In-situ stress characteristics and fault stability analysis of hot dry rock GR2 well in Gonghe Basin
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摘要:研究目的
地应力大小和方向是干热岩开发中井位部署、压裂设计和储层评价等方面的重要基础数据，研究储层应力状态对干热岩开发具有重要意义。
研究方法本文根据区域地质构造演化、震源机制解反演结果、节理裂隙统计、原地应力实测数据分析了共和盆地区域应力场的特征，结合共和GR2地热井储层构造、地层岩性特点建立三维模型，利用正交各向异性弹性本构关系，通过数值模拟获取了共和盆地GR2井的三维地应力数据，探讨了区域构造应力场及干热岩注水开发与断层稳定性。
研究结果①模拟所得地应力分布与理论值吻合，满足初始位移精度要求，最终预估了井中地应力场分布特征；②在500~4500 m深度范围内，三向主应力总体表现为σv> σH >σh，表明该区域应力结构有利于正断层活动；③青海共和盆地最大水平主应力方向整体上呈北东（NE）向挤压变形作用为主，有利于花岗岩岩体具有低的流体渗透率、低的热流传导。④在统一的区域地应力场作用下, 研究区3900~4500 m干热岩注水开发过程中，当地面持续注入压力达到或超过约19.9 MPa 时，可能引起场区内断层的滑动失稳，导致中小地震的发生，在干热岩开发利用中需注意防范。
结论研究结果对共和盆地地球动力学研究及干热岩安全开发利用具有一定参考价值。
创新点:（1）基于地质构造演化、震源机制解反演、节理裂隙统计、地应力实测数据系统分析了共和盆地区域应力场特征；（2）采用数值模拟方法获取了干热岩GR2井地应力数据，对干热岩研究区断层的稳定性进行分析并从干热岩开发的角度定量评价了注水压力对附近断层稳定性的影响。
Abstract:This paper is the result of geological survey engineering.
ObjectiveThe magnitude and direction of in−situ stress are important parameters for well placement, fracturing design and reservoir evaluation in hot dry rock development. It is of great significance to study reservoir stress state for hot dry rock development.
MethodsIn this paper, the characteristics of current stress field in Gonghe Basin are analyzed based on regional geological structure evolution, focal mechanism solution and inversion results, statistics of joints and fissures, and in−situ stress measured data. Combined with the reservoir structure and stratigraphic lithofacies characteristics of GR2 well, a three−dimensional model is established, and the three−dimensional in−situ stress data of GR2 well in Gonghe Basin is obtained through numerical simulation by using orthogonal anisotropic elastic constitutive relation. The regional tectonic stress field and occurrence conditions of dry hot rock resources are discussed.
Results① The simulated stress distribution is consistent with the theoretical value, which meets the requirements of initial displacement accuracy, and finally predicts the distribution characteristics of in−situ stress field in the well. ② In the depth range of 500~4500 m, the relationship of three principal stresses is principal stress is σv>σH >σh, indicating that the stress structure in this region is favorable to normal fault activity. ③ The maximum horizontal principal stress direction of Gonghe Basin in Qinghai province is mainly NE direction compression deformation, which is conducive to low fluid permeability and low heat transfer of granite. ④ Under the action of a unified regional stress field, the faults may be come instability near the injecting well, when the continuous injection pressure on the ground reaches or exceeds about 19.9 MPa during the water injection development of 3900~4500 m depth in the study area, leading to the occurrence of medium and small earthquakes, which should be prevented in the development and utilization of the hot dry rock.
ConclusionsThis study have certain reference value for geodynamics research and the safe development and utilization of dry hot rock in Gonghe Basin.
Highlights:(1) The characteristics of regional stress field in Gonghe Basin were analyzed based on geological structure evolution, focal mechanism solution inversion, joint fracture statistics and in−situ stress measurement data. (2) The in−situ stress data of hot dry rock GR2 well were obtained by numerical simulation, the stability of faults in the study area was analyzed, and the influence of water injection pressure on the stability of nearby faults was quantitatively evaluated from the perspective of hot dry rock development.
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1. 引 言
流速、流向及悬浮沉积物浓度对海洋物理、生物、化学要素的循环具有重要影响，是研究浅海及河口地区泥沙输运、物质运移的基本要素。同步获取研究区全剖面的流速、流向及悬浮沉积物浓度对于理解悬浮沉积物输运过程、预测营养盐及污染物的迁移和归宿等问题具有重要的意义。传统的测流方法常采用单点式流速仪，对测点不同深度流速进行逐点测量以获得整个剖面的流速；悬浮沉积物浓度的测量常采用取样过滤称重法，该方法不但费时费力，而且在时间和空间的分辨率有限。
声学技术在海洋观测领域的发展应用，使得海洋水文要素的测量有了质的改变，声学多普勒剖面流速仪（Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP），能够快速获得某个完整剖面的流速、流向等参数，同时仪器同步记录的声学背向散射强度可间接计算所测海域悬浮沉积物浓度的分布情况，为海洋泥沙动力输运的研究提供可靠的数据支撑。声学法具有不采样、水体不受扰动、精度高等特点，已被广泛应用于海洋水文要素测量中（Simpson, 2001; Yorke and Oberg, 2002; Ha and Maa, 2008; Salehi and Strom, 2011;张英豪和赖锡军, 2014; Li et al., 2019）。船载走航式ADCP是指将ADCP搭载在调查船上，结合精准的导航系统，在船只走航过程中对所测海域的海流进行连续全剖面测量，具有不扰动流场、测量历时短、测量范围大、充分利用航时等特点，已被广泛应用到江河湖海的流速、流量测量中。如1997 年三峡工程大江截流和2002 年三峡工程明渠截流（杨丰和杨俊青，2004），以及广东北江飞来峡工程截流等（刘勇胜和黄程鹏，2014），杭州湾跨海大桥、港珠澳大桥等工程也均使用ADCP 进行了流速测量（刘彦祥，2016）。
祥云岛位于乐亭县东南部，京唐港与北港之间的沿海地带，岸滩分布有优质天然细沙，是著名的沿海旅游沙岛。祥云岛外海7~15 m等深线海域建有海洋牧场，占海面积1333 hm2。近年来，祥云岛受人为活动及海洋水动力条件影响，沿岸不同区域均出现了不同程度的侵淤现象（陈文超等，2016；汪翡翠等，2021）；与此同时，海洋牧场等近岸工程的建设带来的环境效应逐渐受到重视，如崔雷等（2017）通过耦合二维浅水水动力数值模型及物质输运数值模型，对京唐港填海工程中周边潮流场及悬浮沉积物运移进行模拟研究，并分析了对海域水质环境的影响。因此，对祥云岛海域流速、流向及悬浮沉积物浓度的快速同步调查，对祥云岛及其近海工程的生态环境具有重要意义。本文通过船载走航式ADCP在祥云岛海域进行现场海流、悬浮沉积物全剖面测量，为该海域海洋动力、泥沙输运及祥云岛岸线演化等海洋过程的研究提供支撑。
2. 现场调查
2.1 ADCP测流原理
ADCP基于多普勒原理（刘德铸，2010；张春海和董晓冰，2013），通过测定声波入射到海水中微颗粒背向散射在频率上的多普勒频移，从而得到不同水层水体的运动速度。所谓声学多普勒效应是指当物体相对于声源有径向位移时，导致观测到的声源发生改变的现象。多普勒频移与散射粒子速度之间的关系为：
Fd=2FVC 式中：Fd为声学多普勒频移；F为发射声波的频率；V为颗粒物沿声束方向的相对速度；C为声波在海水中的传播速度，式中“2”是因为ADCP发射并接收回波，所以多普勒频移加倍。假定水体中颗粒物的运动速度和水流速度一致，ADCP通过跟踪颗粒物的运动，测定水流相对于ADCP的速度，此速度扣除船速后，即可得到水流的绝对速度（杨锦坤等，2009）。
此外，由于散射ADCP发射波的颗粒物主要是悬浮沉积物，ADCP同步接收水中散射体的回波强度信号的大小能够间接反映水中悬浮沉积物浓度（杨惠丽等，2017）。利用ADCP背向散射强度反演悬浮沉积物含量是一种便捷，高效的方法，其非干扰式的测量特性更易获得真值。自Deines (1999)提出了声学多普勒剖面仪测得的背向散射强度与悬浮沉积物含量的关系后，许多学者也逐步开展了利用ADCP的背向散射强度反演悬浮沉积物含量的研究（Glenn et al., 1999; Hoitink, et al., 2005; Merckelbach et al., 2006; Gunawan et al., 2010）。已有研究表明源声波散射强度的大小与散射水体中的悬浮物浓度的大小成正比（Thorne and Campbell, 1992），在受潮流、潮汐作用强烈的近岸海域，利用回归公式反演的悬浮沉积物浓度与实测数据的平均误差小于20%（姬厚德等，2018）。对于有限海域，泥沙类型和粒径相对均一情况下，声学散射强度与泥沙浓度的关系可简化为公式：lg(C)=K1E+K2，其中C为悬浮沉积物浓度，E为回波强度，K1、K2为拟合因子，通过现场泥沙浓度和回波强度的回归分析来标定（Farmer, 1998）。
2.2 调查区域及测线布置
祥云岛长约13 km，呈NE－SW走向，岛屿面积20.68 km2，属于离岸沙坝岛。祥云岛东北段为潮汐通道，现已人为改造，西南端为大清河口；东部靠海侧建有简易的人工沙堤，中西部靠海侧残留低缓沙丘。潮间带的沙滩面积约为0.64 km2，潮滩平均坡度3°~8°。沉积物以浅黄色、黄棕色的细沙为主，平均粒径Mz介于2.06~2.34ϕ，分选系数介于0.24~0.47（陈文超等，2016；文明征等，2020；梅西等，2020）。
2019年7月25—28日，在祥云岛海域开展走航式ADCP测量。如图1所示本次测量共设计12条测线，其中测线L1~L10垂直于岸滩分布，平均测线长度约8.0 km；测线L11、L12平行于祥云岛分布，平均测线长度为17.5 km。由于祥云岛潮间带平缓，近岸段水深较浅，测量船容易发生触底的危险。为确保调查过程中设备和人员的安全，选择高潮位时间段进行垂直于岸线的测线测量。根据中国地质调查局天津地质调查中心在津冀沿海的潮汐站监测系统（李勇等，2020），各测线测量时间与潮位对应关系如图2所示。
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图 2 测量期间的潮位数据（不同颜色显示相应调查测线的潮位信息）Figure 2. Tide level data during the survey period (Different colors show the tide level of the corresponding survey line)2.3 参数设置
走航式ADCP测量采用美国TRDI公司生产的瑞江牌（WHR600）声学多普勒流速剖面仪，具有4个换能器，主要技术指标有：工作频率600 kHz；换能器发射角度20°测速范围为±0.01~±10 m/s（水平方向），速度分辨率0.25 cm/s；测深范围：0.75~100 m。本次调查过程中ADCP换能器入水深度为1.10 m，波束角为20°；水流层数设置为50，层厚0.50 m，第一层中心位置为1.96 m。
3. 结果与分析
祥云岛位于半封闭的渤海内部，潮汐类型属于不规则半日潮，测量期间平均潮差0.79 m。测线L1、L3、L5~L7及L10~L12测量期间为涨潮期；测线L2、L4、L8及L9测量期为落潮期（图2）。
3.1 测量结果质量控制
现场流速测量过程中受风浪等环境的干扰，测量数据会出现明显的噪点。因此，数据分析前需要将这部分数据剔除。为控制测量数据质量，本次调查将满足回波强度（Echo Intensity）为50~200 counts，相关系数（correlation）为50~200，良好百分比检验参数大于50%的数据作为有效数据，其余数据予以剔除（杨锦坤等，2009）。通常认为ADCP单次回波所测的流速误差比较大，一般使用一段时间的平均流速来表示某一点或时刻的流速，ADCP流速的平均时间可根据具体情况而定（吴云帆等，2014）。本次测量数据中参与平均的呯（ping）集合数为20（测量时船速约2.1 m/s，相当于平均时长为1 min，平均距离约50 m）。
3.2 祥云岛海域流速特征
3.2.1 海流流向特征
走航式ADCP获得沿测线方向的全水深流速，为更直观地显示剖面流速流向特征，本文选取表、中、底不同深度的海流进行分析。如图3所示，测线L5不同深度水层（水深2.21 m、6.21 m、10.21 m）的航迹和流速矢量图结果表明，在涨、落潮阶段海流流向在不同深度水层的流向基本保持一致。对海流流向沿深度方向求均值，如图4所示：测线L1、L3、L5和L7为涨潮期（图4a），涨潮流为SW方向；测线L2、L4和L8为落潮期（图4b），落潮流为NE方向。因此，祥云岛外海海域流向具有明显的往复特征，海流流向以NE−SW为主，基本与祥云岛岸线平行。
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图 3 测线L5不同深度水层航迹（红线所示）和流速矢量图底跟踪，ADCP通过接接收和处理由河底或海底的回波信号获得船速的方法Figure 3. Track (red line) and velocity vector graph of different water depths of line L5Bottom tracking, ADCP is a method of obtaining ship speed by receiving and processing echo signals from the river bottom or seafloor图2潮位信息显示，测线L9测量时间为平潮转落潮期，其全水深平均流向并没有表现为明显的NE方向（图4b），测线L9不同深度水层航迹和流速矢量结果如图5所示，在浅表层（2.96 m水深），近岸段流速方向为NE向，沿离岸方向流速方向为SW向，水深4.96 m水层流速矢量表明离岸段流向为SW向，水深9.96 m水层显示流速流向在整个测线上均表现为NE方向，与落潮流的方向保持一致。这表明在平潮转为落潮期间，海流转向始于底部海水，且海流转向与潮位变化具有一定的滞后性。为更清晰地描述这一问题，取测线L9不同等深线处海流流向数据绘制流向剖面分布图，如图6所示：相对水深（流速测量点水深/全水深）大于0.5时，海流流向为NE向，小于0.5是海流流向为SW向；测线L9由近岸向离岸方向测量，潮位逐渐由平潮转为落潮，沿等深线增加方向（离岸方向），流速转向的相对深度逐渐减小，再次证明该海域平潮转为落潮期间海流转向始于底层海水。
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图 5 测线L9不同深度水层航迹（红线所示）和流速矢量图Figure 5. Track (red line) and velocity vector graph of different water depths of line L9![]()
图 6 测线L9不同等深线处海流流向剖面图Figure 6. Profile of current direction at different Isobaths of line L93.2.2 海流流速特征
本文选取涨落潮期间典型剖面流速幅值进行对比分析，测线L1、L3、L6和L10为涨潮期、测线L4和L8为落潮期，各测线流速幅值剖面分布如图7所示。涨潮期间，测线 L1位于祥云岛东北端，离岸方向距离海底约11 m高度处有一层相对稳定的高流速层，流速可达0.7~0.8 m/s，向祥云岛滩面方向水深逐渐变浅，水深小于11 m时，该高流速层减弱；测线L10位于祥云岛西南端，其流速特征与测线L1类似，流速沿向岸方向逐渐降低；测线L3流速幅值相对均匀，垂向和向岸方向流速变化不明显；测线L6流速幅值沿向岸方向呈现明显减小的趋势。结果表明：涨潮流流速沿向岸方向逐渐减小；相对于祥云岛东北和西南段，中部流速幅值整体偏小，测线L3和L6涨潮流离岸端流速可达到0.5 m/s以上。测线L4和L8位于祥云岛中部，其流速幅值明显小于测线L3和L6，祥云岛岸段落潮流速明显低于涨潮流速，而测线L8在近岸段的流速要明显大于离岸段。
测线L11与L12均位于涨潮期，涨潮过程中测线L12在时间上更接近于L1和L10（图2）。 以测线L12为例（图7）平行于祥云岛方向，涨潮期间祥云岛东北端存在明显的高流速层，高流速层位于距离海底约11 m处，这与测线L1的测量结果是一致的。为更直观地展现高流速层的分布形态，本文以测线L1为例，取测线L1中不同等深线（14.46 m、11.46 m和7.46 m）处的流速剖面进行对比，如图8所示。离岸方向等深线测量点数值越大，14.46 m处流速剖面结构表现为抛物线型，表明该处存在明显的高流速层，向岸方向，水深减小（7.46 m），流速剖面垂向分布趋于均匀，11.46 m处为过渡段，流速剖面表现为斜直线型。
3.3 祥云岛近岸悬浮沉积物分布
本次测量中未进行同步取样测试，未能建立背向散射强度与悬浮沉积物的回归公式。如前所述，ADCP记录的声学背向散射强度数据能够在一定程度上定性反映祥云岛周边海域的悬浮沉积物分布情况。本次测量中船载走航式ADCP记录了航测过程中的背向散射强度，以涨潮期间测线L1、L5、L10及L12为例，如图9所示。
涨潮期间祥云岛不同位置背向散射强度剖面的分布结果（图9）显示，祥云岛近底普遍存在一层高悬浮沉积物层，且向岸方向悬浮沉积物浓度逐渐增加。图10为测线L1中不同等深线处（14.46 m、11.46 m和7.46 m）的背向散射强度分布对比图，更直观地反映了悬浮沉积物向岸方向增加的现象。测线L12平行于祥云岛方向，沿NE方向在近底逐渐出现一层悬浮沉积物层，高悬浮沉积物浓度层的出现与流速分布（图7，测线L12）具有很好的一致性；水体中悬浮沉积物的维持需要一定的流速，流速幅值为0.30~0.60 m/s时，水体中更容易形成一层稳定的悬浮沉积物层。沿祥云岛岸线由东北向西南方向，流速降低相应的悬浮沉积物浓度也降低，表明悬浮沉积物在向西南方向输运过程中发生沉积。
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图 10 测线L1不同等深线处背向散射强度Figure 10. Backscatter intensity at different isobaths of line L13.4 悬浮沉积物输运对岸线蚀退的影响
祥云岛是滦河早期从大清河口、长河口入海时建造的沙坝（高善明，1981），自滦河迁徙改道北移入海之后，陆源泥沙来源断绝，加之京唐港的修建，港口防沙堤不断向海延伸，截断了沿岸泥沙的补给，之后祥云岛岸线急剧退化。研究表明1987—2000年，祥云岛岸线呈现出北部侵蚀、南部淤积的状态，岸线变化速率分别为−9.20~+10.40 m/a；2000年以后，北部约1500 m砂质岸线转变为港口围堤，被京唐港扩建、祥云湾码头占用，在沿岸流作用下祥云岛东北段泥沙向西南段运移，引起西南段淤积（邢容容等，2017）。邱若峰等（2010）指出祥云岛西南端的金沙岛岸段，自1987年以来向海拓展22 m，该岸段向海推进的一个重要原因在于人为的吹沙造陆，使得该岸段泥沙补给充足（陈文超等，2016）。 本文测量结果显示祥云岛近海海域涨潮流速（SW向）大于落潮流速（NE向）且祥云岛东北端悬浮沉积物大于西南段悬浮沉积物。这表明目前祥云岛近岸海域的悬浮沉积物整体沿NE−SW方向进行运移，与目前祥云岛岸线的侵蚀现状是一致的。
此外，祥云岛海洋牧场于2007年开始申报建设，牧场位于京唐港西南的祥云湾外海海域，水深7~15 m等深线范围内。海洋牧场建设在其规划海域内投放了包括水泥沉箱、水泥铸块、花岗岩石礁、钢筋板框、船礁等在内的各类人工渔礁共计约20万m3（王湛，2018）。人工渔礁的投放必然对近岸海域的流场产生影响，天津地质调查中心2018年的模拟结果显示，人工渔礁的投放仅对投放区周围两倍面积范围内的流场有影响，并导致明显的侵蚀淤积现象
1 。但该结果尚缺乏现场实测数据支撑，有关海洋牧场建设对海域流场的影响，还需要后续海洋牧场建成后的持续跟踪调查。4. 结 论
利用走航式ADCP在祥云岛海域开展流速、流向及悬浮沉积物浓度等水文要素测量，该方法较传统的定点观测和取样测试，具有不扰动流场、测量历时短、测量范围大、充分利用航时等特点，效率大幅提升。测量结果显示：
（1）祥云岛海域海流以平行于岸线为主，具有明显的往复性，该区域涨潮流明显大于落潮流，涨潮流沿向岸方向逐渐减弱，祥云岛西南部局部落潮流存在向岸方向增强的现象。
（2）祥云岛海域在平潮向落潮过渡期间，海流转向始于底部海水，且海流转向与潮位变化具有一定的滞后性。
（3）测量期间背向散射强度数据表明，祥云岛近岸海域存在明显的高浓度层，且沿向岸方向浓度增加，平行于祥云岛岸线方向，悬浮沉积物浓度由东北向西南方向逐渐降低。
（4）祥云岛近岸海域在涨落潮流的作用下，悬浮沉积物沿祥云岛岸线由东北向西南运移，是导致祥云岛岸线在东北段侵蚀、西南段淤积的主要原因之一。
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图 1 共和盆地地质构造简图（据王二七等，2009修改）
Figure 1. Schematic diagram of the geological structure of the Gonghe Basin (modified from Wang Erqi et al.，2009)
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图 2 基于裂隙统计的共和干热岩区地应力方向投影图（据雷治红，2020修改）
Figure 2. Direction projection map of in−situ stress in hot and dry rock area of Gonghe Basin based on fracture statistics (modified from Lei Zhihong, 2020)
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图 3 共和盆地干热岩区最大水平主应力方位（据王洪等，2021修改）a—水压致裂法；b—应力解除法
Figure 3. Orientation of maximum horizontal principal stress in hot dry rock area of Gonghe Basin (modified from Wang Hong, 2021). (a) HF method; (b) Stress relief method.
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图 4 共和盆地震源分布图(a)（据雷治红，2020修改）和震源机制综合解(b)
Figure 4. Seismic source distribution map of Gonghe Basin (a) (modified from Lei Zhihong, 2020) and the focal mechanism synthesis solution (b)
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图 5 干热岩研究区三维有限元网格模型
Figure 5. Diagram of the 3D finite element mesh model of the hot dry rock study area
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图 6 干热岩研究区三维主应力云图
a—最大主应力云图；b—中间主应力云图；c—最小主应力云图
Figure 6. 3D principal stress Nephogram of the hot dry rock study area
a–Nephogram of maximum principal stress; b–Nephogram of intermediate principal stress; c– Nephogram of minor principal stress
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图 7 干热岩GR2井位移、地应力模拟结果图
a—Z向位移云图；b—GR2井地应力随孔深分布图
Figure 7. Displacement and is−situ stress simulation results diagram in hot dry rock GR2 well
a–Nephogram of Z−direction displacement; b–Variations of stresses with the depth of GR2 well
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图 8 库伦破坏准则有效应力莫尔圆示意图
Figure 8. Mohrcircle of effective principal stress expressing Coulomb’s failure criterion
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图 9 干热岩区断层活动性分析莫尔圆
a—基于地应力的莫尔圆断层活动性分析；b—GR2井在4500 m处断层随孔隙压力的增加可能导致不稳定
Figure 9. Mohr circle of effective principal stress expressing Coulomb’s failure criterion in hot dry rock region
a−Mohr circle based on in−situ stress data for activity analysis of faults；b−The faults may lead to instability with the depth of 4500 m of GR2 well with the increase of pore pressure
表 1 共和干热岩分布区节理裂隙主应力方向统计表
Table 1 Statistics of principal stress direction of joints and fractures in hot dry rock area of Gonghe Basin
位置 经度/° 纬度/° 最大主应力/° 岩性露头 达连海 100.41 36.23 NE 85 临夏组泥岩 千卜禄寺 100.46 36.39 NE 60 印支期花岗岩 沟后 100.58 36.39 NE 62 印支期花岗岩 阿乙亥 100.68 36.21 NE 73 共合组砂岩 龙羊峡 100.90 36.15 NE 75 印支期花岗岩 土林 100.83 36.21 NE 70 临夏组泥岩 党家寺 100.85 36.29 NE 72 印支期花岗岩 
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表 2 干热岩GR2井岩层类别及岩层力学参数
Table 2 Rock stratum category and rock mechanics parameters of hot dry rock GR2 well
岩性 深度/m 密度/(kN/m3) 泊松比 弹性模量/GPa μx μy μz Gxy Gyz Gxz 泥岩 945 22000 0.238 0.238 0.238 7.51 7.51 7.51 砂岩 1000 23650 0.240 0.240 0.240 14.85 14.85 14.85 二长花岗岩 1395 25770 0.253 0.253 0.253 35.44 35.44 35.44 黑云母花岗岩 1600 25810 0.255 0.255 0.255 42.15 42.15 42.15 花岗闪长岩 1800 26850 0.264 0.264 0.264 43.15 43.15 43.15 二长花岗斑岩 1920 26820 0.258 0.258 0.258 46.56 46.56 46.56 黑云母花岗岩 2350 27560 0.274 0.274 0.274 40.25 40.25 40.25 二长花岗岩 2600 27860 0.269 0.269 0.269 42.36 42.36 42.36 黑云母二长花岗岩 4000 27960 0.271 0.271 0.271 41.28 41.28 41.28
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表 3 干热岩地热井地应力数值模拟值对比表
Table 3 Comparison of stress field numerical simulation values in geothermal wells of dry hot rock
深度/m 井名 σv/MPa 相对误差 σH/MPa 相对误差 σh/MPa 相对误差 3000 GR2 77 3.75% 61 15% 54 6.8% GR1 80 72 58 3500 GR2 92 3.15% 72 16.2% 63 7.3% GR1 95 86 68 4000 GR2 104 3.7% 83 15.3% 72 5.3% GR1 108 98 76
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[1] Amadei B, Stephansson O. 1997. Rock Stress and Its Measurement[M]. Centek Publishers.
[2] Byerlee J. 1978. Friction of rocks[J]. Pure & Applied Geophysics, 116(4/5): 615−626.
[3] Ding Sanping. 2008. Early Palaeozoic Tectonic Framework and Evolution in the Junction of Western Qinling Orogenic Belt and Qilian Orogenic Belt[D]. Xi'an: Chang'an University, 1– 200(in Chinese with English abstract).
[4] Dong Zhiping, Yao Zhengsheng, Lei Fang. 1992. Active faults and modern tectonic stress field in the region of eastern Qinghai[J]. Crustal Deformation and Earthquake, 12(4): 64−71 (in Chinese with English abstract).
[5] Du Changting. 2001. Characteristics of the mechanism solutions of Gonghe earthquakes[J]. Plateau Earthquake Research, 13(4): 1−5 (in Chinese with English abstract).
[6] Feng C J, Gao G L, Zhang S H, Sun D S, Zhu S Y, Tan C X, Ma X D. 2022. Fault slip potential induced by fluid injection in the Matouying enhanced geothermal system (EGS) field, Tangshan seismic region, North China[J]. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22(7): 2257−2287.
[7] He Dafang, Zeng Lin, Yang Hanyuan, Ye Jianling, Cao Hui, Zhang Dali. 2018. Granite mass hot dry rock resources hosting condition in hunan[J]. Coal Geology of China, 30(2): 50−57,67 ( in Chinese with English abstract).
[8] He Jiangda, Xie Hongqiang, Wang Qizhi, Xiao mingli. 2009. Inversion analysis of initial geostress in dam site of Guandi Hydropower Project[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 31(2): 166−171 (in Chinese with English abstract).
[9] He Manchao, Xie Heping, Peng Suping, Jiang Yaodong. 2005. Stduy on rock mechanics in deep mining engineering[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 24(16): 2804−2813 (in Chinese with English abstract).
[10] Jing Feng, Sheng Qian, Zhang Yonghui, Luo Wenchao, Liu Yuankun. 2007. Research on distribution rule of shallow crustal geostess in China mainland[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 26(10): 2056−2062 (in Chinese with English abstract).
[11] Lee K K, Ellsworth W L, Giardini D, Townend J, Ge S, Toshihiko S, Yeo I, Kang T S, Junkee R, Sheen D H, Chang C D, Woo J U, Langenbruch C. 2019. Managing injection−induced seismic risks[J]. Science, 364: 730−732. doi: 10.1126/science.aax1878
[12] Lei Zhihong. 2020. Study on the Characteristics of Hot Dry Rock Reservoir and Fracturing Test Model in the Gonghe Basin, Qinghai Province[D]. Changchun: Jilin University, 1–178 (in Chinese with English abstract).
[13] Lei Z H, Zhang Y J, Yu Z W, Hu Z J, Li L Z, Zhang S Q, Fu L, Zhou L, Xie Y Y. 2019. Exploratory research into the enhanced geothermal system power generation project: The Qiabuqia geothermal field, Northwest China[J]. Renewable Energy, 139: 52−70. doi: 10.1016/j.renene.2019.01.088
[14] Li Liangzhen, Zhang Yanjun, Lei Zhihong, Zhang Qian, Zhang Senqi, Fu Lei. 2019. Inversion analysis of 3D geostress field in GR2 well area of Gonghe hot rock geothermal well[J]. Chinese Quarterly of Mechanics, 40(1): 115−123 (in Chinese with English abstract).
[15] Liu Aihua, Yang Qing, Wu Junping. 2013. A practical ANSYS 3−D numerical simulation method for in−situ stress field[J]. Journal of Geomechanics, 19(2): 133−142 (in Chinese with English abstract).
[16] Liu Jian, Hui Chen, Fan Jianming, Lü Wenya, Wang Jiwei, Yin Chen, Wang Haonan. 2021. Distribution characteristics of the present−day in−situ stress in the Chang 6 tight sandstone reservoirs of the Yanchang Formation in the Heshui Area, Ordos Basin, China and suggestions for development[J]. Journal of Geomechanics, 27(1): 31−39 (in Chinese with English abstract).
[17] Liu Hongzhan, Zhang Xiaoling, Yao Mingbo. 2014. Geothermal geology characteristic and origin analysis of Shilin Basin in Yunnan Province[J]. Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), (1): 69−74 ( in Chinese with English abstract).
[18] Lu Chuan, Wang Guiling. 2015. Current status and prospect of hot dry rock research[J]. Science & Technology Review, 33(19): 13−21 (in Chinese with English abstract).
[19] Michael A J. 1987. Use of focal mechanisms to determine stress: A control study[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 92: 357−368.
[20] Ren Haidong, Wang Tao. 2017. Temporal−spatial variations, sources and tectonic significances of the Triassic granitic rocks in the Juncti on part of the east Kunlun and west Qinling Orogen, Central China[J]. Acta Geoscientica Sinica, 38(S1): 59−63 (in Chinese with English abstract).
[21] Shangguan Shuantong, Sun Dongsheng, Zhang Guobin, Yang Yuehui, Qi Xiaofei, Chen Dongfang, Qiao Yongchao, Li A Wei, Chen Qunce. 2021. In−situ stress measurement and fault stability analysis within a depth of 3~4 km in the Tangshan area[J]. Acta Geologica Sinica, 95(12): 3915−3925 (in Chinese with English abstract).
[22] Sun Dongsheng. 2014. Experimental Study of Aneiastic Strain Recovery in−Situ Stress Measurement Methods and its Application[D]. Beijing: Chinese Academy of Geological Sciences , 1–134(in Chinese with English abstract).
[23] Sun Yangui, Fang Hongbin, Zhang Kun, Zhao Fuyue, Liu Shiying, Zhu Xi, Liu Yanguang, Li Jun. 2007. Step−like landform system of the Gonghe basin and the uplift of the Qinghai−Tibet Plateau and development of the Yellow River[J]. Geology in China, 34(6): 1141−1147 (in Chinese with English abstract).
[24] Tan Chengxuan, Sun Weifeng, Sun Ye, Wang Lianjie. 2006. A consideration on in–situ crustal stress measuring and its underground engineering application[J]. Acta Geologica Sinica, 80(10): 1627−1632 ( in Chinese with English abstract).
[25] Vavryˇcuk V. 2014. Iterative joint inversion for stress and fault orientations from focal mechanisms[J]. Geophysical Journal International, 199: 69−77.
[26] Wang Chenghu. 2014. Brief review and outlook of main estimate and measurement methods for in−situ stresses in rock mass[J]. Geological Review, 60(5): 971–991, 992–995, 996 (in Chinese with English abstract).
[27] Wang Erqi, Su Zhe, Xu Guang. 2009. A case study on lateral extrusion occurred along some orogenic belts in China[J]. Chinese Journal of Geology, 44(4): 1266−1288 (in Chinese with English abstract).
[28] Wang Guilin, Zhang Wei, Lin Wenjing, Liu Feng, Zhu Xi, Liu Yanguang, Li Jun. 2017. Research on formation mode and development potential of geothermal resources in Beijing−Tianjin−Hebei region[J]. Geology in China, 44(6): 1074−1085 (in Chinese with English abstract).
[29] Wang Hong, Wang Chenghu, Gao Guiyun, Chen Nian, Zhou Hao, An Yifei. 2021. The state of the in–situ stress and fault slide evaluation of Gonghe Basin, Qinghai Province[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 16(1): 123−133 (in Chinese with English abstract).
[30] Wang Jinan, Li Fei. 2015. Review of inverse optimal algorithm of in–situ stress filed and new achievement[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 44(2): 189−205 (in Chinese with English abstract).
[31] Wang Jiyang, Hu Shengbiao, Pang Zhonghe, He Lijuan, Zhao Ping, Zhu Chuanqing, Rao Song, Tang Xiaoyin, Kong Yanlong, Luo Lu, Li Weiwei. 2012. Estimate of geothermal resources potential for hot dry rock in the continental area of China[J]. Science & Technology Review, 30(32): 25−31 (in Chinese with English abstract).
[32] Wang Lijuan, Mu Qingsong, Miao Tiande. 2008. Numerical simulation of 3D initial stress field of Jinchuan No. 2 Mining Area[J]. Metal Mine, (11): 100−102 (in Chinese with English abstract).
[33] Wang Yong, Yang Weihao. 2016. Numerical simulation method for 3D initial geostress field based on ANSYS[J]. Coal Engineering, 48(10): 77−88 (in Chinese with English abstract).
[34] Xie Furen, Chen Qunce, Cui Xiaofeng, Li Hong, Yang Shuxin, Guo Qiliang, Chen Lianwang, Xu Zhonghuai, Zhang Yanshan, Dou Shuqin, Zhao Jiantao, Zhang Zhoushu, Liu Changyi, Wang Gangjun. 2004. Fundamental database of crustal stress environment in continental China[J]. Progress in Geophysics, 22(1): 131−136 (in Chinese with English abstract).
[35] Xu Jiren, Zhao Zhixin. 2006. Characteristics of the regional stress field and tectonic movement on the Qinghai−Tibet Plateau and in its surrounding areas[J]. Geology in China, 33(2): 275−285 (in Chinese with English abstract).
[36] Xu Tianfu, Hu Zixu, Li Shengtao, Jiang Zhenjiao, Hou Zhaoyun, Li Fengyu, Liang Xu, Feng Bo. 2018. Enhanced geothermal system: International progresses and research status of china[J]. Acta Geologica Sinica, 92(9): 1936−1947 (in Chinese with English abstract).
[37] Yu Zhixiong, Zhou Chuangbin, Chen Yifeng, Li Junping. 2007. Study on v− SVR and modified GA in back analysis of initial stress fields from displacements[J]. Rock and Soil Mechanics, 28(1): 151−156,162 (in Chinese with English abstract).
[38] Zhang Chongyuan, Wu Manlu, Chen Qunce, Liao Chunting, Feng Chengjun. 2012. Review of in−situ stress measurement methods[J]. Journal of Henan Polytechnic University (Natural Science), 31(3): 305−310 (in Chinese with English abstract).
[39] Zhang E Y, Wen D G, Wang G L, Yan W D, Wang W S, Ye C M, Li X F, Wang H, Tang X C, Weng W, Li K, Zhang C Y, Liang M X, Luo H B, Hu H Y, Zhang W, Zhang S Q, Jin X P, Wu H D, Zhang LY, Feng Q D, Xie J Y, Wang D, He Y C, Wang Y W, Chen Z B, Cheng Z P, Luo W F, Yang Y, Zhang H, Zha E L, Gong Y, Zheng Y, Jiang C S, Zhang S S, Niu X, Zhang H, Hu L S, Zhu G L, Xu W H, Niu Z X, Yang L. 2022. The first power generation test of hot dry rock resources exploration and production demonstration project in the Gonghe Basin, Qinghai Province, China[J]. China Geology, 5(3): 372–382.
[40] Zhang Guowei, Guo Anlin, Yao Anping. 2004. Western Qinling−Songpan continental tectonic node in China’s continental tectonics[J]. Earth Science Frontiers, 11(3): 23−32 (in Chinese with English abstract).
[41] Zhang Yongming, Pei Xianzhi, Li Zuochen, Li Ruibao, Liu Chengjun, Pei Lei, Chen Youxin, Chen Guochao, Wang Meng. 2017. LA−ICP−MS zircon U−Pb dating, geochemistry and its geological significance of the heimahe granitic pluton in the western segment of the Qinghai'nanshan tectonic belt[J]. Geological Review, 63(4): 1079−1101 ( in Chinese with English abstract).
[42] Zoback M D. 2007. Reservoir Geomechanics[M]. Cambridge University Press.
[43] 丁仨平. 2008. 西秦岭—祁连造山带(东段)交接部位早古生代构造格架及构造演化[D]. 西安: 长安大学, 1–200. [44] 董治平, 姚政生, 雷芳. 1992. 青海东部活断层与现代构造应力场[J]. 地壳形变与地震, 12(4): 64−71. [45] 都昌庭. 2001. 共和地震震源机制解特征[J]. 高原地震, 13(4): 1−5. [46] 何大芳, 曾琳, 杨汉元, 叶见玲, 曹晖, 张大礼. 2018. 湖南花岗岩体干热岩资源赋存条件分析[J]. 中国煤炭地质, 30(2): 50−57,67. [47] 何江达, 谢红强, 王启智, 肖明砾. 2009. 官地水电站坝址区初始地应力场反演分析[J]. 岩土工程学报, 31(2): 166−171. doi: 10.3321/j.issn:1000-4548.2009.02.003 [48] 何满潮, 谢和平, 彭苏萍, 姜耀东. 2005. 深部开采岩体力学研究[J]. 岩石力学与工程学报, 24(16): 2804−2813. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2005.16.001 [49] 景锋, 盛谦, 张勇慧, 罗超文, 刘元坤. 2007. 中国大陆浅层地壳实测地应力分布规律研究[J]. 岩石力学与工程学报, 26(10): 2056−2062. doi: 10.3321/j.issn:1000-6915.2007.10.014 [50] 雷治红. 2020. 青海共和盆地干热岩储层特征及压裂试验模型研究[D]. 长春: 吉林大学, 1–178. [51] 李良振, 张延军, 雷治红, 张谦, 张森琦, 付雷. 2019. 共和干热岩地热井GR2井区三维地应力场反演分析[J]. 力学季刊, 40(1): 115−123. [52] 刘爱华, 杨清, 吴均平. 2013. ANSYS三维地应力场数值模拟方法应用研究[J]. 地质力学学报, 19(2): 133−142. doi: 10.3969/j.issn.1006-6616.2013.02.003 [53] 刘建, 惠晨, 樊建明, 吕文雅, 王继伟, 尹陈, 王浩南. 2021. 鄂尔多斯盆地合水地区长6致密砂岩储层现今地应力分布特征及其开发建议[J]. 地质力学学报, 27(1): 31−39. [54] 刘红战, 张小凌, 姚明波. 2014. 云南石林盆地地热地质特征及成因分析[J]. 东华理工大学学报(自然科学版), (1): 69−74. [55] 陆川, 王贵玲. 2015. 干热岩研究现状与展望[J]. 科技导报, 33(19): 13−21. [56] 任海东, 王涛. 2017. 东昆仑—西秦岭造山带对接处三叠纪花岗质岩石时空演化、物源特征对比及其大地构造意义[J]. 地球学报, 38(S1): 59−63. doi: 10.3975/cagsb.2017.s1.16 [57] 上官拴通, 孙东生, 张国斌, 杨跃辉, 齐晓飞, 陈东方, 乔永超, 李阿伟, 陈群策. 2021. 唐山地区3~4 km深部地应力测量及断层稳定性分析[J]. 地质学报, 95(12): 3915−3925. doi: 10.3969/j.issn.0001-5717.2021.12.024 [58] 孙东生. 2014. 非弹性应变恢复原地应力测量方法的实验研究及应用[D]. 北京: 中国地质科学院, 1–134. [59] 孙延贵, 方洪宾, 张琨, 赵福岳, 刘世英. 2007. 共和盆地层状地貌系统与青藏高原隆升及黄河发育[J]. 中国地质, 34(6): 1141−1147. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2007.06.021 [60] 谭成轩, 孙炜锋, 孙叶, 王连捷. 2006. 地应力测量及其地下工程应用的思考[J]. 地质学报, 80(10): 1627−1632. doi: 10.3321/j.issn:0001-5717.2006.10.018 [61] 王成虎. 2014. 地应力主要测试和估算方法回顾与展望[J]. 地质论评, 60(5): 971–991, 992–995, 996. [62] 王二七, 苏哲, 许光. 2009. 我国的一些造山带的侧向挤出构造[J]. 地质科学, 44(4): 1266−1288. doi: 10.3321/j.issn:0563-5020.2009.04.016 [63] 王贵玲, 张薇, 蔺文静, 刘峰, 朱喜, 刘彦广, 李郡. 2017. 京津冀地区地热资源成藏模式与潜力研究[J]. 中国地质, 44(6): 1074−1085. doi: 10.12029/gc20170603 [64] 王洪, 王成虎, 高桂云, 陈念, 周昊, 安易飞. 2021. 青海共和盆地地应力状态与断层稳定性分析[J]. 震灾防御技术, 16(1): 123−133. [65] 王金安, 李飞. 2015. 复杂地应力场反演优化算法及研究新进展[J]. 中国矿业大学学报, 44(2): 189−205. [66] 汪集旸, 胡圣标, 庞忠和, 何丽娟, 赵平, 朱传庆, 饶松, 唐晓音, 孔彦龙, 罗璐, 李卫卫. 2012. 中国大陆干热岩地热资源潜力评估[J]. 科技导报, 30(32): 25−31. doi: 10.3981/j.issn.1000-7857.2012.32.002 [67] 王丽娟, 慕青松, 苗天德. 2008. 金川二矿区3D初始应力场的数值模拟[J]. 金属矿山, (11): 100−102. doi: 10.3321/j.issn:1001-1250.2008.11.030 [68] 王勇, 杨维好. 2016. 基于ANSYS的三维初始地应力场模拟方法[J]. 煤炭工程, 48(10): 77−88. doi: 10.11799/ce201610025 [69] 谢富仁, 陈群策, 崔效锋, 李宏, 杨树新, 郭启良, 陈连旺, 许忠淮, 张彦山, 窦淑芹, 赵建涛, 张周术, 刘长义, 王刚军. 2007. 中国大陆地壳应力环境基础数据库[J]. 地球物理学进展, 22(1): 131−136. doi: 10.3969/j.issn.1004-2903.2004.01.019 [70] 徐纪人, 赵志新. 2006. 青藏高原及其周围地区区域应力场与构造运动特征[J]. 中国地质, 33(2): 275−285. doi: 10.12029/gc20060205 [71] 许天福, 胡子旭, 李胜涛, 姜振蛟, 侯兆云, 李凤昱, 梁旭, 冯波. 2018. 增强型地热系统: 国际研究进展与我国研究现状[J]. 地质学报, 92(9): 1936−1947. doi: 10.3969/j.issn.0001-5717.2018.09.012 [72] 余志雄, 周创兵, 陈益峰, 李俊平. 2007. 基于v–SVR 和GA的初始地应力场位移反分析方法研究[J]. 岩土力学, 28(1): 151−156,162. [73] 张重远, 吴满路, 陈群策, 廖椿庭, 丰成君. 2012. 地应力测量方法综述[J]. 河南理工大学学报(自然科学版), 31(3): 305−310. [74] 张国伟, 郭安林, 姚安平. 2004. 中国大陆构造中的西秦岭—松潘大陆构造结[J]. 地学前缘, 11(3): 23−32. [75] 张永明, 裴先治, 李佐臣, 李瑞保, 刘成军, 裴磊, 陈有炘, 陈国超, 王盟. 2017. 青海南山构造带西段黑马河花岗杂岩体锆石U–Pb年代学、地球化学特征及其地质意义[J]. 地质论评, 63(4): 1079−1101.
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