地应力

地壳中未受工程扰动的天然应力

地应力是存在于 地壳 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 。地质力学认为﹐地壳内的应力活动是使地壳克服阻力﹑不断运动发展的原因﹔地壳各处发生的一切形变﹐如褶皱﹑断裂等都是地应力作用的结果。

概述

通常﹐地壳内各点的应力状态不尽相同﹐并且应力随(地表以下)深度的增加而线性地增加。由于所处的构造部位和地理位置不同﹐各处的应力增加的 梯度 也不相同。 地壳 内各点的应力状态在空间分布的总合,称为地应力场。与地质 构造运动 有关的地应力场,称为 构造应力场 ,通常指导致构造运动的地应力场。

研究

在地质力学中,构造 应力 场是指形成构造体系和构造型式的地应力场,包括构造体系和构造型式所展布的地区,连同它内部在形成这些构造体系和构造型式时的应力分布状况。

现今存在的或正在活动的地应力场称为现今构造应力场。现在构造应力场的研究﹐既要实地考察挽近地质时期﹐特别是 第四纪 以来﹐岩石﹑ 地层 发生的构造变形以及地区的升降﹐也要用适当的仪器装置及其他方法﹐直接测量现今地应力的活动。进行地应力测量时要根据活动的构造体系﹑活动的构造带(如 地震带 )和重大工程建设要求来布置测点﹐同时配合相应的地质工作。

特征

新构造期和在它之前的 喜马拉雅山脉 构造期的最大不同,在于 应力 作用的主应力方向出现了全新的特征。在 喜马拉雅 构造期, 中国 岩石圈 的主应力方向总体来说是南北向的,其中中国西部的主应力方向是北北东-南南西走向,中国东部则为北南走向至北北西-南南东走向。

到新构造期,主应力方向发生了重大变化,除 青藏高原 西部和新疆大部仍主要为北北东-南南西走向外,中国北方大部已经变为北东东-南西西走向至东西走向,而中国南方大部则变为北西-南东走向,三者合起来呈现出放射状散布的特点,这种 构造应力场 是以前的地史上不曾有过的,它说明 印度板块 向北碰撞造成的影响已经较 喜马拉雅山脉 期为弱,而西 太平洋 俯冲带的影响又开始显现出来,二者势均力敌的结果便是这种放射状应力场的形成。

测量

李四光教授是中国地应力测量的创始人。早在20世纪40年代就提出 地壳 中 水平运动 为主,水平 应力 起主导作用。他提出,地壳内的应力活动是以往和现今使地壳克服阻力,不断运动发展的原因;地壳各部分所发生的一切变形,包括破裂,都是地应力作用的反映;剧烈的地应力活动会引起地震。因此,“地应力的探测是地质力学具有重大实际意义的一个新方面,是值得予以重视的”。

新丰江水库地震和邢台地震后,更加重视地应力测量工作。提出,地应力测量是实现地震预报的重要途径。他将近八十高龄还亲自参加野外地应力解除试验工作,亲自分析研究由邢台地应力观测站发回的地应力变化曲线。

在他的领导下, 中国 的地应力研究与测量工作得到迅速发展。现在已具备了完善的理论,多种测试仪器、手段,广泛应用于地质、油田、矿山、水工、电站、地震等各个领域。他特别注重从活动地带里寻找稳定地区,提出了“ 安全岛 ”理论,为建厂选址提供了依据,为国民经济建设做出了重大贡献。

与卫星轨道摄动

地下岩层突然发生断裂,在极短时间内释放出大量的能量,产生了地面位移和错动并辐射出 地震波 ,构造地震就是这样产生的。这叫做地震的 断层 成因论。多数 地震学 专家对此都无异议,差不多已成定论。至于断层的产生,一般都假设是由于 构造运动 使 地球 内部的切应力慢慢积累并在某些地区集中。当积累的 应力 超过一定的限度时,便产生了断裂。

可见地应力是地震孕育过程中的重要因素,全面而连续地监测地应力的变化,是探讨、检验各种理论假说的基础条件,也是 地震预测 的基础条件。邢台地震后,李四光提出:一要调查研究地下发震层以上 地层 岩层的力学性质及 破裂强度 ;二是要抓地应力场及其变化,并研究两者的关系。

人们尚无法取得 震源 区的岩石介质的性质、破裂强度、应力状态和积累速度,以及其随时间的区域演化状态。再者,整个 地壳 都在运动, 应力 存在于地壳的每一点上,目前尚不能取得一个地区的应力图像及其随时间的变化,更无法取得更多地区的应力图像和变化,以及它们可能破裂发生地震的顺序,以及震后应力调整、重新分配的过程与状态。

影响作用

地应力活动会产生或影响地质构造。剧烈的地应力活动会引起地震。地应力活动还可影响地壳内岩石﹑矿物的 物理性质 和 化学性质 。因此﹐也可以利用这种物理和化学性质的改变来分析地应力的活动情况。

地应力是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路、军事和其他各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力,是确定工程岩土力学属性,进行 围岩稳定性 分析,实现岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提。

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、核废料的储存、 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。