[發明專利]利用溫度觀測地殼應力變化的方法、系統以及裝置

在審

• 申請號: 201810419431.X
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN110440964A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 陳順云;劉培洵;郭彥雙
• 申請（專利權）人: 中國地震局地質研究所
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01K13/00
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司 11293
• 代理人: 遲軍

本發明提供一種利用溫度觀測地殼應力變化的方法、系統以及裝置。該裝置能夠基于觀測孔四周的溫度分布來計算地殼應力的變化。因此，通過利用屬于標量的觀測孔溫度，來觀測屬于矢量的地殼應力變化，使得地殼應力變化容易觀測，并且有利于實現應力動態變化的長期監測。

技術領域

本發明涉及觀測地殼應力變化的領域，具體地，涉及一種利用觀測孔溫度來觀測地殼應力變化的方法、系統以及裝置。

背景技術

地殼應力的觀測，對于如橋梁、隧道、核電站等工程建設，以及對于如地質過程、板塊運動、地震活動等研究而言，非常重要。

然而，由于巖石的特殊性，測量地殼應力與常規應力測量方法存在明顯區別。具體地，地殼應力屬于壓應力，必須在巖石內部進行測量。測量地殼應力的方法主要包括：水壓致裂法，鉆孔崩落法，應變恢復法等(Arno Z and O.Stephansson,2010,Stress Field ofthe Earth’s Crust,Springer,Springer Dordrecht Heidelberg London New York；Fairhurst,2003.Stress estimation in rock:a brief history andreview.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 40(7-8):957-973；Ljunggrena C.,Yanting Changa,Jansonb T.,Christianssonc R.,2003,Anoverview of rock stress measurement methods,International Journal of RockMechanics&Mining Sciences,40:975–989)，并且這些方法集中于靜態測量。對于動態地殼應力測量，主要有鉆孔應變測量。鉆孔應變測量的主要問題在于：屬于變形測力的范圍，巖石的變形極小，需要特別處理設備與巖體的耦合問題。經常由于耦合關系不清楚，觀測到的結果難以解釋。甚至，由于耦合問題處理不當，觀測不到巖石變形。尤其是在復雜的地質條件下，耦合問題極其突出。因此，雖然變形測量可以達到極高的精度，如達到10^-12(Fairhurst,2003,Stress estimation in rock:a brief history andreview.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 40(7-8):957-973；歐陽祖熙，李秉元，賈維九等，一種鉆井式地應力測量系統，地殼構造與地殼應力文集(2)，地震出版社，1988)，但是由于耦合問題，這種方法的廣泛使用仍受到限制。

因此，雖然地殼應力隨時間的變化過程，對于地學的許多領域有著重要的意義，由于受制于地質條件的復雜性和觀測技術的局限性，動態地應力監測極其困難。與通過變形測力(如鉆孔應變測量)不同，我們提出了利用溫度測量應力狀態的方法(Chen Shunyun,Liu Peixun,Liu Liqiang,Ma Jin,Bedrock temperature as a potential method formonitoring change in crustal stress:Theory,in situ measurement,and a casehistory,Journal of Asian Earth Sciences,123(2016):22–33)，稱為“熱測應力”。熱測應力的優點是：設備與巖體的變形耦合轉換為熱耦合。相比之下，熱耦合是容易實現的。熱測應力的思路提出后，已在實際中進行了初步的應用探索。目前存在的問題是，之前的熱測應力僅能測量地殼應力的大小，而無法獲得應力變化的方向。由于應力是矢量，如果僅獲得大小，限制了結果的深入應用。

本項發明，在原有熱測應力的基礎上，集中解決如何通過溫度測量應力變化方向的思路與方法。

發明內容