DOI: https://doi.org/10.1007/s40789-025-00769-2
تاريخ النشر: 2025-03-15
المؤلف: Peng Li وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الزلازل والتكتونيات
نظرة عامة
تدرس الدراسة توزيع الإجهاد في حزام زهاو-بينغ المعدني، كاشفة عن أشكال متميزة من بيانات الإجهاد التي تظهر ارتباطًا خطيًا منخفضًا. مستوى الإجهاد العام مرتفع بشكل ملحوظ، مع توزيع غير متساوٍ لشدة الإجهاد يُعزى إلى التغيرات في الهياكل العُقدية المحلية ومصادر القوة. يتميز نظام الإجهاد بالعلاقة $\sigma_H > \sigma_v > \sigma_h$، متماشيًا مع ميزات حركة هياكل العُقد في المنطقة.
بالإضافة إلى ذلك، تُظهر نسب الإجهاد $K_H$ و$K_h$ و$K_{av}$ انخفاضًا غير خطي كبير مع زيادة العمق، حيث تقترب من قيم 0.93 و0.73 و0.83، على التوالي. توزيع $K_{Hh}$ عبر الأعماق المختبرة متباين نسبيًا، مع قيمة متوسطة تبلغ 1.79، تتركز بشكل أساسي بين 1.25 و2.96. اتجاه $\sigma_H$ مستقر ومحدد جيدًا ضمن العمق المختبر، متماشيًا بشكل أساسي في الاتجاه WNW-ESE، مما يشير إلى تأثير ضئيل من العوامل التكتونية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية إجهاد الصخور في الموقع كمعامل جيوفيزيائي حاسم ضمن القشرة الأرضية، خاصة للتطبيقات في ميكانيكا الصخور المتعلقة باستغلال الموارد المعدنية، وتحليل النشاط التكتوني، وتوقع الزلازل. تعتبر شبه جزيرة جياودونغ في شرق الصين، المعروفة باحتياطياتها الكبيرة من الذهب – أكثر من 5000 طن، تتركز بشكل أساسي في حزام زهاو-بينغ المعدني – نقطة التركيز في هذه الدراسة. تؤثر التعقيدات الجيولوجية في المنطقة، التي تتميز بهياكل عُقدية نشطة، على توزيع المعادن وتساهم في الأنشطة الميكروسيسمية المتكررة، مما يطرح تحديات لعمليات التعدين العميق التي غالبًا ما تواجه كوارث جيولوجية هندسية مثل انفجارات الصخور وسقوط الأسطح.
على الرغم من أن الأبحاث السابقة ركزت على خصائص رواسب الذهب ونشاط العُقد، إلا أنه كان هناك نقص في البيانات الشاملة بشأن حقل الإجهاد التكتوني في المنطقة، مما يحد من فهم دينامياتها الجيولوجية. لمعالجة هذه الفجوة، قام المؤلفون بإجراء حملات قياس الإجهاد باستخدام طرق الحفر الزائد والتكسير الهيدروليكي في المناجم الرئيسية للذهب ضمن حزام زهاو-بينغ. سمحت بيانات الإجهاد الناتجة بتحليل توزيع الحقل الإجهادي المعاصر، وحجمه، واتجاهه، بالإضافة إلى مقارنة طرق القياس من حيث الموثوقية. تستكشف الدراسة أيضًا العلاقة بين حقل الإجهاد والهياكل الجيولوجية الإقليمية، مع تقييم استقرار الهياكل العُقدية تحت ظروف الإجهاد الحالية وتقييم المخاطر الزلزالية المحتملة. هذه النتائج حاسمة لتعزيز سلامة المناجم وتحسين استراتيجيات التخفيف من كوارث الزلازل في المنطقة.
نقاش
يتميز حزام زهاو-بينغ المعدني، الواقع شرق صدع تان-لو وشمال غرب ارتفاع جياوبي، بنشاط جيولوجي وتكتوني كبير، بما في ذلك أحداث التمعدن المتكررة. هذه المنطقة، التي تعد جزءًا من منطقة ارتفاع جياودونغ، تظهر نشاطًا بركانيًا واسع النطاق من العصر الوسيط، مع صخور جرانيتية متداخلة متنوعة وتشكيلات بركانية. تعتبر العروق المعدنية الرئيسية من أنواع الكوارتز الحاملة للذهب، الموجودة بشكل أساسي ضمن منطقة الهيكل العُقدي المنخفض للجرانيت المختلط لينغ لونغ. تشكل الشكل المعقد لهذه الأجسام المعدنية، المتأثر بأنشطة هيكلية متعددة المراحل، تحديات لعمليات التعدين. تشمل الميزات الجيولوجية الرئيسية هياكل الطي القديمة وشبكة من الصدوع المتجهة NNE-NE، حيث يُعتبر صدع زهاو-بينغ الهيكل الأكثر أهمية في التحكم في الرواسب المعدنية، مما يؤثر على توزيع رواسب الذهب الرئيسية.
فيما يتعلق بقياسات الإجهاد في الموقع، استخدمت الدراسة كل من تقنيتي الحفر الزائد (OC) والتكسير الهيدروليكي (HF) لتقييم حالة الإجهاد داخل منجم الذهب لينغ لونغ. كشفت طريقة OC أن الحد الأقصى للإجهاد الرئيسي ($\sigma_1$) هو بشكل أساسي أفقي، بينما تظهر الإجهادات الرئيسية المتوسطة ($\sigma_2$) والحد الأدنى ($\sigma_3$) اتجاهات متغيرة. أكدت طريقة HF، التي تقيس الإجهاد من خلال الشقوق الهيدروليكية المستحثة، وجود أحجام إجهاد كبيرة عند أعماق مختلفة، حيث بلغ متوسط الحد الأقصى للإجهاد الأفقي ($\sigma_H$) حوالي 30.53 ميغاباسكال. تشير النتائج من كلا الطريقتين إلى بيئة إجهاد معقدة تأثرت بتاريخ المنطقة التكتوني، مع تداعيات لفهم استقرار وسلوك التشكيلات الجيولوجية في حزام زهاو-بينغ المعدني.
DOI: https://doi.org/10.1007/s40789-025-00769-2
Publication Date: 2025-03-15
Author(s): Peng Li et al.
Primary Topic: earthquake and tectonic studies
Overview
The study investigates the stress distribution in the Zhao-Ping metallogenic belt, revealing distinct forms of stress data that exhibit low linear correlation. The overall stress level is notably high, with an uneven distribution of stress intensity attributed to variations in local fault structures and force sources. The stress regime is characterized by the relationship $\sigma_H > \sigma_v > \sigma_h$, aligning with the movement features of the region’s fault structures.
Additionally, the stress ratios $K_H$, $K_h$, and $K_{av}$ demonstrate a significant nonlinear decrease with increasing depth, approaching values of 0.93, 0.73, and 0.83, respectively. The distribution of $K_{Hh}$ across the tested depths is relatively scattered, with an average value of 1.79, primarily concentrated between 1.25 and 2.96. The orientation of $\sigma_H$ is stable and well-defined within the tested depth, predominantly aligned in the WNW-ESE direction, indicating minimal influence from tectonic factors.
Introduction
The introduction highlights the significance of in-situ rock stress as a critical geophysical parameter within the lithosphere, particularly for applications in rock mechanics related to mineral resource exploitation, tectonic activity analysis, and earthquake prediction. The Jiaodong Peninsula in eastern China, known for its substantial gold reserves—over 5000 tons, primarily concentrated in the Zhao-Ping metallogenic belt—serves as the focal point of this study. The region’s geological complexity, characterized by active fault structures, influences mineral distribution and contributes to frequent microseismic activities, posing challenges for deep mining operations that often encounter engineering geological disasters such as rockbursts and roof falls.
Despite previous research focusing on gold deposit characteristics and fault activity, there has been a lack of comprehensive data regarding the tectonic stress field in the area, which limits the understanding of its geodynamics. To address this gap, the authors conducted stress measurement campaigns using overcoring and hydraulic fracturing methods in key gold mines within the Zhao-Ping belt. The resulting stress data allowed for an analysis of the contemporary stress field’s distribution, magnitude, and orientation, as well as a comparison of measurement methods for reliability. The study also explores the relationship between the stress field and regional geological structures, assessing the stability of fault structures under current stress conditions and evaluating potential seismic risks. These findings are crucial for enhancing mine safety and improving earthquake disaster mitigation strategies in the region.
Discussion
The Zhao-Ping metallogenic belt, situated east of the Tan-Lu fault and northwest of the Jiaobei uplift, is characterized by significant geological and tectonic activity, including frequent mineralization events. This region, part of the Jiaodong uplift area, exhibits extensive Mesozoic magmatism, with various granitoid intrusive rocks and volcanic formations. The primary ore veins are gold-bearing quartz types, predominantly found within the Linglong mixed granite’s low-sequence fault structural zone. The complex morphology of these ore bodies, influenced by multi-stage structural activities, poses challenges for mining operations. Key geological features include ancient fold structures and a network of NNE-NE trending faults, with the Zhao-Ping fault being the most significant ore-controlling structure, influencing the distribution of major gold deposits.
In terms of in-situ stress measurements, the study employed both the overcoring (OC) and hydraulic fracturing (HF) techniques to assess the stress state within the Linglong gold mine. The OC method revealed that the maximum principal stress ($\sigma_1$) is predominantly horizontal, while the intermediate ($\sigma_2$) and minimum ($\sigma_3$) principal stresses exhibit varying orientations. The HF method, which measures stress through induced hydraulic fractures, confirmed the presence of significant stress magnitudes at various depths, with the maximum horizontal stress ($\sigma_H$) averaging around 30.53 MPa. The results from both methods indicate a complex stress environment influenced by the region’s tectonic history, with implications for understanding the stability and behavior of the geological formations in the Zhao-Ping metallogenic belt.