张重远等–IJRMMS：多方法约束的恰卜恰地热田地应力状态：盆地-基底应力对比启示

　　在深部能源和资源开采工程中，准确掌握地壳内部的地应力状态，对于揭示相关地质现象以及保障地下工程安全高效实施至关重要。中国地质科学院地质力学研究所地应力研究团队，联合青海省水文地质工程地质环境地质勘查院、美国宾夕法尼亚州立大学，聚焦于非弹性应变恢复法（ASR）、水压致裂（HF）及成像测井多种测量方法联合约束地应力状态，开展了大量现场地应力测试，系统揭示了青海共和盆地恰卜恰地热田沉积盖层与花岗岩基底的三维地应力状态，也为共和盆地的地热开采和远景评价提供了科学支撑（图1、图2）。本研究取得的主要认识有：

　　（1）融合“定性-半定量-定量”约束模式，实现了全应力张量的综合约束

　　基于恰卜恰地热田钻孔和岩芯，利用ASR法、HF法、成像测井和应力多边形理论约束等多种地应力调查技术，不仅获得了完整应力张量，还通过井壁崩落、钻井诱导缝等多种应力特征相互验证，显著提高了应力状态（尤其是应力方向）分析结果的可靠性与分辨率，与区域构造动力学背景高度吻合。尤其是，论文系统调查了诱发花瓣线应力指标在岩芯和井壁成像中的独立证据，结果可靠性强（图3）。本文提出的地应力调查约束模式进一步为工程场地地应力可靠评价提供了借鉴，提高可靠性和效率。

　　（2）揭示了沉积盖层与花岗岩基底截然相反的应力机制及其“镜像效应”

　　实测数据表明，盆地浅部沉积盖层受重力主导表现为正断机制，而深部花岗岩基底受构造挤压主导表现为走滑或局部逆冲机制。论文指出，对于被刚性地壳岩体围限约束、且规模较小的盆地，水平构造应力不可忽视，采用现有的Eaton模型评价地应力可能出现较大误差。尤为重要的是，基底地形起伏以及岩性力学性质存在差异从而导致水平差应力在沉积岩层中随深度增加而增大，但在花岗岩层中逐渐减小，在沉积-基岩界面两侧呈现“镜像效应”，即应力在界面处发生转折，这为理解多层地热系统中应力分异提供了关键证据（图4）。

　　（3）明确了区域构造应力场的方向及其局部非均质性的成因

　　研究确定了基底中SHmax方向为N47°±21°E，与区域地球物理推断的NE-SW向挤压应力场一致，印证了印度-欧亚板块碰撞远场效应的控制作用。同时，研究创新性地将局部应力场的非均质性与基底地形、岩性力学性质之间的差异以及低摩擦矿物（如绿泥石）导致的断层再活化联系起来，深化了对应力旋转与释放机制的理解。

　　该研究成果近期发表在岩石力学领域Top期刊International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences上（Hu, Z., Zhang, S., Zhang, C*., Zhang, S., Elsworth, D., Meng, W., & Qin, X. (2026). Multi-method constrained stress states in the Qiabuqia geothermal field, NW China: Insights from basin-basement contrasts. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 199, 106422.https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2026.106422）。张重远研究员为本文通讯作者，联合培养博士生胡紫娟（现为南方科技大学博士后）为第1作者。研究得到国家自然科学基金面上项目（42477213, 42177175）以及地质调查项目（DD20190138）联合资助。

　　  

　　图1（a）共和盆地区域地质图，（b）恰卜恰地热田钻孔分布和（c）温度测井

　　 

　　图2DR-8S钻孔925.4 m（a）和988.7 m（b）处花岗岩段的HF试验曲线

　　 

　　图3钻孔DR-8S代表性声波测井图像。（a）钻孔崩落、（b）和（e）钻井诱发张裂隙，（c）诱发雁列状张裂隙EF、（d）诱发花瓣线裂隙（PCF）。PCF的I-IV部分分别对应于（f）中岩芯表面的诱导裂缝。NF是天然小断层，AF临界应力裂隙

　　 

　　 

　　图4 （a）恰卜恰地热田地质剖面及应力环境。黑色和红色三角形分别表示沉积层和花岗岩取芯用于ASR地应力测试的位置。沉积层和花岗岩基底的主应力方向表明了不同的应力状态。基于Eaton模型计算的水平主应力（Shext）由红色实线表示。黑线是基于库仑摩擦准则的极限水平主应力（Shlim）；黄色阴影表示两种地质单元中水平主应力差的垂直变化