岩石破裂实验中的遥感观测与遥感岩石力学的开端

在岩石加载直到破裂的过程中,对岩石的红外辐射进行了遥感观测研究.使用的主要仪器有瞬态光谱仪、智能光谱仪、红外辐射温度计、红外光谱辐射计和红外热象仪.对26种岩石进行了实验.研究表明,岩石的红外辐射温度随应力的增加而增加;岩石的红外辐射波谱的幅值也随应力的增加而增加.岩石的红外热象的观测结果与岩石的红外辐射温度相一致.某些岩石样品破裂主断层形成前,在未来主断层的位置显示出条带状温度异常热象.本实验将遥感学中的最新技术引入岩石力学,以期在岩石力学中建立一个新的研究领域遥感岩石力学(或遥感岩石物理学).遥感岩石力学可望在地震预报,岩爆预报和岩体应力场的测量中得到应用.      

基于高温高压岩石破裂实验结果对中强地震前震中附近区域部分地震学现象的初步解释

依据高温高压岩石破裂实验结果并结合理论分析，对 附近区域不同深度温压条件下岩石变形破坏性质及破坏失稳的力学行为进行了研究，在一次应力加载循环中，发生破坏的部位随时间具有向深部下迁的趋势。考虑到深度温压条件下岩石的渐进式破坏行为及突发失稳，对主震前震中附近区域小地震活动的增强、平静、活化等现象，以及b值等时间序列参数变化的可能机理进行初步探讨，并简单讨论了两类平静和两类b值变化的可能原因。     

温度对DD—1微震仪的影响

本文就发现常熟地震台 DD-1型短周期地震仪脉冲监视标定记录波形振幅的变化,与工作环境温度变化有较好的对应关系,对监视标定器本身、对地震仪拾震器、放大器及记录笔头受温度影响情况进行了理论分析、探讨,并对拾震器、放大器、记录笔头进行了温度试验等.此外还对使用自动标定器 DD-1仪器整机一次标定法标定,计算一年3次标定的仪器放大倍率与温度变化有直接关系,并给出了具体随温度变化的数据等.     

内应力模式震前蠕裂感生的前兆特征

已有的前兆模型大体上可分两类:一类从完整岩石的破裂试验为基础,得出破裂区（震中）附近完全一致的前兆曲线;另一类以数理理论为基础,推得震源区附近有力学性质不同的区域,而同一性质的区域有与构造应力同步的前兆曲线。由于它们的前提与实际情况有较大的差异,没有考虑孕震区中原有裂纹的存在,这些前兆模型似不能很好地说明许多震例中的复杂的前兆现象。本文在“构造地震的局部内应力源模式”和“失稳破裂与蠕裂”两文的基础上,进一步讨论由于震前蠕裂所产生的应力场的时空变化而感生的前兆特征。     

深源地震余震的产生与主震震源深度强相关

深源地震与浅源地震之间最明显的差别是震源深度在100 km以下的地震余震较少.余震的发生率随主震震源深度的变化而发生强烈变化.为了解决主震震级的影响,把震源深度在100 km至300 km范围内主震的余震发生率进行了标准化处理,标准化处理后的余震数量比以前多一个数量级,但仍少于浅源主震的余震发生率.震源深度位于300 km至500 km范围内的主震其余震发生率尤其低,大约为100 km至300 km深度间主震的余震发生率的1/3.但是500 km以下深度余震发生率却突然上升,是深度在100 km至300 km范围内的二倍多.在对余震发生率反复测算的过程中,发现余震的原始数量、有余震的主震在地震中所占比例、余震所释放的地震矩占主震的百分比都存在着同样的变化情况.余震发生率与深度的相关性和以前提出的300 km深度附近地震的产生机制的变化是相对应的.而值得一提的是,在500 km以下深度中余震产生率的突然增加是与地震持续时间和复杂性的突然下降相对应的,从而表明在这一深度中破裂机制有了较大的变化.     

考虑温度影响的LRB隔震建筑地震响应分析

为研究温度对铅芯橡胶支座(LRB)性能的影响,进行支座拟静力试验。试验表明,在不同温度环境中试件的滞回曲线明显不同,支座的刚度和屈服剪力均随温度的升高而降低;低温时,支座的力学特性变化较大,而当温度大于20℃时,支座的力学特性趋于稳定。以某五层基础隔震建筑为例,编写基础隔震结构非线性时程分析程序NBIS,计算该隔震建筑在考虑温度影响后的地震响应。结果表明,在多遇地震作用下支座恢复力随温度的升高而降低,与罕遇地震下的变化趋势相反;考虑LRB温度影响后,该基础隔震结构的减震系数随环境温度的降低而增大,支座的最大位移随温度升高而增大。     

岩石红外辐射温度随岩石应力变化的规律和特征以及与声发射率的关系

在实验室对不同岩性不同结构的岩石试件进行单轴加载至试件破裂试验，得出了如下主要结果：（１）岩石试件的红外辐射温度随应力增加而变化，温度变化的范围在０．２℃－０．８℃。（２）岩石试件临破裂前出现明显的岩石破裂温度前兆。（３）有一部分岩石试件临破裂前出现高温条带、高温区或低温条带、低温区。不久，试件沿高温条带、区或低温条带、区发生主破裂。（４）有一部分岩石试件在临破裂前出现温度脉冲，正脉冲达到２．８℃，负脉冲达到－１．０℃。（５）当应力增加时，岩石试件的辐射温度增加与声发射率增加呈互补关系。     

基于变参数板块模型的大洋岩石圈参数反演与岩石圈伸展成盆模拟

本文利用热导率、热容、热膨胀系数等参数随温度变化的经验表达式,在板块模型的基础上用隐式有限差分方法解非线性热传导方程,并利用北太平洋和北大西洋海底年龄与水深数据反演了大洋岩石圈厚度与底界温度等参数,结果表明大洋岩石圈的厚度在105 km左右,岩石圈底界温度在1450℃左右,这与Stein等用全球大量数据反演的结果一致.将变参数模型用到岩石圈拉张成盆的模拟中,结果表明当考虑岩石圈热参数随温度变化之后,预测的地表热沉降要大于常参数均匀伸展模型的预测量.由此我们指出：McKenzie的均匀伸展模型预测的初始沉降偏大而热沉降偏小,可能与该模型没有考虑热参数随深度(即温度)变化有关.     

地震共轭破裂及极限主应力随地壳深度的变化——以1975年海城7.3级地震为例

许多震例表明，地震可以形成共轭破裂，地震震源处，其温度和压力与地壳浅处及地表不同，温，压越高，共轭破裂角越大。随着深度的变浅（温，压减小），地震共轭破裂角减小，地震烈度共轭角也减小，本文用数学力学方法和岩石力学实验结果，探讨了海城地震共轭破裂及极限主应力随地壳深度的变化。     

唐山地震的破裂过程及其力学分析

由 P 波初动符号资料在 DJS-6机上计算了主震及17个较大余震的断层面解,并按照有限移动源模式测定了主震及三个最大余震的震源参数.主震是发生在一个近似直立的右旋走滑断层上,走向 N30°E,破裂方式为不对称的双侧破裂,以2.7公里/秒的平均速度向北东传播70公里,向南西传播45公里.测定的主震震源参数例如平均位错136厘米,地震矩1.24×1027达因·厘米,应力降12巴等.大多数M_L>5.0的余震是发生在主破裂面附近及主破裂面两端的扩展分支上,该扩展分支位于膨胀符号区并与主破裂偏离80°左右.较大余震的多数亦集中在这两个扩展分支上.本文试图从理论上分析这种断裂扩展的力学特征.对于脆性材料的复合变形情形,破裂不再沿原来平面扩展,而是与原来平面偏离一个角度的另一面内扩展.并提出一个力学模型,计算了断层扩展角,计算结果与观测事实比较吻合.根据以上结果,本文讨论了唐山地震特点及发生的力学条件,认为唐山地震不同于发生在大断层上能用粘滑机制解释的那类地震,它和海城地震类似的是,除水平应力场作用外,还可能有地下物质的变迁,由于这种变迁使局部地壳受到垂直力.它和海城地震不同的是,它发生在一个比较均匀的脆性介质内,因而能够积累能量发生大震而没有前震.      

2013年MS7.0芦山地震的动力学破裂过程及其影响因素

2013年4月20日在四川芦山发生了M S7.0地震,震源运动学反演结果给出了此次地震的破裂过程和同震滑动分布.为了更好地理解造成芦山地震破裂过程的力学原因,本文综合野外地质调查、余震定位、深地震反射剖面等结果,构建芦山地震铲型断层模型,以震源运动学反演结果为约束,将震源参数与震源附近的构造应力场结合,建立断层面上滑动量和牵引力的时空分布关系,通过试错法给定震源动力学计算参数模拟芦山地震破裂传播的可能情况,进而分析讨论不同动力学计算参数对芦山地震破裂过程和同震滑动分布的影响.结果显示,初始应力是决定断层是否发生错动的关键;临界滑动弱化位移D c对破裂滑动速率有着很大的影响;成核区半径和初始应力主要影响破裂成核的快慢;局部不均匀破裂强度主要影响破裂行为和断层最终滑动量分布.利用边界积分方程法可以有效计算芦山地震铲型断层模型的动力学破裂过程,再现此次地震的主要特征.通过探究动力学参数对破裂过程影响,可解释运动学反演结果所揭示的破裂特征的力学原因,对于深入了解地震震源过程的物理本质和预测未来可能发生的地震的主要特征有着重要的参考意义.     

1966年以来华北地区一系列七级大震破裂过程的数值模拟

用非连续变形分析方法(DDA+FEM)数值模拟，在华北地区各地块相互制约的块体系统环境中，地块边界断层上发生1966年邢台地震、 1969年渤海地震、 1975年海城地震、 1976年唐山地震等不同类型破裂模式大震的破裂过程. 数值模拟结果给出每个大震释放的主应力场，最大剪应力变化等值线图，地震前后位移变化矢量图，发震断层滑移随时间变化以及走滑错距和应力降等震源参数. 这些结果与地震的震源机制，用地震波资料研究得到的震源参数,宏观等震线,地表观测的水平位移矢量图基本一致. 其中1969年渤海地震正交破裂模式的结果与宏观等震线及小震分布图像更接近. 1976年唐山地震复杂震源模式与该震早期余震分布图像更相符. 表明用DDA+FEM方法进行数值模拟研究，能较好地模拟地震破裂过程.     

21世纪全球三次MW9.0左右地震的孕育过程研究

系统分析了21世纪以来全球范围内发生的三次M_W9.0左右地震的孕育过程.验证了实际地震孕育过程与岩石力学实验揭示的应力积累过程和后续的临界状态(或亚失稳阶段)特征具有一致性.研究中利用视应力和b值分析构造应力动态变化,以描述地震活动与地球自转之间的相关性的统计检验参量P值评价震中及其附近地区地壳介质的临界状态.得到的结果显示,三次M_W9.0左右地震前震中及附近地区构造应力都表现出明显而连续的增加过程,持续6～10年左右.通过对应力增长期间震中附近较大区域内的b值下降幅度空间扫描,发现震前在破裂区及其附近存在一个b值下降幅度高值区,其相对下降幅度比其他地区都大,反映的是这个地区的应力增加幅度比其他地区都大.低P值(<5%)表示地震活动与地球自转之间的相关性显著,即,与地球自转相关的地震活动所在区域地壳介质处于临界状态.P值随时间变化表明,一般低P值在震前约4年内出现.在P值达到最低值期间,低P值(<2%)在空间上的分布与未来强震震中关联性较好.低P值区是极不稳定区,初始破裂一般在其内及附近发生,这是完全可以理解的.文中也给出了其他一...     

木里地区地震震源参数特征研究

选取了2011年9月至2016年9月地震数据及资料,研究了水库水位与地震时空活动特征,计算了168次ML3.0级以上地震的震源参数.结果显示:区域视应力值随震级的增大而增大,反映了不同震级地震在应力水平积累等方面的差异;视应力有随地震矩增大而增大的趋势,意味着人类活动可能为该区域地震活动的主要因素;拐角频率与震级的关系可分为两段来看,当震级范围为ML3.0～3.5时,拐角频率随震级增大而降低的现象并不明显,当震级范围为ML3.5～4.4时,拐角频率随震级增大而降低,表明震级越大,库区破裂尺度在增大,反应了区域应力积累,应力水平有所增强;视应力时空分布特征显示,视应力随时间变化与频次存在着一定的相关性,且整体视应力水平逐渐增高,且最大地震发生在大坝附近,这些现象都可能为水库蓄水导致区域构造环境发生变化而造成.     

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.      

复杂场地条件下震源参数对断层附近长周期地震动的影响

基于显式有限元方法和运动学震源模型并利用昆明盆地三维地下构造模型,本文研究了震源参数对断层附近长周期地震动的影响.结果表明,断层的破裂方式、埋藏深度、破裂速度以及断层面上位错的不均匀分布对断层附近长周期地震动有重要影响.不同破裂方式下,破裂的方向性强的区域分布不同,由于破裂的方向性效应和复杂场地条件的共同作用,导致不同破裂方式的断层附近地震动分布差别很大.随着破裂速度的增加,方向性效应更加明显,断层附近的长周期地震动也随之增大;对于浅源地震,随着断层埋深的增加,地震动明显下降.对于埋藏深度很浅的断层,当Asperity靠近断层上沿时,会显著增大其在地表投影附近的长周期地震动.能否合理地估计这些基本震源参数,是预测未来发震断层周围地震动场的关键.     

围压对浅表岩石力学行为的影响

结合山体滑坡和油田开采等工程问题,大量测定和研究了若干完整的和含弱面的岩石的力学参数和破坏特性.结果表明,围压(对应于地下深度)对地壳浅表岩石力学行为的影响已不可忽视,因此,上述工程问题都应给予考虑.这种影响表现为随围压(深度)的增加不仅强度增加,而且破裂性质由张性迅速向张剪性过渡,岩石由脆性向半脆性、半延性过渡,破裂由单一面向破裂带过渡;随围压(深度)的增加,弱面影响逐渐减弱,从而导致杨氏模量的增加.研究还表明,岩体周围介质的特性对岩体破坏行为有明显影响,随着周围介质刚性增加和流动性减小,岩石明显地表现出由突发式破坏向渐进式破坏过渡.     

国外关于地震电学动力学现象的研究概况(震磁关系综述之五)

目前美、苏、日、西欧等国正在活跃地开展震源物理过程的野外、实验室和理论研究。地震孕育期间的岩石膨胀和液体扩散现象就是其中的一类。膨胀和扩散过程在震源附近造成许多表现形式不同的物理效应。例如岩石力学实验和野外观测均已证实处于应力作用下直到破裂之前电阻率发生较大的变化。在电弹性模型中这与岩石的电致伸缩和压电效应是有关系的。研究一定压力和温度下岩石电性的变化一     

地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析——以紫坪铺水库为例

为系统研究水库对附近地区地震活动的影响,提出了一个综合分析地震活动性与水库蓄水引起的应力变化的方法并开发了通用性较强的软件。以紫坪铺水库为例,对水库引起的应力变化与库区附近地震活动性变化的关系进行了详细分析。一方面,定量地分析了水库蓄水过程在附近断层附加的库仑应力变化;另一方面,用紫坪铺水库地震观测台网的地震目录,对包括地震发生频度、能量释放速率、b值、空间相关距离等统计参数的时间演化进行了详细解析。数值计算结果发现,无论是荷重还是孔隙压的扩散都在被认为是汶川大地震发震断层的映秀-北川断层和灌县-江油断层的库区下伏段引起了明显的库仑应力变化。地震活动统计特性的时间演化与主要断层的应力变化之间存在明确的且符合岩石力学破坏准则的相关性。据此,初步认为紫坪铺水库在其蓄水过程中对其地下的龙门山中央断层和山前断层有明显的作用     

唐山地震孕震过程的三维有限元分析及其在地震预报研究上的意义

本文分析了唐山地震孕震过程的物理力学特征。首先分析孕震体的物理性状及其所处的力学环境,认为孕震体承受着一个力系的作用,提出了唐山地震孕震的物理力学模型。接着以有限元方法对孕震过程进行三维力学分析,注意尽可能应用地球物理观测资料或其反演结果,以便适当确定模型的边界条件与物理参数。文中认为摩擦滑动破坏的机制比较符合实际地震情况,提出摩擦破坏危险度F_s 是否大于1.0来识别破裂危险点。还具体分析了唐山地震的破裂特征,并对分析方法与结果在预报上的意义进行了讨论。