596.我国公路隧道围岩分类主要考虑哪些指标因素？7.施工围岩分类有何特点？其分类的评定指标有哪些？8.什么是围岩？什么是围岩压力？9.什么是初始应力场、构造应力场和重力应力场？10.隧道开挖后初始应力场将如何变化？11.确定围岩压力有哪些方法？12.深埋隧道围岩压力如何确定？13.《隧规》深埋围岩压力计算公式的适用条件是什么？14.深埋隧道和浅埋隧道的分界如何确定？15.围岩应力现场量测有哪些方法？16.影响隧道围岩稳定性的自然因素和人为因素有哪些？17.在隧道工程中，如何综合考虑人为因素使功能造价最优？第六章隧道结构计算1.名词解释：共同变形理论、局部变形理论、围岩弹性抗力2.隧道结构计算模型有哪些？3.隧道结构上的主要荷载有哪些？附加荷载有哪些？4.对半衬砌的隧道结构计算作了哪些简化假定？5.写出隧道半衬砌计算的力法正则方程式。
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二、应力场的主要研究内容
应力场的定时、定向和定量 定时：分期、存在的时代 定向：三个主应力方向 定量：三个主应力大小
应力场的分布规律与地应力剖面 应力场在油气勘探和找矿中的应用 地应力在油气田开发和地质工程中的应用
3．1994-1997年开展《地应力测量技术及其在油田 勘探开发中的应用》全国性攻关研究：
（1）多种地应力测量、计算、模拟、解释技术方 法（地震局、地质力学所、北大）；
（2）储层裂缝延伸方位、密度测量技术与方法 （石油大学）；
（3）地应力场演化与油气运移、聚集（石油大学、 地震局、地质力学所）；
（4）地应力与油田开发（辽河、北京院、廊坊分 院、石油大学、大庆石油学院、胜利）。
学时 3 2 5 3 9 5 2 32
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一、应力场的基本概念 二、应力场的主要研究内容 三、应力场的主要研究方法 四、应力场的研究现状与主要进展 五、应力场的研究意义 六、储层裂缝的相关概念 七、储层裂缝研究的内容与方法 八、储层裂缝的研究意义
提出了运用节理、断层和褶轴等构造变形形迹， 恢复构造应力场的地质方法。
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3．70年代为显微分析大发展阶段：
70年代，随着显微测试技术的发展，提出了许多 构造应力场研究的显微技术方法，使构造应力场的 研究逐渐深入半定量阶段。
2．差应力值从构造活动强烈的板块边缘向内部明 显减弱。
3．现今地应力的主应力为压应力，一个主应力基本 垂直，另外两个主应力基本水平。
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4．垂直应力随深度呈线性增加，垂直应力和水平 应力大小关系存在一个临界深度，在这个深度以 下，水平应力不再大于垂直应力。
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五、应力场的研究意义 理论意义：探讨岩石圈构造动力学机制 预测地下构造的分布规律 构造流体动力学 （Structure Fluid Dynamics) 实际意义：地质工程稳定性评价、地震预报、
矿山设计、找矿（水）探矿、石油勘探与开发、钻 井工程稳定性评价等
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地壳中岩石的应力状态表示为：
∆x
=
1
υ −υ
ρ
g
z
+
1
E −υ
2
(e x
+υ
e
y)
−
αE 1−υ
(T
−
T
0)
−
p
∆y
=
1
υ −υ
ρ
g
z
+
E 1−υ
2
(e
y
+υ
e x)
−
αE 1−υ
(T
−
T
0)
−
p
∆z = ρ
应力场分析与裂缝预测
课程编号：011056 课程性质：学位课
学分：2.0
学时：32
适应专业：构造地质学、地质工程、
矿产普查与勘探、油气田开发工程
主讲教师：曾联波 教授
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课程内容 第一章 概 论 第二章 现今地应力测量技术 第三章 古构造应力场分析 第四章 应力场在油气勘探中的应用 第五章 储层裂缝及其预测 第六章 地应力与裂缝在油气田开发中的应用 讨论 合计
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四、应力场的研究历史与现状
（一）现今地应力研究概况（工程和岩石力学） 1．20-30年代为提出和创立阶段： 1912年瑞士Ham提出地应力概念（相当于静岩应力）； 1932年美国首次用解除法在鲍尔德水坝建设中大胆实测。 2．50-70年代为各测试方法发展阶段（目前近20种方法）： 1964年南非Leeman提出井径崩落法； 1977年美国Haimson提出水力压裂法； 70年代Shlumberge测井公司提出测井解释方法； 3．80年代中期以来为广泛应用阶段： 矿山设计（甘肃金川金矿）、水坝、电站（二滩、三峡）、
盆地内部古构造应力场研究较少，尤其是盆地内部 三维空间古构造应力场研究几乎空白。
研究时代：新生代应力场研究比较详细，中生代以 前古应力场几乎还是空白
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（三）地应力在油田中的应用概况
1．七五期间在大庆油田针对套管变形和断裂现象 开展井壁稳定性评价；
7．关于应力起源： 过去：地球膨胀假说、地球自转速度变化假说；
近年：地幔对流（传送带模式）、板块边界作用力 （俯冲带上的负浮力，可达1000 MPa左右，地幔对 流牵引力约3 MPa，洋脊的推力小于30 MPa）、地 形起伏的负载作用（对现今应力影响明显）、天体 因素（陨石撞击）等。
8．近20年对现应力场研究取得了全球性的成果，根 据震源机制、水压致裂和井径崩落等大量资料，确 定了全球各板块现今应力场的主应力方向和大小。 在部分地区对中新生代应力场进行了定性和半定量 研究。至于更老的应力场研究，目前几乎处于空白 状态，尚处于探索阶段。
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6、应力状态：地壳中某一瞬间某一点三个主应力 的方向和大小
σv >σH >σh （深部） σH >σh >σv （浅部） σH >σv >σh （中部） 7、应力场：某一时间在一个空间范围内应力的分布。 应力场在空间是势场，在时间上是不稳定场，在类 型上是变形应力场。 8、古应力场和现今应力场 （中更新世，0.7Ma） 燕山运动以来
4．80年代以来为构造应力场定量研究和在矿产、 油气勘探中广泛应用阶段：
80年代以来，随着计算机技术、物理模拟技术和 数值方法的发展，促进了构造应力场物理模拟和数 值模拟开展，使应力场达到定量化，应力分析结果 更接近于复杂的地质情况。
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4．国家973项目《中国典型叠合盆地油气形成富集 与分布预测》课题《中国典型叠合盆地应力场分析 与构造变形三维解析》
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应力场的主要研究进展
1．构造应力主要集中在岩石圈内。在岩石圈（尤 其是上地壳），差应力达100-200MPa；在地下5060km处，在大陆裂谷带降至8MPa，在大陆拉张带 从45MPa降至5MPa；在地下100-200km处，差应力 降至15-5MPa，而围压达到2700-5500 MPa，差应力 可忽略。差应力在岩石圈之下急剧变小，非渐变。
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三、应力场的主要研究方法 现场应力实测方法（现今应力） 古构造分析法（节理、断层、褶皱和其
它中小型构造等） 显微与超显微组构分析法（如石英、方
解石等矿物的光轴方位等） 实验方法（如岩石声发射） 数值分析方法 物理模拟方法（如光弹模拟） 数值模拟方法（如有限元模拟）
研究范围：涉及板块、大陆、大洋等地区，尤其是 地壳上部区域，探讨现今地应力和古应力状态，研 究岩石圈动力学（包括大陆动力学及盆地动力学）。
研究技术与手段：现今应力测量和古构造应力场方 向、大小的研究技术方法和手段越来越多，日趋先 进，使应力场研究由定性推向半定量化阶段。
古构造应力场研究处于地表二维半定量水平。研究 领域多集中在活动动构造带、地块边缘。
g
z
−
αE 1−υ
(T
−T
0)
−
p
式中，Δx、Δy、Δz分别是三个方向的有效应力；ρ是上覆 地层密度；g是重力加速度；T和T分别是地表和地下z深度的 温度；P是流体压力；E、υ和α分别是岩石的弹性模量、泊 松比和热膨胀系数；e和e分别是x和y方向上的应变。地壳的应 力状态可以通过减少重力、增加构造作用、温度和流体压力 等力源来改变。
90年代初国家地震局在渤海湾地区开展现今地 应力场实测和综合研究，并将结果开始应用于油 田开发方案部署中；
2．八五期间总公司开展《储层裂缝识别与定量预 测技术》储备技术研究；
九五期间在《中国油气成藏模式定量研究》项 目中，提出从三场（应力场、渗流场、温度场） 研究油气运移与聚集分布；
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几个基本概念
1、应力（Stress）：单位面积上的内力 2、地应力（In-Situ Stress）：地壳中的应力总称为 地应力，由地壳中的构造运动力及其它因素的力而 引起岩石内部单位面积上的作用力。
构造应力（Tectonic Stress）：∆σ=σ1-σ3 静岩应力(重力） 热应力 孔隙流体压力
地震预报、 油田压裂和井壁稳定性评价
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（二）应力场研究概况 1．40年代为提出和创立阶段：
我国由李四光教授40年代首先提出，从区域构造 形迹的成因出发，提出了用构造形迹反推构造应力 场的地质分析方法。
苏联格佐夫斯基也提出了研究构造应力场，并提 出用赤平投影求解主应力轴产状的方法。 2．50－60年代为地质方法分析阶段
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