京津唐张地区震级频度关系的空间扫描

对京津唐张地区地震震级频度关系进行空间扫描后,发现该区的震级频度关系有三种类型:第1类符合线性b值模型,第Ⅱ、第Ⅲ类符合特征震级模型。近22年来未发生大震的地区往往属第1类。大震区往往属第Ⅱ、Ⅲ类。岩石力学实验结果表明,在岩石破裂及破裂连结过程中声发射事件的震级频度关系符合高b值线性模型。在岩石伴有粘滑的摩擦滑动过程中声发射事件的震级频度关系符合低b值线性模型。但是在一个完整岩石的破裂和失稳错动全过程中声发射事件震级频度关系符合特征震级模型。由此说明某一区域的震级频度关系可能反映了该区构造变形所处的阶段。一个地区震级频度关系上的多次转折可能包含了地区构造几何信息。一些未发生大震的地区,在中等震级段出现b值非线性现象,这可能意味着它更接近失稳前的临界状态     

循环加载下岩石破裂过程中声发射b值变化特征及意义

1 研究背景 声发射是指岩石在受力过程中发生变形和破裂,其应变能释放所监测到的一种物理现象,而b值是表征地震震级—频度关系的参数,研究人员发现,b值具有非线性特征,且与岩石破裂过程密切相关.因此,利用岩石试件变形破坏过程中产生的声发射事件模拟地震,进而研究不同加载条件下岩石变形破坏过程中的声发射b值变化特征,可用于监测岩石受力破坏过程中内部预存微裂隙的活动状态,有助于揭示岩石损伤机理及岩石的破坏程度,也可作为岩石失稳预警参数,捕捉地震发生的前兆信息.     

围压下岩石破坏声发射测试系统及震级频度关系的实验研究

震级频度关系的Gutenburg-Richter公式近年来受到了挑战,一些学者在不同条件下都发现了b值的非线性表现。本文利用自己装配的实验系统对围压下岩石破裂声发射活动的震级频度关系和时间序列特征进行了研究。实验表明AE事件的震级频度关系在某个中强震级K′之前基本符合b值规律,其b值的大小与破裂方式有关。在摩擦滑动中AE序列具有低b值的特征。从K′起震级频度关系出现明显的非线性现象。根据非线性表现的不同,可将其分为第一型和第二型两类。在AE序列中,也存在着“特征震级”的现象     

震级频度与古登堡-里克特关系式偏离的前兆意义

地震震级频度的古登堡-里克特关系式(简称G-R关系式)一直是许多地震学问题研究的重要前提之一, 然而实际分布常常与这一关系式有一定的偏离。 文中利用已有的对含有凹凸体、 挤压雁列破裂及Ⅲ型剪切破裂等三种类型的岩石实验结果, 对接收到的声发射事件序列分别进行了分段地震震级频度的G-R关系式拟合, 重点考察了每一时间窗内表征实际地震震级频度与这一关系式偏离程度的线性拟合系数r值的变化。 研究结果表明, 含有凹凸体、 挤压雁列破裂的岩石声发射序列在加压－破裂过程中, 分段扫描分别计算得出的r值在标本失稳前出现数字下降的现象, 表明临近岩石失稳, 实际地震震级频度与G-R关系式偏离程度有加大的趋势; 而含Ⅲ型剪切破裂的岩石在标本失稳前, 声发射序列r值数字下降的现象不明显。 部分实际震例也表明, 在一些中强地震前也存在着这种偏离。 研究结果可能对利用区域地震活动资料探求部分类型的中强地震前可能存在的前兆信息具有一定的参考意义。     

“入”字式断层声发射b值及震级-频度关系的物理意义

本文从实验上研究了“人”字式断层声发射b值并从理论上对频度—震级关系及b值变化的物理机理进行了探讨。“人”字式断层的引入使b值呈现低值,b值随载荷呈现单调下降以及下降又上升或波状上升两类变化,反映了不同的破裂过程。根据微破裂的产生、发展和聚合过程的物理图象,建立了微破裂的分布方程。在裂纹无相互作用时,分布方程的解即是Gutenberg-Richter公式。在裂纹相互作用时,分布方程的解不是简单的幂函数,在对数坐标中频度—震级关系偏离线性     

稳健估计b值及中强震异常特征研究

利用M估计的稳健回归方法，选取ψ函数为正态密度型函数，计算震级-频度关系中的b值，对基于随机泊松分布的模拟地震样本及天然地震样本，用稳健估计方法与最小二乘方法计算b值后进行比较得出，对于天然地震样本，稳健估计得到的b值更加符合震级-频度关系，作为应用实例，将最小二第六估计法b值与稳健估计b值更加符合震级-频度关系，作为应用实例，将最小二乘估计法b值与稳健估计b值的偏离度作为中强震的前兆判定指标，对新疆地区b值进行时间扫描，在对北天山及南天山东段Ms≥5、南天山西段Ms≥6级地震前异常特征进行讨论后，认为该指标作为中甜地震预报指标具有一定的实用性。     

中国大陆微破裂过程和应力图案的变化

本文通过对我国大陆东经97°以东地区,1972—1978年发生的17,000多次M≥2.0地震的活动率(d值)和震级-频度关系(b值)的时空扫描,研究了我国大陆的微破裂过程及其与大地震的关系,并认为区域性的b值扫描图在很大程度上反映了区域应力图案的变化     

花岗岩变形破坏的阶段性模型--应力速度及预存微裂纹密度对断层形成过程的影响

依据对具有较高微裂纹密度的筑波花岗岩和极低微裂纹密度的花岗斑岩 2种极端的岩石标本、在等应力速率的快速加载 (约 6MPa/min)和蠕变加载 (轴向应力保持在约 95 %破坏强度 ) 2个极端的加载条件下的实验结果 ,讨论了预存微裂纹密度与加载速度对多晶质结晶岩变形破坏过程的影响。实验中利用高速多通道声发射波形数字记录系统 (每秒可记录多达 5 0 0 0个声发射事件的 32通道波形 ) ,获得了岩石标本破坏前微破裂活动的详细时空分布数据。声发射的发生率、震级 -频度关系中的b值及震源的空间分布揭示出岩石变形破坏过程中微破裂活动具有 3个典型阶段 :初期阶段、第 2阶段和成核阶段。尤其是在成核阶段 ,还观测到发生率和b值有大幅度前兆性起伏。一般而言 ,在相同加载条件下预存微破裂密度越高 ,或对同一岩石加载速度越慢 ,对应的断层成核过程就越长 ,因此最终破坏的可预报性也越高。为了进一步探讨微破裂活动的阶段性特征及其物理本质 ,还利用亚临界破裂扩展模型对声发射数据进行了理论分析     

b值统计中的影响因素及危险性分析中b值的选取a

b值是从实际地震资料的统计中得到的.它与实际资料的完整性、可靠性、统计样本量的大小、取样的时空范围、样本的起始震级和取样间隔等因素都有关系. 本文使用累积频度-震级关系,lgN=a-bM,以起始震级为4 3/4和5;震级间隔为1/4,1/2和1级对不同尺度的时空范围进行统计,从中寻找各因素对b值统计结果的影响,为如何合理统计b值取得了一些实验依据. 此外,本文还就历史地震资料和现代仪器记录资料的统一使用问题,lgN-M线性关系两端掉头对b值统计的影响问题也作了探讨,从而提出在地震危险性分析中b值选取的原则及合理选取b值的方法.最后讨论了b值统计中的误差范围及其对危险性分析所产生的影响.      

序列活动特性与岩石破裂强度的实验研究

本文从实验室内的岩石声发射实验,研究了 b 值、能量释放和岩石破裂强度的关系,同时也对比研究了我国境内近期发生的强震。发现:(1)同种材料的平均(?)值很接近,甚至对于不同的孕震过程也比较稳定。(2)对于化学成分相同的灰岩,其平均(?)值与岩石破裂强度密切相关。(3)微破裂释放的总蠕变量、蠕变释放速率与岩石破裂强度亦密切相关。(4)脆性相近的介质(如松香、花岗岩等)平均(?)值亦接近。(5)我国近期发生的强震,震前平均(?)值,蠕变释放速率与震级大小相关,震后看不出有多大关系。     

非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响

运用岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,通过对岩石试样中预置的倾斜裂纹扩展过程的数值模拟,研究了材料非均匀性对岩石介质中裂纹扩展模式的影响．数值模拟再现了受压试样在裂纹扩展过程中逐步演变的应力场和应变场,以及与岩石非均匀性有关的声发射和断裂扩展模式的“岩桥”现象．模拟结果说明,岩石的非均匀性对含裂纹试样的变形、破裂过程及其破坏模式有很大的影响．     

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.      

从断裂力学观点探讨 b 值的物理实质

岩石试验声发射及天然地震的 b 值到底反映了什么样的物理实质,是一个长期以来引起争论的问题.本文运用断裂力学的观点和方法,研究岩石试验试件内微裂纹系中各裂纹的扩展顺序及声发射能量,由此确定整个声发射序列,并进而确定 b 值.如果假设裂纹长度的分布密度函数为 p()=B-.经过力学分析和数学推导,可得到关系式 b=3/2.由此看出:b 值的物理实质是,它反映了介质的断裂构造状态————包括介质中裂纹系的空间分布及其它影响材料中裂纹扩展的物理量(如断裂韧度、摩擦系数等)的空间分布.这一结论与大多数实验及观测结果相符.我们的研究结果与茂木清夫观点有共同之处.茂木清夫认为:介质的不均匀性是决定 b 值的重要因素.介质的不均匀性一词固然也包括了介质的断裂构造状态在内,但是本文之观点比茂木更进一步说明了问题的实质.      

含流体致密砂岩的纵波频散及衰减:基于双重双重孔隙结构模型描述的特征分析

致密砂岩普遍具有低孔、低渗及微裂缝发育的地质特征,并且呈现出很强的非均匀性.致密砂岩储层与常规砂岩储层比较,具有明显的岩石物理性质、渗流力学性质方面的差异.致密砂岩内部的非均匀性对弹性波频散、衰减有显著影响,其中包括孔隙结构的非均匀性,即岩石内部孔隙参数的不均一性,以及孔隙内部不相混溶流体的非均匀分布;此外,非均匀性的尺度也决定了波出现显著频散与衰减的频段.综合考虑致密砂岩孔隙结构非均匀性及流体斑块状饱和的非均匀性,本文采用双双重孔隙介质结构模拟了致密砂岩的弹性波响应,分析了同时具备两类非均质性岩石中的波传播特征.调查分析了两组分别来自中国鄂尔多斯盆地苏里格气田及四川盆地广安气田的不同类型致密砂岩储层的岩芯超声波实验数据,给出了岩石样本的弹性波速度频散与衰减曲线.结果显示理论模型预测结果与完全饱和、部分饱和岩石的实验数据吻合良好.对两个地区致密砂岩岩芯数据进行对比分析,苏里格致密砂岩样本总体上比广安致密砂岩渗透率高,在各孔隙度范围内,特征模拟显示苏里格样本的裂隙尺寸明显大于广安样本.广安致密砂岩在低孔隙度范围内发育了更多、更小的颗粒裂隙/接触.致密砂岩的速度频散与衰减结果受流体黏度、晶体破裂及流体斑块状饱和的共同影响.此外,孔隙度越大,部分饱和岩石中斑块状饱和机制对总衰减的贡献越低,与之相对,结构非均质性所占的比重则有所增强.     

b值物理机制的再探讨

古登堡的地震大小与频次之间的关系式(后面简称为古登堡公式)是地震活动性研究中最有普适意义的规律之一。对古登堡公式的物理解释有两种学说被广泛接受:茂木的介质不均匀性决定理论及肖尔茨的应力水平决定理论。他们各自从概率推演式加上各自的逻辑推理建立了古登堡公式。然而实际的古登堡公式应当是既反映介质特征又反映应力水平的关系式。因此茂木和肖尔茨所建立的古登堡公式尽管形式上一致,其实质却是片面的。这就是为什么仍然有必要研究b值物理机制的一个出发点。本文从实际大地介质出发,井结合断裂理论推演出了古登堡公式。所得的b值表达式与岩石微破裂实验的结果相符合,从而在理论上统一了茂木及肖尔茨的学说。     

岩芯尺度的宽频介电常数频谱实验室测量设备的误差分析及其在物质测量中的应用(英文)

宽频介电常数频谱测井技术最近被引进石油工业.这种新技术区别于传统介电常数测井技术在于多频率频谱的测定和利用.高频谱端包含介质油水饱和度信息,而低频谱端对介质中孔隙结构和水的分布形态很敏感.这种新技术可以有效地被应用于比如超淡水介质或者超黏度重油等对于常规测井来说是很困难的测量环境,而且受介质水中的含盐度影响很小.随着井下测井仪器的投入使用,相应的实验室岩芯测定设备和方法就变得重要起来.因为实验室环境相对较为稳定和可控,实验室岩芯测量结果是对井下测量的很好地验证和校订.文献中记载了许多非破坏性的实验室介电常数的测量设备,然而这些设备的共同局限性是它们对岩芯尺寸和岩芯样本的要求和限制,一般要求粉末状岩芯或者一厘米左右的小柱状岩芯.在碳酸盐介质中,非均匀性和各项异性非常普遍,小的岩芯样本能否涵盖井下设备测量尺度(1.5英寸)的特性很值得商榷.本文中介绍了一种最新设计的实验室大直径宽频介电常数测量设备.这个设备可以直接测量石油工业传统的1.5英寸岩芯样本,测量是非毁坏性的,也就是测量后的岩芯样本可以直接用于其它实验室测量设备,比如电阻率测量或核磁共振测量等.大量重复性试验测得的介电常数色散频谱的精确度对于低损耗介质在2%以内而对于高损耗介质在对孔隙度和含盐度校正以后精确度在3%.文中详细介绍了测量设备所使用的反演程序的算法模型,以及反演误差的算法.反演最后的误差可以用来做数据质量的评定.该测量装置被用于许多物质的测定.测定物质的数据库中合成石英(fused quartz),Teflon,合成陶瓷以及单晶硅的介电常数值可以在文献中找到.该设备的测量结果与文献参考值相符合,说明了该设备测量结果的可靠性.该设备还测量了矿物晶体碳酸钙,晶体白云石以及晶体硬石膏的介电常数,这是常见的碳酸盐介质的主要成分.这些测量给出了碳酸盐介质的边界成分区域值作为参考.该设备测量的两个单晶硅柱状样本的介电常数频谱特性发现退火会改变晶体的结构提高强度,同时会改变介质介电常数的特性.同时矿物晶体碳酸钙测量值高于粉末状测量结果也说明晶体结构可能会导致介电常数测量的不同.该设备具有1.5英寸的大尺度,因此具有和井下设备相仿的测量范围,因而不受介质水平各项异性的影响.但另一方面,该设备仍可以研究垂直各项异性.垂直各项异性的主要原因可能是化学成分不同,孔隙结构不对称或者温度对水分布的影响等等.在对岩石地面露头采样的研究中,宽频介电常数频谱实验室设备检测出了岩芯垂直各项异性,通过对比核磁共振一维孔隙度剖面结构发现总孔隙度不均衡以及分布不对称为该各项异性的主要来源,并且被CT图像所证实.     

宏观非均匀性对岩石微震序列类型和破裂方式影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统．研究了岩石介质宏观非均匀性（含裂纹）对宏观力学行为和微震序列类型的影响。通过对5种不同岩石介质结构的宏观非均匀性样本进行破裂过程的数值模拟,发现非均匀程度不同会产生不同地震序列类型,主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型。此外,对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟。结果表明,岩石介质结构的宏观非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响,而且也显著地影响试样破裂模式。随着非均匀程度的降低,主破裂呈现脆断模式,而随着非均匀程度的增加而呈现韧性破坏特征。     

岩石介质中多裂纹扩展相互作用及其贯通机制的数值模拟

运用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统，通过对岩石试样中预置的一组右行右阶雁列式裂纹扩展过程的数值模拟，研究了非均匀岩石介中多裂纹扩展的相互作用模式及其贯通机制。数植模拟再现的受压混合型裂纹扩展过程中逐步演变的全场变形过程，以及与细观非均匀性有关的声发射和断续扩展模式的“岩桥”现象，清晰地揭示出多裂纹扩展的相互作用及其贯通机制。模拟结果说明，对于岩石这种地质介质而言，忽略其非均匀性影响，可能会掩盖岩石变形与破裂过程中的许多与非均匀性有关的特殊现象，包括声发射或微震模式、岩桥或雁行断裂等。     

模拟引潮力作用下的岩石破裂特征──加卸载响应比理论的实验研究之一

根据加卸载响应比理论，选用纵波速度作为响应参数，在实验室内，在模拟构造应力和引潮力的共同作用下，使岩石失稳破裂．在整个过程中测量纵波在岩石中的走时或速度，发现加卸载响应比Ｙ的值，在系统稳定时近于１；而在失稳前，逐渐增加，最大可达到１０．实验结果和理论预测曲线非常相近．认为可用纵波速度的响应比来表示岩石系统的稳定程度．     

TOC changes in the process of thermal evolution of source rock and its controls

Through geological observation, simulation in laboratory and numerical modeling, the factors that control the changes in total organic content (TOC) of source rock have been studied. When the formula DTOC=(TOC0-TOC)/TOC0 (original organic carbon content in the rock) is used to measure the TOC (total organic carbon content) changes in the source rock through geological time, the degrees and directions of such changes are determined by losses and relative amounts both of organic and inorganic matter in the source rock. The DTOC equation, which is used to calculate the loss rate in the process of maturation for the source rock, is therefore obtained by analyzing the mass balance relations. For a certain type of source rock with a certain maturation history, the changes of its TOC respond only to the rates of hydrocarbon generation and expulsion. In actual cases of geological entities, DTOC generally ranges from -0.05 to 0.2, while the calculated reconversion coefficient (k) for organic carbon content remains between 0.90 and 1.25. Only in an ideal situation where there are extremely high rates of hydrocarbon generation and expulsion can the DTOC value experience significant changes, with k reaching up to 2.5. It is concluded, therefore, that the criterion for carbonates source rock assessment, based on reconverting the TOC to the value of its original state, may have overestimated the course of the "carbon-reduction", which is likely in many cases to make a poor source rock sound better.