地应力测量与监测重点实验室

实验室名称：中国地质调查局地应力测量与监测重点实验室

实验室位置：地质力学研究所北实验楼二层东侧、十三陵实验基地

实验室负责人：陈群策

实验室介绍：

“地应力测量与监测重点实验室”始建于上世纪六十年代，是中国地质调查局和中国地质科学院重点实验室。目前，实验室以我所承担的地应力测量与监测、构造应力场分析和地应力测试技术应用科研项目为依托，发展了包括水压致裂法地应力测量实验室、解除法地应力实验室、岩心非弹性应变恢复地应力实验室、地应力测量与监测重点实验室等多个单元，研究领域涵盖了地应力测试理论方法研究、地应力测试设备研发、地应力测试方法检测与标定及在多个领域的广泛应用。目前实验室的地应力测试应用领域包括地震等地球动力学基础研究、重大工程建设、常规与非常规油气勘探开发、深部矿山开采、核废料储集场选址、二氧化碳封存、干热岩勘探开发和深埋隧道工程设计等多个领域，为解决安全、深部能源开发和重大疑难工程地质问题等领域研究提供了必要的技术支撑。半个多世纪以来，实验室坚持地应力研究特色，完成了多个国家重大科研项目的同时，承担了社会大量地应力测试研究任务，并走出国门，承担了新加坡、秘鲁和老挝等多个国家的国际项目，并同美国、日本、德国和荷兰等多个国家地应力实验室建立了长期合作关系，得到了国际同行的认可。

主要设备和实验内容：

1. 实验设备

实验室拥有水压致裂地应力测试系统多套（高压水泵的压力范围20-70MPa），解除法地应力测试系统多套（包括空芯包体法和压磁法）、ASR地应力测试系统、10000KN双轴地应力标定系统、2000m超声波成像测井系统和现场地应力监测系统等。以上设备多为我所自主研发的测试系统，获得了多项国家专利。

2. 主要研究方向和内容

实验室以地应力测试理论、方法和应用研究为主要研究方向，瞄准国内外地应力测试技术发展现状和趋势，主要研究方向和研究内容包括以下方面：

（1）水压致裂法地应力测试：水压致裂法是上世纪60年代发展起来的原位地应力测试方法，80年代引入我国，目前在包括地震机理研究、深部资源开发和重大工程建设中得到了广泛应用，取得了大量研究成果，目前我所已研发适用于3000m深度水压致裂地应力测试系统，适用于大中小等不同钻孔直径，通过测试可获取不同深度和层位的水平主应力信息。

（2）解除法地应力测试：解除法是上世纪我所自主研发的原位地应力测试方法，包括空芯包体解除法和压磁解除法，空芯包体解除法该方法主要在深部巷道的水平孔中进行测量，较少应用于垂直孔。压磁解除法可用于垂直或水平空，目前该方法可应用的最大垂直孔深为300m。

（3）ASR法地应力测试：ASR地应力测试方法是近年来发展起来的基于定向岩芯的深孔地应力测量方法，其原理基于岩石是一种黏弹性体，具有流变性。岩芯脱离地应力场的作用（钻取后），除了立即发生弹性应变恢复外，还随时间发生非弹性（滞弹性）应变恢复，因此通过测量应力释放后岩石的非弹性恢复应变，结合岩芯的非弹性应变恢复柔量，可确定原位地应力状态。与其它基于钻孔岩芯的地应力测量方法相比，ASR法是具有完善理论基础的三维应力测量方法，且具有成本低、效率高和不受钻孔深度和温度限制等优点，同时该方法在钻井现场建立实验室，缩短了岩芯钻取后到开始测量的时间，保持了岩芯近原位状态（矿物含水等），可更真实反映原位地应力状态。近期该方法获取了塔里木盆地7km深部的原位地应力信息。

（4）地应力测试方法标定测试：为评价现有自主研发的地应力测试仪器和方法，我所建立了10000KN双轴地应力标定平台，可实现对800mm×800mm×800mm试件进行双向加载，利用已知边界条件和测试结果进行对比，实现标定地应力测试仪器和方法的目的。同时为开展设备的井中测试与标定，在我所十三陵试验基地建设了多孔径钻孔标定平台。

（5）钻孔超声波成像测试：超声波成像测井可获取钻孔孔壁清晰图像，同时可获取孔壁破坏等信息，通过孔壁破坏信息（包括钻孔崩落和钻井诱发张裂缝）可间接估算钻孔原地应力状态。

（6）应力应变连续动态监测：改进和发展新型电容分量应变仪、体应变仪、压磁分量应力仪，研制新一代应力-应变综合地球物理监测仪器，在监测探头性能的稳定性方面开展深入实验研究，使应力应变连续监测精度及其实用性等方面得到明显的提升。

（7）构造应力场分析：在地应力测量、岩石力学参数实验的基础上，开发专业计算软件，并应用有限元软件开展构造应力场数值计算工作，为认识区域应力场特征、开展区域稳定性评价提供基础数据。

欢迎来访

水压致裂地应力测试系统野外作业关键部件

10000KN双轴地应力标定平台

压磁法地应力测量与监测元件

ASR法地应力测量实验室

秘鲁和新加坡地应力测试现场

区域构造应力场分析

地质力学研究所地应力监测台站分布图

三、实验室成员

实验室实行学术委员会制度，聘任石耀霖院士为地应力测量与监测重点实验室学术委员会主任，陈群策研究员为副主任，蔡美峰、李方全、方祖烈、欧阳祖熙、彭华、杨树新、李宏、周元泽为学术委员会成员。

实验室现有固定工作人员23人，客座研究人员1人，在读硕士研究生5名，博士研究生1名，在站博士后1名。

四、联系方式

联系人：孙东生

电话：010-88815179

邮箱：dongshengsun@189.cn

地点：北京市海淀区民族大学南路11号

五、近期主要成果

1. 学术文章

在实验室的主要建设期间（2012-2015年度），地应力测量与监测重点实验室围绕主要研究方向，以本实验室现有固定工作人员为第一作者撰写并公开发表的论文共计60篇。其中包括SCI/EI检索论文40篇，其他为核心期刊。授权实用新型专利5项，发明专利1项，软件著作权1项，编写专著1部，申请发明专利4项。

2. 科研项目

Ø 国家重大专项：“地下深部水压致裂地应力测试设备研发与应用”（2016ZX05034-003），起止年月：2016.1~2020.12，经费1183.98万元；

Ø 国土资源部行业专项：“地应力测量与监测标定技术研究”经费1380万元，起止年月：2012.1~2015.12。

Ø “十二五”国家科技支撑重点项目课题：HTPF水压致裂原地应力测试方法研究，起止年月：2012.1~2015.12，经费110万元；

Ø 国家自然科学基金项目. ASR地应力测试方法中岩石非弹性应变恢复柔量实验研究（No. 41404080），起止年月：2015.1~2017.12，经费25万元；

Ø 中国地质调查局项目：“三大海峡地应力测量及地壳稳定性评价”，经费3300万元，起止年月：2016.1~2018.12。

Ø 中国地质调查局项目：“南方页岩气重点地区地应力场调查”，经费855万元，起止年月：2016.1~2018.12。

Ø 新加坡实里达地区地应力测试和秘鲁DonJavior地区地应力测试研究，经费300万元，起止年月：2013.1~2015.12。

Ø 国内地应力测试服务项目，年均经费500万元。