摘要：摘要:渤海海峡跨海通道工程是连接山东半岛与辽东半岛重要的海上交通主线工程，沿线地应力状态是工程设计和施工决策的重要参考依据。为了准确获得工程南段地区现今地应力特征及构造应力场分布特征，在烟台市蓬莱区西南北沟镇实施了300 m以浅的水压致裂法地应力测量。结果表明

本周继续为大家推荐《地质力学学报》2025年2期乔二伟等作者的封面文章《渤海海峡跨海通道工程南段地应力特征与工程稳定性分析》。

作者：乔二伟, 马秀敏, 郭华林, 孙尧, 姜景捷

摘要: 渤海海峡跨海通道工程是连接山东半岛与辽东半岛重要的海上交通主线工程，沿线地应力状态是工程设计和施工决策的重要参考依据。为了准确获得工程南段地区现今地应力特征及构造应力场分布特征，在烟台市蓬莱区西南北沟镇实施了300 m以浅的水压致裂法地应力测量。结果表明：测区主导应力为水平构造应力，与东北—华北应力区其他地区相比，应力值处于中等；随测量深度增加，最大水平主应力（SH）、最小水平主应力（Sh）和垂向主应力（Sv）均呈线性增大趋势；在测量深度范围内地壳浅表层应力结构以逆断型为主，即SH>Sh>Sv；实测SH平均方位角为N75.3°E，与华北应力区的应力场方向一致, 也与其震源机制解和GPS测量揭示的区域构造应力场方向基本一致。应用库仑摩擦滑动准则和此次测量数据，初步评估了渤海海峡跨海通道工程南段地区现今地应力积累水平及其对工程稳定性的影响，认为区域内应力积累总体水平相对较低，工程区域地壳相对稳定。依据岩爆危险程度综合判别准则σθmax / Rc讨论了通道区域地下隧道工程围岩岩爆的可能性，认为该工程地下隧道发生岩爆可能性很低，隧道围岩总体稳定。研究结果为渤海海峡跨海通道工程的设计、施工等方案的优选提供了科学依据，同时也可为区域活动断裂、地震地质、区域动力学等研究提供基础数据。

关键词：渤海海峡；跨海通道工程；水压致裂法；地应力；围岩稳定性；构造应力场

图件及说明

图 1 渤海海峡跨海通道线路示意图及区域构造地质简图

根据渤海海峡跨海通道工程的线路走向，以北长山岛为界，将该工程线路简单分为南段和北段两部分，南段总体为北北西走向（图1a），南段烟台蓬莱地区区域地质构造主要以北北东向和北西西向断裂为主（图1b）。

图 2 BGZ测点压裂段岩芯

为了使测量结果准确、可靠，此次工作主要采取了控制测试流量和提高测段完整性2种方法。控制测试流量，就是根据现场测试实际情况，控制流量在12 L/min以下。这样可防止出现较大的附加管阻压力，确保测试数据的精准性。提高测段完整性，则是选择的测段岩芯完整程度均大于95%，且压裂段岩芯没有原生裂隙（图2），这样保障了测试结果具有一定的代表性

图 3 BGZ测点水压致裂地应力测量曲线

图 4 BGZ测点SH、Sh和Sv随深度的变化曲线

按照水压致裂法技术规范（Haimson and Cornet，2003；中国地震局，2018），在BGZ测点孔深 30.0～293.4 m 实施了10个测段的原位测量和两个测段的印模试验，得到8个测段的数据为有效测量（图3）。所获取的8个测段曲线都显示了清晰的破裂压力特征，且各重张回次形态重复性好，表明此次测试结果准确、可靠。根据Haimson and Fairhust（1969）和Haimson（1987）的水压致裂理论，得到每个测段的最大、最小水平主应力及垂向主应力（表1，图4）。

图 5 BGZ测点水压致裂印模定向结果

此次测量获取的最大水平主应力SH方向为N82.2°E和N68.5°E（表1，图5）,平均值为N75.3°E，与所属华北应力区的应力场方向一致（马杏垣，1987；谢富仁等，2004），也与震源机制解（许忠淮等，1983；董旭光等，1999；刘方斌等，2018）和GPS测量（张培震等，2002；张静华等，2004）揭示的区域构造应力场方向基本一致。

图 6 侧压力系数KH，Kh，Kav 随深度的变化曲线

此次获得的侧压系数随深度的变化特征见图6。在0～231.6 m，KH变化范围为1.58～5.777，Kh的范围为1.28～4.56，Kav则为1.43～5.16，说明渤海海峡跨海通道工程南段地区的地应力状态以水平构造应力为主导，其变化范围与现有认知规律基本一致（景锋等，2007；杨建中，2008；张永兴，2008）。整体上，3个侧压系数值和离散性随深度增加均呈减小趋势。

图 7 不同地区SH随深度变化情况

为进一步了解渤海海峡跨海通道工程南段地区现今地应力水平，以最大水平主应力SH为例将此次测量结果与同属东北—华北应力区的北京地区、渤海海峡地区和郯庐断裂带山东段、山东地区、长白山天池火山地区以及山东蓬莱近海岸地区的SH拟合曲线进行对比（图7）。

图 8 BGZ测点地应力数据的库伦破裂准则计算结果

根据计算结果（图8），BGZ测点最大和最小有效主应力大多在μ= 0.6临界线之下，表明研究区现今地壳浅表层应力尚未满足邻近断裂滑动失稳的标准，说明渤海海峡跨海通道工程南段区域现今地应力积累总体水平相对较低，还没超出地壳破裂要求的临界状态。

文章结论

采用水压致裂法在渤海海峡跨海工程南段BGZ测点实施了原位地应力测量，对区域地应力特征展开了研究，并对渤海海峡跨海工程构造应力场分布特征进行了分析，得到以下认识：

（1）在测量深度范围内，最大水平主应力SH范围为4.67～10.46 MPa，最小水平主应力Sh范围为3.69～9.57 MPa。与东北—华北应力区其他地区相比，区内应力值相对较低，处于中等水平。且随测量深度增加，地壳浅表层地应力值SH、Sh和Sv均呈线性增大趋势。

（2）在232 m以浅范围内，地壳浅表层应力类型以逆断型为主，SH>Sh>Sv。最大水平主应力SH方向为北东—北北东, 平均方位角为N75.3°E，与华北应力区的应力场方向基本一致,也与该区域震源机制解和GPS测量的区域构造应力场方向基本一致。侧压力系数随深度的变化范围表明，研究区以水平构造应力为主导。

（3）渤海海峡跨海通道工程南段区域地壳浅表层及震源深度构造应力场存在显著差异，表明该区应力场在垂向上可能存在分层特征，浅表层以挤压−剪切为主，深部则以拉张−剪切为主。

（4）基于库仑摩擦滑动准则的分析结果表明，渤海海峡跨海通道工程南段区域现今地应力积累总体水平相对较低，尚未超出地壳破裂要求的临界状态。推测邻近北沟−玲珑断裂和黄县断裂目前相对稳定，渤海海峡跨海通道工程南段区域地壳基本上也是稳定的。

（5）以实测原位地应力和岩石力学参数为基础，依据岩爆危险程度综合判别准则σθmax / Rc对渤海海峡跨海通道两个区段的工程稳定性进行了分析，认为目前渤海海峡跨海工程地下隧道没有发生岩爆的可能，隧道围岩总体稳定。

引用格式

乔二伟，马秀敏，郭华林，等，2025. 渤海海峡跨海通道工程南段地应力特征与工程稳定性分析[J]. 地质力学学报，31（2）：197−210 doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2023169

QIAO E W，MA X M，GUO H L，et al.，2025. Characteristics of in-situ stresses and engineering stability analysis on the south section of the Bohai Strait Cross-Sea Corridor project[J]. Journal of Geomechanics，31（2）：197−210 doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2023169

来源：地质力学学报