一次非地震前兆的异常变化

1984年3月30日21时22分以后,徐州应变观测台(含站)的各类倾斜仪、应变仪因地点而异,自北向南,陆续记录到周期约10分钟,持续80分钟左右的波动,振幅为10~(-8)～10~(-9)(弧度或应变单位)。经研究,这种同步的异常变化不是地震前兆,而是气压干扰所致。本文从理论上计算了大风(风压)干扰量,对倾斜是5×10~(-13)弧度,估算的体应变和线应变为10~(-12)～10~(-13)量级。用锥形气压负荷模型计算了1.6毫巴气压波动所带来的近地表倾斜和应变,约为10~(-8)～10~(-9)量级,与实际结果比较接近。计算结果还表明,气压波动所产生的应变和倾斜随深度衰减很慢。从而看出,包括较深的钻孔型仪器及深水井在内,欲避免气压微变化干扰很难,只宜用高精度的气压观测资料来校正。     

断层岩气体渗透率及Klinkenberg效应

在围压2~40MPa变化范围内,以恒流法多次变化上游压力测量了以断层岩为主的样品的气体(N2)渗透率,将实验结果进行了Klinkenberg效应校正。对实验数据的拟合分析表明,滑脱因子b值与绝对渗透率kl存在b=λkl-d形式的幂律关系,断层岩符合b=0.004 6kl-0.476的变化关系。与沉积岩相比,断层岩的气体滑脱效应更强,采用气体测量渗透率时,其滑脱效应不能忽略。断层岩气体渗透率和绝对渗透率与测量所用的孔隙压力间的关系为kg/kl=1+(0.009 2kl-0.476)/(Pu+Pd)。结果表明样品渗透率越低,滑脱效应越强,提高孔隙压力,滑脱效应逐渐减小;对于高渗(10-15m2~10-18m2)的样品,高孔隙压力下(4MPa以上)的气体渗透率与绝对渗透率基本一致,对于超低渗(10-22m2~10-20m2)的样品,即使提高孔隙压力亦很难避免滑脱效应。在40MPa有效压力下断层泥样品的绝对渗透率为4.54×10-19m2~2.43×10-17m2,角砾岩的绝对渗透率较断层泥高出1~2个数量级,为2.25×10-17m2~7.94×10-16m2,表明汶川地震断层带具有核部低、破碎带高的渗透结构,断层带核部具备热压作用发生所要求的低渗条件。     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10~(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10~(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0~-3.0)×10~(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10~(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0~-2.0)×10~(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.     

华北北部下地壳的流变学特征——河北汉诺坝下地壳包体提供的信息

由玄武岩浆快速带到地表的下地壳包体可以提供有关下地壳的直接信息. 通过对华北汉诺坝玄武岩中下地壳麻粒岩相包体的详细研究探讨该地区下地壳的流变学特征. 采用适宜于麻粒岩包体的温压计计算其平衡温度和压力: 平衡温度在750~900℃之间, 平衡压力在0.8~1.2 GPa之间, 对应的来源深度为28~42 km之间. 这些数据补充和完善了原先所建立的下地壳-上地幔地温线. 采用动态重结晶颗粒粒度应力计计算出包体在下地壳条件下发生变形时的差异应力为14~20 MPa. 在综合对比了当前常用的下地壳岩石高温流变律, 认为Wilks等(1990)提出的麻粒岩流变律符合本区下地壳包体的流变特征, 由此计算的下地壳应变速率为10^-13~10^-11 s^-1, 高于该区上地幔的应变速率(10^-17~10^-13 s^-1); 其对应的等效黏滞度为10¹⁷~10¹⁹ Pa·s, 低于上地幔的等效黏滞度. 由所获数据做出的研究区下地壳流变学剖面表明, 差异应力随深度而变化的趋势不明显, 随深度增加应变速率变大而等效黏滞度变小. 研究结果支持软弱下地壳的观点.     

一种弦频式钻孔应变仪

本文给出3ZX——79型弦频式钻孔应变仪的性能及主要指标.其灵敏度,日稳定度、内符合精度均已达到10-9.从两年多来的连续实测资料表明,所测到的日应变固体潮大潮幅度在4——510-8;小潮幅度在2——310-8.地球表层年应变幅为10-6数量级;震前地壳应变前兆信息在10-7数量级上.从而表明:采用我国自己研制的高精度钻孔应变仪,为地球科学各项主要参数的测量研究、探索地震预报,提供了一种可能.      

甘—青地区地磁谐波振幅比分析

以甘肃、青海及周边地区(33°~43°N,94°~107°E)作为研究区,采用谐波振幅比方法处理地磁资料。结果显示:(1)在周边显著地震发生前,位于甘—青地区的嘉峪关、山丹、都兰、湟源和英鸽5个台站地磁谐波振幅比一般存在"下降-转折-恢复"异常变化,其持续时间为1~3年,变化幅度为0.03~1.30,地震发生在异常转折或恢复的过程中;(2)所研究的5个地磁台站中,仅山丹台地磁谐波振幅比存在周期间的迁移特征;(3)嘉峪关、山丹两个台站地磁谐波振幅比分别自2010、2011年开始存在"下降-转折-上升"异常变化,2012年以来出现YZHx和YZHy不同项之间以及同一项不同周期间不同步迹象,今后应重点关注这两个台站地磁谐波振幅比异常变化。     

动态应变估计地震的准确性:用加利福尼亚州皮尼翁弗拉特观象台应变仪和地震仪数据的估计

地震波引起的动态应变也许对于地震触发、水文和岩浆的变化、地震破坏以及地面破裂起到重要作用。我们通过地震仪数据和弹性波理论来估算动态应变,对这样估计的应变与美国加利福尼亚州皮尼翁弗拉特观象台的三分量长基线应变仪测量的应变进行对比,得到动态应变的准确度。我们利用3个区域地震(犹他州圣乔治Mo=4×10~(17) N·m,内华达州小斯卡尔山Mo=4×10~(17) N·m和加利福尼亚州北岭M0=1×1019N·m地震,震中距分别为470km,345km,206km)的交叉谱分析量化不确定性和误差。我们的分析表明,大部分情况下估算的应变相位与观测的应变匹配相当好(不确定性大约±0.1~±0.2个周期)。然而,振幅的系统性不确定常常超过约20%的水平。在一个案例中,预测应变振幅接近观测值的两倍。我们也观测到明显的εφ应变(φ为切线方向),理论上应该是0;最糟糕的情况下,εφ应变均方根超过其他非零分量。这些非零εφ应变不可能是面波传播路径与预期角度的偏差造成的,也不可能是平面波的近似造成的。我们认为地形或材料的非均质性导致的应变场畸变提高了问题的复杂性。     

熔融流体与上地幔流变强度关系的实验研究

在上地幔温度(1300～1500K)、压力(1.5GPa)和应变速率10~(-4)～10~(-5)/s条件下对合成地幔岩进行了部分熔融变形实验研究.实验结果表明5%左右熔体使地幔岩石力学强度产生明显弱化现象,熔融流体强化了矿物颗粒边界滑移和动态重结晶作用.含少量熔体液-固态双相系统上地幔岩石变形机制以高温位错蠕变为主,应力指数n为2.3,蠕变活化能为270～994kJ/mol.     

小江断裂带近场活动特征分析

采用2009—2018年小江断裂带跨断层近场形变观测资料,通过应变参数最小二乘法求解该时间段内小江断裂带上不同区段最大剪应变率和面应变率近场结果并进行对比分析。结果显示小江断裂带上的最大剪应变率和面应变率在各区段存在较大差异性,最大剪应变速率变化范围为(1.03～4.10)×10~(-6)/a,面应变率变化范围为(-1.18～0.33)×10~(-6)/a。该断裂呈现出北段强剪切张性、中段弱剪切强挤压、南段强剪切兼挤压活动的分段活动特征,进一步分析得到该断裂中南段为应变积累区段,地震危险性高于其他区段。     

利用GPS数据探讨北天山东段现今地壳应变场演化特征——重新认识2016年呼图壁MS6.2地震

利用2009—2011、2011—2013、2013—2015年GPS形变资料,借助最小二乘配置方法、位移与应变的偏导关系,计算获得北天山东部应变场的动态演化结果,重新认识北天山东段构造区的现今活动特征,探讨应变场三个周期空间分布特征与2016年呼图壁6.2级地震的内部联系。结果表明:(1)区域地壳运动速率与应变场强度在时间上表现为“弱-强-弱”的变化特征,主应变率以NNW或NNE向的主压应变为主,第一、三周期N-S向主压应变较小,约(1~2)×10^-8/a,第二周期变化显著增强,约(1~6)×10^-8/a,第三周期滑动速率显示北天山东段呈“强[(2.2±0.4) mm/a]-弱(不明显)-强[(3.0±1.0) mm/a]”的右旋走滑特征;(2)地震可能更易发生在面应变率场等值线四象限中心区域或正、负过渡区的高密度梯度带内部,这可能是地震孕育过程中利用GPS资料观测到的形变前兆;(3)强震更易发生在剪应变率(最大剪应变率)的高值区或边缘区;(4)相对于面应变率与最大剪应变率等应变场物理量,主应变率更适用于在块体运动方向与性质上给出解释。     

高温高压下石灰岩剪切网络的实验研究

主要介绍在不同温度(300—1000℃)、围压(300—600 MPa)条件下灰岩的等应变率压缩实验和蠕变实验以及变形样品的显微观测、分析结果.通过研究岩石的流变特性、变形形迹和变形机制及其受温度,压力、应变率等因素的影响,确定由共轭网络状塑性流动向均匀塑性流动过渡的温、压界限,并讨论了相应的流变学标志和微观构造标志.上述结果为大陆岩石层多层构造网络的研究提供了实验依据.     

体应变仪在地震预报及地球物理学研究中的应用

由美国卡奈基研究所I.S.Sacks和得克萨斯大学D.w.Evertson研制的SacksEvertson钻孔式体应变仪在应变观测仪器中处于领先地位。其灵敏度可达10~(-1)应变,动态范围为10~(11)～10~(-4)应变,频率响应在零频至几赫兹以内都是平直的,并且具有较好的长期稳定性。该仪器自问世以来,受到各国地学界的极大重视。著名的澳大利亚地球物理学家     

岩石模量与应变振幅关系的实验研究及理论解释

地球介质的非线性弹性造成了岩石动态和静态弹性模量在数值上的差异。本文用超声波速度测量得到岩石的动模量，用含有小循环的加卸载实验得到小循环模量，用大循环的应力、应变曲线斜率得到静模量，用测点的应力、应变之比得到杨氏模量。通过改变小循环的应变振幅来研究模量与应变振幅的关系，进而比较用不同测量方法得到的模量值的差异。结果表明，动模量值最大，小循环模量值次之，大循环静模量值再次之，而杨氏模量最小。岩石非线性模量既是所受应变水平的函数，也是应变振幅的函数，模量随应变振幅的增加以指数形式下降，随应变水平增加以指数形式上升。最后简要介绍了P-M模型的基本概念，用岩石中微裂缝具有不同的分布密度，不同的打开和关闭压力来解释模量与应变振幅的关系。     

不排水条件下裂隙流体压力对引潮高的振幅比和位相差的响应

本文基于裂隙潮汐应力分析,提出了不排水条件下,单裂隙和多裂隙流体压力-引潮高的振幅比和位相差响应模型.基于响应模型的分析计算,绘制了单裂隙流体压力振幅比和位相差与裂隙产状的关系曲线,分析了岩体弹性参数(λ、μ)和Skempton系数(B)对裂隙流体压力振幅比和位相差的影响.结果表明,M2和O1波裂隙流体压力-引潮高的振幅比随裂隙倾角(DIP)增加而增加,位相差都在±165°～±180°( DIP＜ 15°)和0°～±10°(DIP＞15°)之间,且两波位相差符号相反;流体压力振幅比线性地响应岩体弹性常数(λ、μ)和Skempton系数(B)的变化,但位相差几乎不受裂隙和岩体弹性参数的影响.     

光纤光栅传感器用于高精度应变测量研究

利用光纤光栅对温度和应力应变的敏感效应制成的传感器可以将温度、压力、应力、应变等物理量转换成光学量（波长）,由此所构成的测量系统具有极高的稳定性,不存在零点漂移,抗干扰能力强等一系列优点.不足的是光纤光栅传感器本身灵敏度不够高,在许多场合其测量分辨率不能满足要求,特别是作为地震前兆观测的主要测量手段——应力应变测量精度要求较高.本文提出一种技术思路,即通过增敏装置来提高系统测量分辨率,理论上可以将应力应变的测量分辨率提高到10-9至10-10量级,可以满足高精度应力应变测量的指标要求.     

Sacks-Evertson钻孔应变仪观测网在京津地区的安装

Sacks-Evertson钻孔应变仪最深可置于500米的钻孔底部。这种仪器的主要优点是灵敏度高(可分辨10~(-11)应变)工作频带宽(频响曲线的平直段从零频至十几赫兹),动态范围大(10~(-11)至10~(-5)应变),由于安装在钻孔深部,尽可能地避免了太阳热辐射、降雨、地面振动等因素的干扰。它可用于地震前兆观测、确定震源过程、地球自由振荡、应变固体潮、火山活动与地质构造活动等方面的研究。     

砂岩变形方式和变形机制的实验研究

在温度为200°—700℃,围压为200—700MPa,恒定应变速率(1×10~(-4)/s)条件下,笔者对长石砂岩和石英砂岩完整的和带预切口的试样进行了变形实验。应力-应变曲线表明,完整砂岩发生了脆性的、脆延性过渡状态的和延性的变形;而带预切口的砂岩在整个实验条件下都发生了稳定摩擦滑动。显微观测表明,岩石变形的主要机制是晶内和穿晶微裂隙的产生和发展。根据实验结果笔者推测,砂岩组成的地壳在地下10km左右的深度有最大破坏强度和摩擦强度;而发育在岩石中的断层的活动一般以稳定摩擦滑动为主。     

橄榄石单晶体高温蠕变

作者首次采用中国河北大麻坪橄榄石单晶体做原始变形材料,在温度1200—1500℃,应力16—175 MPa,氧分压10~(-4)—10~(-10)atm 条件下,对上地幔流变学的有关三个问题进行了详细研究:(1)化学环境(氧分压和斜方辉石缓冲剂)对橄榄石流变性质的制约作用;(2)详细测定橄榄石单晶体流变参数和建立流变本构方程;(3)对橄榄石单晶体[110]c 方向的三个蠕变机制进行研究,这些新的高温实验成果第一次为研究中国东部岩石圈动力学提供了有意义的定量资料.     

弦频式钻孔应变仪的震前异常显示

本文通过近几年来震前地壳表层钻孔应变异常显示的几个特例,试图说明地震前在震源区及其相当大范围内存在着“地壳应变场”的异常。“异常应变场”的应变量级一般在10~(-7)以下。其衰减程度因介质条件而有很大差异。因此,通过灵敏度足够高的观测系统(10~(-9)以上),有可能获得震前应变信息,从而探索出一条地震短临预报研究途径。     

地壳极限应变与危险区强震发生的概率估计

本文在中国、日本与美国的破坏性地震极震区的地壳形变观测数据的基础上,用维布尔分布确定了适用于中国的地壳极限应变值为5.25×10~(-5)±2.27×10~(-5)。同时根据文献[2]所确定的17个一级危险区与6个二级危险区中各区的形变速度梯度值与历史地震活动资料,按维布尔分布确定了各危险区未来10—20年内发生强震的累积概率。研究结果表明,目前有二个地区累积概率已高达0.70以上,还有五个地区累积概率在0.30～0.70之间,同时对1989年山西大同-阳高地震与1990年青海共和-兴海地震进行了内符合检验,发现这两个地区到发震时的累积概率均超过了0.54,因而初步显示出本方法的有效性。