0 引言

上海浦东张江深井综合地震观测站位于张江南部的浦东监测中心院内，集成了地磁仪、应变仪、倾斜仪、测震仪、强震仪、GPS、孔隙压仪、地温仪、水温仪、水位仪等多手段的综合地球物理观测站。在建设上海市地震综合深井的时候，正是一个很好的契机对对上海综合深井钻井孔地应力进行测量，保留第一手收据。为上海地震的中长期预报和工程地质勘查提供依据[1-3]。

目前国内外能进行深孔地应力测试的方法有水压致裂法和深孔套芯解除法，水压致裂法但要破坏井壁，测试后改变井壁的自然状态，无法满足地震观测的要求[4]；深孔套芯解除法，采用井下应变记录仪进行套芯法地应力测量，相当于将应变仪小型化后放到孔底，测量井下岩石的自然环境，记录解除全过程应变曲线[5-7]。在张江地震综合观测深井钻孔地应力场测量中，采用了应力解除法和实现完全温度补偿的空心包体应变测量技术，其中采用一些新的理论和技术，可以大幅度提高测量结果的可靠性和准确性。

1 孔壁应变计的测量技术

1.1 深孔套芯地应力测量仪结构特点

在本次地应力测量中，使用的是由中国地质科学院地质力学研究所研制的深孔专用地应力测量仪2006型-深孔套芯地应力测量仪，包括井下专用空心包体探头和井下应变记录仪。其中空心包体探头，是由12个120 Ω箔式应变片（3组应变花（90°、0°、 ±45°）， 呈径向 120°排列）组成的，一次测量即可获得该点的三维应力；水下胶为丙烯酸树脂或可水下低温固化的双组份环氧树脂两种，下井前配好，适应期2 h。井下应变记录仪部分则是一台超小型智能化数字仪器，采用msc1200微处理器芯片和Flash存贮器电子开关技术研制开发的技术先进、方便实用的智能数字应变仪[5]。

其主要特点是： 外壳采用高强度不锈钢和高强度钢化玻璃视窗，端面密封圈防水结构耐静水压10 MPa；独立微功耗电子定时器，可按事先设定的时间定时启动主机，一次充电可在井下定时待机数月，连续采集工作时间＞20 h；1 s～12 h采集控制时间间隔；RS232C接口可以实现事后通讯，事后回访主机为PC机或笔记本电脑，简明快捷的人机对话窗口，利用主机或PC双向设置控制；理想实用的PC处理软件-多点曲线实时显示同时生成数据文件，σ-ε曲线自动生成。

1.2 深孔套芯地应力测量仪测量程序

使用深孔套芯地应力测量仪，在井下空心包体环氧树脂三轴应变法的应力解除过程如下（图1）：

图1 井下空心包体应变法应力解除过程示意图Fig.1 Schematic diagram of stress relieving process of underground hollow inclusion

（1）打大孔：在用钻机向围岩钻进应力解除孔，钻孔深度以巷道围岩应力场的范围为准，终孔点应不受环境围岩应力场的影响。钻头直径取130 mm。

（2）磨平钻孔孔底，消除残余岩芯和岩块、岩粉，岩芯管后带取粉筒。

（3）换锥形钻头做锥形孔底：以保证后面的小孔与大孔同轴心。

（4）打小孔：采用特制的液压钻具，换上φ36 mm的小钻头，打50 cm深的一段小钻孔。钻具不同深度上开有泻水孔，通过水压的变化，判断小孔的深度。

（5）空心包体安装：用砂纸将空心包体外侧圆柱面打毛；按比例配制好粘结剂（A、B两种液态材料按1:3），在空心包体的空腔内倒入适量的粘结剂，固定好销钉，将包体安装在定向器上。用钻杆慢慢地将其送入大孔中，不断地接长钻杆，并记下长度，在剩余长度为5 m左右时要特别注意慢推，以保证包体能够完好地进到小孔中。前端近入小孔20 cm左右，应注意包体筒体部分缓慢推入，探头和安装器脱钩，包体成功地安装于小孔中。

（6）应变初始数据：在安装包体20 h左右，环氧树脂固化。将安装器小心地从钻孔中提出，安装器中电子罗盘记下探头安装角，所显示数字为应力计的安装角。

（7）套芯地应力解除与应变测试：用薄壁钻头延伸大孔，使小孔周围岩石与岩石本体分离开来，从而实现应力解除。由于应力解除而引起的小孔应变或变形由应变计或变形计测试并通过记录仪器记录下来。根据测得的应变值或变形值即可根据有关公式计算出原岩应力值。

（8）在井下应变仪到达预定时间时，应变仪将自动启动，开始测量，此时应按预定深度开始缓慢钻进，进行套芯解除，套芯解除至一定深度后，应变计读数趋于稳定。每隔10 s读数一次，连续记录10 h以上，达到预定深度后，不再解除。将包含包体的岩芯折断并取出，并对岩芯的岩性进行描述。

文章来源：《地震地质》 网址: http://www.dzdzzz.cn/qikandaodu/2021/0429/360.html