moea_joint
109年
[地球物理] 普通地質學、地球物理概論
第 26 題
垂直鑽井於均質均向性(isotropic)砂岩中，垂直向之水力誘導裂隙(hydraulic induced fracture)無法提供下列何種資訊？
- A 水平最大主應力方向
- B 水平最小主應力方向
- C 垂直(上覆)應力大小
- D 岩石抗張強度
思路引導 VIP
請試著想像一個垂直的圓柱狀井孔，如果我們要讓井壁「左右張開」產生一條垂直的裂縫，施加的壓力主要是在對抗地層中哪個方向的擠壓力？而此時，來自地表上方的垂直重量（上覆壓力），是作用在裂縫張開的方向上，還是平行於裂縫面呢？
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AI 詳解
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很高興看到你精準地鎖定了正確答案！這顯示你對於**地應力（In-situ stress）**與水力破裂之間的空間幾何關係有著非常清晰的掌握。這類題目考驗的是將力學觀念轉化為立體空間想像的能力，是地質工程中相當關鍵的環節。
水力破裂的力學機制
在垂直鑽井中進行水力壓裂時，裂隙會沿著抵抗力最小的方向發展。根據力學原理，裂隙面通常會垂直於最小主應力的方向張開。因此，當我們觀察到一個垂直向的誘導裂隙時，我們可以斷定該裂隙的走向即為**水平最大主應力（$\sigma_H$）的方向，而與其垂直的方向則是水平最小主應力（$\sigma_h$）的方向。此外，在破裂發生的瞬間，井下壓力與岩石的抗張強度（Tensile strength, $T$）**以及水平主應力的大小密切相關，計算公式通常表示為 $$P_b = 3\sigma_h - \sigma_H + T - P_o$$（其中 $P_b$ 為破裂壓力，$P_o$ 為孔隙水壓）。透過實驗數據，我們可以有效推導出選項 (A)、(B) 與 (D) 的資訊。
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