水深測量

[拼音]：diyingli

[外文]：crustal stress

存在於地殼中的應力，即由於岩石形變而引起的介質內部單位面積上的作用力。它一般包括兩部分：

（1）由覆蓋岩石的重量引起的應力；

（2）由鄰近地塊或底部傳遞過來的構造應力。前者是由引力和地球自轉慣性離心力引起的應力。設以Z軸垂直於地表向下，其垂直分量σZ一般就等於單位面積上覆岩石的重量（以壓應力為正）

σZ=ρgZ，

式中ρg 是上覆岩石的平均容重，Z為深度。其水平分量按照彈性理論應為：

σX =σY=[v/(1-v)]σZ，

式中

V

為岩石的泊松比，在0.15～0.30之間。然而由於地球介質在長時間應力作用下發生流變，使水平與垂直應力分量之間的應力差逐漸消失，所以一般認為重力引起的是一個各向均等的靜應力狀態，即

σX =σY =σZ =ρgZ，

在構造地質學中稱為標準狀態。構造應力是指與標準狀態差異的部分，它除了包括由鄰近地塊或底部傳來的現代構造應力外，還可能包括過去構造運動殘留下來而尚未完全鬆弛掉的殘留應力，以及附近人為工程（如隧洞、開採面）引起的應力變化。在工程界也有人取地應力垂直分量和水平分量公式為標準應力狀態，來考慮偏離它的應力部分。

構造應力直接反映地殼運動的動力源，它是造成地震的一個重要因素。在構造應力強烈的地區開挖隧洞，由於洞壁成為自由表面，這裡就容易變形，使洞體逐漸縮小或造成坍塌。因此研究地應力具有重要的意義。

尋求地應力的方法有：

現場應力測定

大致可分3種方法：

（1）應力解除法

在地表或井巷壁（圖1a，開導孔）上鑽一個直徑幾釐米的孔（圖1b），在其中安裝幾個在不同方向測量孔徑變化的元件（圖1c），然後在孔周圍幾倍孔徑的地方挖一個解除槽（圖1d），使岩心與周圍巖體隔開，不再受周圍地應力的作用，這時元件將反映孔徑的變化。假定這是一個彈性變化過程，就可以據此反過來算出在應力解除前作用在這個巖體上的應力。

（2）應力恢復法在要測應力的地點周圍先安放測量變形的儀器，記下讀數，然後在這裡挖一解除槽。在槽內墊入一個或幾個可充氣壓的壓力枕，增加其中的氣壓使周圍測形變的儀器恢復原有讀數，壓力枕中的氣壓就是垂直於解除槽的正應力。這個方法不需假定巖體是彈性。

以上兩種方法一般只能測出地殼淺層的應力，最深曾在2400米以下的井巷中採用過。

（3）水壓致裂法利用深石油鑽井，在某一深度處將其上下封住，增加中間段的水壓，當水壓突然下降時，說明井壁開裂，由此可推算垂直於裂縫的主應力大小，通過井下照相或印模法可定出它的方向，這個方法可測得較深處的地應力，例如曾到達5100米深處，但精度不及前兩種方法。

震源機制解求應力方向

根據不同地震臺站接收到的P波初動是向上或向下，可以定出震源處的兩個節面和主應力的方向。雖然它和震源深度處的構造主應力方向還有差別，不過一般認為，在一個地區多次地震機制解的統計平均方向接近構造主應力的方向。這個方法不能定出主應力的大小。

地應力場的反演

根據從地質學、大地測量學、地震學得到的地殼運動特徵和本地區的巖性，假設一組作用在此地區的外力，就可以進行應力場和形變場的計算。將計算結果與實測資料比較，若符合不好就在合理範圍內調整引數重新計算，由此，通過反演可以得出一個區域的或全球的應力場。這個方法必須對深部結構、巖性、外力的分佈和殘留應力場作一定假設，所得的解不是唯一的。解的精度有賴於所用資料的精度。

20世紀70年代，根據全球現場應力測量的結果，對於地殼上部（最深達2500米）的應力有如下認識：

（1）在結晶基底岩石和許多褶皺帶中，平均水平應力通常超過覆蓋壓力。哈斯特(N.Hast)曾於1969年建議：