第七章原地应力状态
第一节 概述
一、基本概念
原地应力：指钻井、油气开采等活动进行之前，地层中地应力的原始大小。
扰动应力：指钻井、油气开采等活动在地层中产生的地应力改变。
构造应力：由构造运动在岩体中引起的应力叫构造应力。在地质力学中常把构造应力叫做地应力，指导致构造运动、产生构造形变、形成各种构造形迹的那部分应力。
古地应力和现今地应力：古地应力指某一地质时期或某一重要地质事件以前的地应力，现今地应力是目前存在的或者正在活动的地应力。分析构造形迹形成机理只要涉及古地应力，而石油工程则主要关心现今地应力。
残余应力：指除去外力作用以后，尚残存在岩石中的应力。这种残余应力很小，往往只有零点几兆帕，所以常忽略不计。
重力应力：指由于上覆岩层的重量引起的地应力分量，特别指由于上覆岩层的重量产生的水平应力大小。
热应力：由于地层温度发生变化引起内部应力增量，热应力主要与温度的变化和岩石刚度和热学性质有关。
分层地应力：指按地层分层分布分别给出不同层位的地应力值，非常重要的是给出相邻的应力差。
地应力场：地应力在空间的分布情况。
二、地应力的分类
现场地应力：原地应力和扰动应力
原地应力：重力应力 构造应力 残余应力
构造应力 ： 活动的构造应力 剩余的构造应力
三、地应力的描述方法
由于岩石经过了漫长的地质时期，并经受了多次复杂的构造运动，使得岩石的地应力状态变得十分复杂。
为了满足工程要求，一般认为原地应力状态由上覆岩层压力和两个水平方向的主应力组成。
通常认为原地应力产生的原因有二：
一种原因是上覆岩层的重力；
另一种原因是由构造运动产生的构造应力
假设构造运动不影响垂向原地应力，只产生水平方向的原地应力分量，则原地应力状态课描述为：
公式若干
第二节 影响原地应力状态的因素
影响原地应力状态的因素很多：
一、地表形状
对于平坦的地表，平均铅垂应力分量应当接近深度应力。对于形状不规则的地表，任一点的应力状态可以认为是由深度应力和地表超载的不规则分布所引起的应力分量合成的。
例如V形谷底部附近地区，这种地表在这种地方可能产生比铅垂应力分量更高的水平应力分量。
但是，不规则地表形态对原地应力状态的影响随着该点在地表下深度的增加而迅速降低，因此这一因素，指对近地表的岩土工程项目有意义。
二 残余应力
由于岩体的非均匀冷却，或者岩体虽然是均匀冷却的，但与其相邻的岩石单元的热膨胀系数却不相同，于是在岩体内部就会产生残余应力。
岩石介质中各种局部的矿物变化也会引起残余应力的产生。岩体中的局部再结晶过程可能产生体积应变。矿物集合体含水量的变化，也会产生应变和残余应力。残余应力的调查仍然很难。
三 包体
包体是在原岩岩体的岩层生成的岩石单元，例如岩墙、岩床、以及诸如石英、萤石一类矿物的矿脉。岩体中形状近于平面的垂直包体的存在，可能以两种方式影响原岩应力状态；
第一 如果包体是在抵抗围压的水平阻力的作用下形成的，那么在垂直于包体平面的方向上会作用一个高应力分量；
第二 与包体与围压弹性模量的差异有关。系统中的任何载荷，在包体中产生的应力都与原岩岩体的应力值不同，较硬的包体将承受较高的应力状态，反之亦然。如果原岩与包体的弹性模量不同，原岩中靠近包体的地方就会出现很高的应力梯度。
四、构造应力
多次复杂的地壳运动，使地下产生了及其复杂的不同形态、不同方位、不同性质、不同等级以及不同次序的构造形迹，也就是说构造应力场是随时间演化的、非稳定应力场。
由于构造应力的复杂性，使原有的地应力发生了很大的变化，最大水平地应力有可能超过上覆岩层压力。
五、裂隙组和不连续面
裂隙的存在影响着介质中应力的平衡状态，使得岩体的应力分布更为复杂。
岩体的断裂本质就是一种能量的耗散和应力的重新分布的过程。破碎后的应力状态可以由保持破裂面平衡状态的要求来确定，他与断裂前的应力状态没有什么关系，即从初始状态估计岩体周围应力状态时及其复杂的，要成功的确定原地应力状态就必须有一个确定局部张量的做法。
第三节 确定原地应力的方法
由于确定原地应力是人们评价地下工程安全与否的前提条件，所以人们花费大量的时间和精力去研究原地应力测量设备和测量方法。
分为岩芯测试和矿场测试两种
岩心测试方法很多
矿场测试 主要有水力压裂法最准确 井壁崩落法比较可靠 （主要可以的得到地应力的方向）
需要多种方法结合起来
一 现场测量
从原理上看 可以分为两种
一种是采用钻孔来接近测量地点，确定钻孔壁的应变或钻孔的其他变形，
二种是在钻孔壁的特定位置测定环向正应力分布
水力压力裂隙法 滞弹性应变恢复法 差应变分析方法
确定最大应力方向 和最小应力方向
