含V形构造花岗岩块体破坏过程中的声发射特征

试样采用 2 0 0mm× 2 0 0mm× 15mm云南大理产粗粒花岗岩 ,其上切割出雁列式断层组成的V形块体边界 ,切缝以石膏填充。按构造特征 ,把样品分为几个区 ,其中A区为断层交汇区 ;B区为左行左列岩桥区 ;C区为右行左列岩桥区。采用双轴加压。文中详细讨论了岩样受压破坏过程中的声发射特征。微破裂定位表明 ,声发射有区域群发性和成群的迁移性。微破裂从A区向B区迁移最后到C区。在迁移初期 ,声发射在原发生地与迁移地两处交替发生。相对较大的声发射 ,每个时期每个区域均有发生 ,但C区即最后发生地相对集中 ,该处岩桥区断裂后试样崩溃。定点应变结果也出现了 3次突跳 ,与声发射A ,B ,C区的声发射移动特征相吻合。用“累计频度 -能级”关系对局部b值的分析显示 :主破裂前 ,C区b值明显减小。从构造特征上看 ,三区为不同构造的相交处 ,为事件发生敏感地段 ,这就导致了不同的破裂顺序 ,甚至产生不同的破裂前兆现象     

共线不连通断层标本变形过程中群体微破裂事件的时空演化

设计了共线不连通断层物理模型,在概念上可模拟与地震孕育相关的障碍体或强固区。开展了中等尺度辉长岩标本的双轴破裂实验,对4600余次微破裂事件进行了精确定位,据此对共线不连通断层标本变形过程中群体微破裂事件时空演化的统计特征进行初步研究。由于强闭锁作用,变形过程中在98％的峰值强度,以前围绕不连通区域显示一系列在时间上依次递进、空间上逐步收缩、长轴方向随之改变的“空区”演化图像。在峰值强度后的弱化阶段,较大的声发射事件在被动盘明显丛集,而主动盘则小AE事件呈弥散性分布,与弹性变形阶段相比。弱化阶段AE主体活动区域从主动盘迁移至被动盘,并且AE较大事件次数明显增多、应变能释放急剧增加,声发射率在不连通区域破裂前的瞬间达到最高值。b值在不连通区域破裂失稳前显示“趋势性降低—快速回升”这一典型变化过程。对比研究还表明,破裂型失稳较粘滑型失稳具有更为明显、丰富的微破裂前兆。     

实验室声发射到时数据定位处理方法

本文引入了两种新型的声发射(AE)定位方法:(1)列阵降幂法:通过调整传感器之间的相对位置,改善定位方程,使之线性化,最终推出AE定位方程的唯一解析解。(2)预标定搜索法:实验前,用AE模拟器标定测量区内各点的AE到时数据,实验后,将实验数据与标定数据逐个对比,搜索出AE源位置。它适用于在含复杂结构的样品中的AE定位。这两种方法都可大大节省计算时间。文中还讨论了误差分布,并给出了应用实例。     

两种不同粒度花岗岩中的声发射的震源分布分形结构和震源机制解

粗粒稻田花岗岩（平均粒径５ｍｍ）和细粒大岛花岗岩（粒径小于２ｍｍ）样品在三轴压缩实验中产生变形。其声发射（ＡＥ）由２０个传感器进行实时监测。每次实验中，依据观测资料的各向异性速度模型均测到数千个事件。两种岩石的声发射源空间分布具有分形结构。稻田花岗岩和大岛花岗岩的平均分维标度分别为２．３和２．７。两种岩石的声发射源机制差异较大。稻田花岗岩在整个破裂过程中，Ｓ型（源于剪切破裂）占主导地位，而大岛花岗     

单轴实验时的加载速率与声发射特征

通过单轴压缩云南大理县大理岩试验发现:岩石主破裂前,若加载速率太高或太低,且为完全脆性破裂时,则几乎没有声发射事件,即很少有前破裂发生。主破裂前若加载速率适当且有延性变化时,则有众多声发射事件,对这些声发射事件用类似于余震频度衰减公式分别求出事件率随时间和事件率随轴向应变的衰减系数(h_t、h_ε),结果表明随应力增大衰减系数有个低值阶段。同时指出了声发射仪记录事件的不确定性对分析实验结果可能有的重要影响。     

声发射矩张量自动反演

岩石实验中常通过声发射定位了解岩石内部微破裂发生的时间和位置.如果将地震学中震源机制反演算法引入声发射研究,就可获得微破裂机制,对分析力学过程很有帮助.然而岩石样品中的声发射与野外地震不同,有一些难点:①声发射采集系统的采集通道一般较少,根据少数一些点的初动方向,无法精确勾勒出节面的空间分布;②岩石在围压不高时破裂不一定是纯剪位错,也就是说不一定符合双力偶模型,初动方向有可能不是四象限分布;③构造物理实验中常观测到成千上万个声发射事件,到时识别、初动方向识别很难依靠肉眼识别完成.     

雁列式断层组合变形过程中的声发射活动特征

着重研究拉张或挤压型雁列式断层标本变形过程中声发射(简称AE，下同)的时空演化特征. 结果表明，预置构造对AE空间分布格局具有较强的控制作用，随着差应力的增加，AE首先在两个端点附近丛集，之后向两端点连线附近集中，出现明显的破裂局部化现象，较大事件还通常集中于某一端点附近反复发生. 前期微破裂丛集图象指示后期宏观破裂的扩展方向及扩展范围. 拉张和挤压型雁列区宏观破裂方向分别与轴向应力方向垂直和平行. 雁列式断层标本变形过程中，破裂前的弱化阶段相对较长、弱化过程明显. 微破裂事件累积频次指数增长可能是系统失稳前的典型征兆之一，而雁列区宏观破裂之后，AE数量逐渐减少、应变释放相对减弱. 摩擦滑动过程中，大的粘滑失稳前未见有AE活动前兆性的增强过程.雁列区的b值变化在失稳前显示趋势性降低——快速回升这一典型的变化过程，b值降低一般发生在差应力增强过程之中，并有可能延续至弱化阶段，而快速回升则一般发生在破裂失稳前的短时期内. 对比研究表明，构造差异所导致的b值差异远大于b值随差应力的增加而产生的变化量，而对同一构造标本，力学状态的改变会导致AE序列时序特征的急剧变化，较高的加载速率对应较高的应变能释放及明显的低b值. 先期破碎带由于较低的破坏强度，其对差应力的微小变化具有特殊敏感性，从而成为源、兆分离、窗口或敏感点效应等地震活动性前兆现象的一种可能的原因.      

岩石摩擦滑动中声发射的多普勒效应

在双剪摩擦滑动实验中可观测到声发射的多普勒效应。对于单个声发射事件，顺断裂扩展方向上的探头可记录到较短周期的初动波半周期，而在断裂扩展反方向上的探头记录则反之，在扩展过程中，声发射前续波由初始破裂引起的前激波、声源破裂扩展的扩展相和停止相组成，显示出声源破裂有一由静到动的加速过程。而在时间序列上，声发射事件存在着３个阶段：较强声发射事件发生初期，前激波时间超前较长，停止相不明显，声发射源的破裂速度较慢；第二阶段停止相突出，扩展速度加快，前激波到时超前量减小；最后，在原初始半周期处叠加了较大振幅的高频波     

含多组雁列构造试样的特征位移场与声发射的关系-应变空区的实验与理论探讨

针对唐山等大地震前出现的形变空区现象，依据实验和理论对应变空区进行了探讨． 实验过程中采用焦散线法、实时全息干涉计量方法(激光)图像摄影记录，同时进行微破裂(声发射)记录．依据固体损伤理论，结合微破裂定位对应变空区进行研究，得出两点结论:①应变空区在线弹性情况下出现是一种必然现象，且应变空区的位置相对稳定，与裂纹端部的应力集中相对应；②应变空区内几乎不发生微破裂．微破裂总是从高应力区产生，且几乎就发生在应力集中区与应变空区相联的条带内，最终表现为微破裂(声发射)的带状或成丛分布．主破裂总是从应变核(焦散阴影区)开始，然后向应变空区急剧发展，形成主大破裂，最终导致试样崩溃．      

实验室声发射三维定位及标本波速场各向异性研究

根据慢度离差法的基本原理,给出由遗传算法确定AE空间位置、发生时刻及慢度离差5个参量的具体方法。结合实验条件,通过数值试验对定位误差等问题进行探讨,并对真实AE定位的误差分布给出统计上的圈定。数值试验结果表明,算法具有较高的精度和较好的收敛性及稳健性;探头数量及布设方式对定位结果的优劣有影响, 4个以上探头有记录时,即可得到理想的结果;大的定位误差主要来源于台阵外部少数“ AE”的结果。到时测量的随机误差小于最小测量时间单位的50%时,平均有97%的“AE”定位误差分布在3 mm 范围内,小于物理不可分辨精度(探头直径)。     

标本非均匀性对岩石变形声发射时空分布的影响及其地震学意义

基于一组实验结果,讨论了岩石标本的非均匀性（预存微裂纹和宏观裂纹）对声发射 时空分布的影响. 对比分析表明,预存微裂纹的存在使得破裂成核前声发射率快速增加、 b值表现出一种短期异常现象,即在下降背景上出现起伏,从而增加了破裂时间的可预报 性. 宏观结构（节理、层面等）的存在对声发射率和b值的影响与微裂纹相同,而且宏 观结构对声发射的空间分布具有控制作用,声发射丛集的宏观构造通常控制着未来的主破裂 . 这意味着宏观构造的存在使得主破裂的时间和位置预报成为可能.      

Accurate Location of Synthetic Acoustic Emissions and Location Sensitivity to Relocation Methods, Velocity Perturbations, and Seismic Anisotropy

Acoustic emission (AE) monitoring is a non-invasive method of monitoring fracturing both in situ, and in experimental rock deformation studies. Until recently, the major impediment for imaging brittle failure within a rock mass is the accuracy at which the hypocenters may be located. However, recent advances in the location of regional scale earthquakes have successfully reduced hypocentral uncertainties by an order of magnitude. The least-squares Geiger, master event relocation, and double difference methods have been considered in a series of synthetic experiments which investigate their ability to resolve AE hypocentral locations. The effect of AE hypocenter location accuracy due to seismic velocity perturbations, uncertainty in the first arrival pick, array geometry and the inversion of a seismically anisotropic structure with an isotropic velocity model were tested. Hypocenters determined using the Geiger procedure for a homogeneous, isotropic sample with a known velocity model gave a RMS error for the hypocenter locations of 2.6 mm; in contrast the double difference method is capable of reducing the location error of these hypocenters by an order of magnitude. We test uncertainties in velocity model of up to ±10% and show that the double difference method can attain the same RMS error as using the standard Geiger procedure with a known velocity model. The double difference method is also capable of precise locations even in a 40% anisotropic velocity structure using an isotropic model for location and attains a RMS mislocation error of 2.6 mm that is comparable to a RMS mislocation error produced with an isotropic known velocity model using the Geiger approach. We test the effect of sensor geometry on location accuracy and find that, even when sensors are missing, the double difference method is capable of a 1.43 mm total RMS mislocation compared to 4.58 mm for the Geiger method. The accuracy of automatic picking algorithms used for AE studies is ±0.5 μs (1 time sample when the sampling rate is 0.2 μs). We investigate how AE locations are effected by the accuracy of first arrival picking by randomly delaying the actual first arrival by up to 5 time samples. We find that even when noise levels are set to 5 time samples the double difference method successfully relocates the synthetic AE.     

声发射矩张量反演

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发射波长,且声发射由微破裂产生,声发射源的尺度很小时,P波矩张量反演可采用远场近似.本文首先针对声发射的特点,实现根据远场P波反演声发射矩张量的算法,并通过人工声发射实验对算法的正确性和可靠性进行了检验.最后,用声发射矩张量反演方法对花岗岩单轴压缩实验的声发射源特征进行了分析.结果表明：对于纯剪切破裂模式,声发射矩张量反演可得断层面;对于非纯剪切破裂模式,如纵向挤压导致的横向张性劈裂,由于存在多解性不能得到断层面,但可通过矩张量的迹区分破裂模式.     

油气田典型岩石三轴压缩变形破坏与声发射活动特征——四川盆地震旦系白云岩及页岩的破坏过程

随着二氧化碳地质封存、深部地热开采、地下储气库建设、页岩气开发、二次驱油/驱气等工业应用的快速发展,与地下流体注入有关的诱发地震活动呈现一定的增加趋势.利用声发射实验观测油气田典型岩石在三轴压缩条件下变形破坏过程与声发射活动特征,对研究注水诱发地震过程有着重要意义.本文利用四川盆地现场采集的震旦系白云岩及页岩,采用实验室声发射技术观测研究岩石三轴压缩变形破坏过程中地震波速度等物性参数及声发射事件时空分布特征.实验结果表明:震旦系白云岩及页岩在变形破坏过程中均有一定的声发射活动.根据声发射定位结果,声发射主要集中在破坏前后的较短时间内,页岩的层理面为结构弱面,控制最终破坏面的形态及声发射特征.根据应力-应变结果,白云岩在压缩的后期阶段有一定的扩容现象,但页岩在整个压缩阶段均没有明显扩容现象.研究结果表明四川盆地较古老的白云岩及页岩具有脆性破坏特征,地下流体注入容易诱发微震活动,形成裂缝,有利于页岩气压裂开采.微震活动有利于监测裂缝的发生发展,但同时在页岩气开发及二氧化碳地质封存时应采取相应的预防控制措施进行安全合理的储盖层管理,避免灾害性诱发地震的发生.     

Lunar magnetic field palaeointensities determined by an anhysteretic remanent magnetization method

Anhysteretic remanent magnetization (ARM) is used as a means of estimating lunar magnetic field palaeointensities from several Apollo 11 and 16 samples. A value of 1.4 Oe was obtained by this method for an Apollo 16 sample of age 3.9 AE and this value is in close agreement with the value obtained by the conventional Thellier method (1.2 Oe) carried out on the same sample. A further sample which was of age 4.0 AE and which had been reheated at 3.84 AE also showed evidence of a primary magnetization acquired in a field of this magnitude. Determinations on two younger samples (about 3.6 AE) gave palaeofields of about one quarter of this value (0.33 and 0.38 Oe respectively). These estimates of field strengths are considerably higher than previously reported.     

5°拐折断层在黏滑过程中物理场演化与交替活动的实验研究

在实验室利用96通道应变记录采集系统和分布式多通道瞬态信号采集系统,观测了预切5.拐折断层的标本在变形失稳过程中应变场和声发射事件的时空演化.实验在双轴伺服加载系统上进行.在Y方向按位移控制方式加载,位移速率先后取0.5μm/s、1μm/s、0.5μm/s和0.1μm/s.观测得到:1)标本沿断层发生周期性的黏滑失稳,...     

Granite deformation and behavior of acoustic emission sequence under the temperature and pressure condition at different crust depths

IntroductionFocal depths of shallow strong intraplate earthquakes are mostly distributed in the highstrength range of lithosphere controlled by the rheology property of granite and diorite (Brace,Kohlstedt, 1980; Sibson, 1982; Meissner, Strehlau, 1982; CHEN, Molnap 1983). This is obviouslyrelated to the change of rock deformation characteriStics at different crust depths. So, for earthquake stUdy, both of the rock failure types (fractUre or rock flow) and its mechanical instabilityforms (…     

Study on the characteristics of rock failure strain and acoustic emission field for two parallelling faults with the same slip direction including asperities

Introduction Concerning about research on grouped-earthquake seismogenic and occurrence, at present it is only limited on the stage of the theoretical analysis and numerical model. For instance, ZHANG (1987) simulated the grouped-earthquake generation and physical mechanism making use of spring-block principle. Applying for non-linear dynamic model, referring to Chinese continental plate as object, LI, et al (1997) performed the numerical simulation on the seismogenic and occurring of group…     

拐折断层黏滑过程的实验研究

采用位移、应变和声发射等测量手段,研究了预置5°拐折断层的房山花岗岩样品的黏滑过程,分析了不同加载速率下5°拐折断层失稳的黏滑特征及相关物理场的演化过程。实验结果表明: 1)5°拐折断层的黏滑周期与加载速率在数值上呈负对数相关关系; 2)在不同的加载速率下,大多数的5°拐折断层失稳是双震事件, 2次子事件的间隔时间大多在100～200ms之间; 3)采用不同的观测手段,即使采样速率一致,其临震响应也存在差异性,如断层失稳前沿断层的应变测量结果呈现明显的应变弱化,断层位移则未见明显的变化; 4)断层黏滑过程中的声发射事件呈现明显的沿断层迁移的特征。认识强震的发生机理和余震特征需要进一步研究断层失稳过程的动力学信息。