通过深钻孔的天然裂缝数据反演千米尺度地应力

地壳内广泛存在着表征着应力信息的不连续结构——天然裂缝。大量观测表明，脆性地壳中处于剪切滑移应力临界状态的裂缝具有显著导水性，而非临界裂隙则大多不具备导水性。我们拓展库仑准则由原先的二元判断模糊化为剪切滑移概率，表征裂缝剪切临界性和不确定性。通过对实际钻井数据的计算和合成数据，剪切滑移概率与裂缝导水性之间的关系得到验证。基于此关系，我们构建了非线性反演方法，输入天然裂缝的导水性特征信息与空间产状信息，采用网格搜索方法，最优化剪切滑移概率与裂缝导水性的匹配度，输出应力方向和相对大小。我们构建了虚拟裂缝岩体，施加设定的应力状态，计算岩体内具有不同内摩擦系数和空间产状的裂缝的剪切滑移概率。并通过裂缝数目、数据误差、导水裂缝比例、裂缝方向多样性四个参数，生成不同数据。验证本方法的正确性和稳定性，以及数据多样性对反演结果的影响。最后，我们对四口千米尺度科学钻井，Cajon Pass，Long Valley，NTS，KTB所拾取的天然裂缝数据的多样性进行分析，并用于反演获得远场应力方向和相对大小，结果与原位独立测量结果高度吻合。总体而言，该研究明确了裂缝剪切滑移概率与导水性之间的相关性，构建非线性方法反演地应力，并讨论数据多样性的影响。