岩石高速摩擦实验与地震物理过程

简述了最近20年来国内外岩石高速摩擦实验研究领域的进展和动态:岩石高速摩擦实验技术的发展实现了对高滑动速率、大位移的地震过程的实验模拟;其结果揭示了岩石和断层泥在地震滑动速率下的力学性状,深化了对断层滑动弱化机制、临界滑动距离、以及地震发生过程的认识和理解;实验在假玄武玻璃成因方面取得了重要进展,并提出了断层发生地震滑动可能留下的其它地质证据,可望为研究断层滑动性状与地震物理过程提供新的思路和信息.岩石高速摩擦实验今后的发展方向主要包括:发展具有加温系统和孔隙压系统的岩石高速摩擦实验装置,研究水热作用下岩石和断层泥的高速摩擦性状;室内实验和地震资料分析相结合研究断层滑动和地震机制;室内实验和野外地质调查相结合探索断层发生地震错动的地质证据等等.     

地震预测方法Ⅱ:评述

本文分析了各种地震预测方法对地震的预测情况.首先通过岩石力学实验和有限元模拟计算结果分析了含裂纹岩石材料的变形破坏过程;其次,将实验室岩石破坏过程的观测结果和有限元模拟计算结果外推到地壳岩石的变形破坏过程,从地震发生的物理力学机理出发,对多种地震预测方法进行了评述,研究这些地震预测方法的有效性和尚待解决的问题,同时对利用物理化学方法预测地震的前景进行了讨论.     

岩石压应力传递系数计算及影响机制

钻孔应变观测是地壳岩石应变相对测量的主要方法,对其附加应力场的研究,可以有效分析岩石压应力向探头的传递过程,可对应变仪有关力学参数的设计和观测数据的物理解释提供帮助。考虑到外加应力在岩石、水泥和仪器钢筒等3层介质中传递的实际情况,根据弹性力学中的厚壁圆筒方程,推导轴对称应力作用下岩石压应力的传递系数公式,分析影响机制,并给出有关变化规律曲线和定量指标。     

岩石压应力传递系数计算及影响机制

钻孔应变观测是地壳岩石应变相对测量的主要方法,对其附加应力场的研究,可以有效分析岩石压应力向探头的传递过程,可对应变仪有关力学参数的设计和观测数据的物理解释提供帮助。考虑到外加应力在岩石、水泥和仪器钢筒等3层介质中传递的实际情况,根据弹性力学中的厚壁圆筒方程,推导轴对称应力作用下岩石压应力的传递系数公式,分析影响机制,并给出有关变化规律曲线和定量指标。     

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     

地震预测方法Ⅲ:固体潮与地震

本文从分析研究固体潮与地震发生的相关性的物理机制出发,探讨了用观测固体潮的方法来预测地震发生的可能性.首先,根据地震发生的物理力学过程,给出了地震产生所需要的应力应变条件.实验室岩石力学实验结果和地震应力的观测以及计算结果给出,完整地壳岩石的强度界于10~103 MPa之间,断层介质的强度界于1~10~2 MPa之间.其次,将固体潮所引起的全球地壳变形在某个活动断裂带附近产生的形变值与地震触发的应变值进行对比,讨论了固体潮触发地震的可能性.计算分析表明:固体潮在地表对应的应变在10~(-8)的量级,对岩石介质所引起的应力最高可以达到1.6×10~(-2)MPa量级,这样的载荷水平不足以引发地震.最后,本文结合固体潮观测资料表明,地震活动性与固体潮的周期性变化无明显相关性,固体潮对于临震前的含有活动断裂的岩体在某个方向发生地震可能有触发作用,但是由于这种触发作用与地震发震的时间、地点和震级关系的不确定性,从而无法用来作为地震预测的方法.     

岩石摩擦与地震

切口岩石的摩擦滑动是脆性岩石力学实验研究领域的一个重要分支。多年来,岩石摩擦的研究仅仅引起岩石力学工作者的重视。自布雷斯(Brace)和贝尔利(Byerlee)提出发生在岩石摩擦中的粘滑现象可作为浅源构造地震一种可能的机制以后,地震学家对岩石摩擦的实验研究给予广泛的兴趣和注意。因为断层无论作为地震的结果,还是作为地震的成因都和断层两侧岩石的摩擦性质密切相关。     

应力减小引起地震

最近完成的岩石力学实验表明,在三轴应力状态下最大主应力的增加、中等主应力的变化(增加或减小)和最小主应力的减小都能导致岩石的破坏。由此启示,地震的发生既可能由地壳中的最大主应力的增加引起,又可能由中等主应力或最小主应力的减小引起。讨论了地壳中可能引起应力减小的作用,并从地震活动的规律性探讨了应力减小引起地震的可能性。指出在地震研究的各个领域中,不仅应考虑应力增加和能量积累过程中发生的地震,还应考虑在应力减小和能量减小过程中引起的地震。      

脆性岩石破裂的前兆变形和前兆应力降

地震的孕育过程与地壳中的应力变化和岩石变形密切相关。为了探讨地形变异常和地应力变化异常作为地震前兆的物理本质,开展相应的岩石破裂实验研究是必要的。 早在Kármán和Griggs开展岩石力学实验的时候,就已观测到一个现象,即在岩石发生脆性破裂的场合,主破裂并不发生在岩石的应力状态达到其峰值强度(最大承载     

气体介质高温高压三轴实验系统

岩石物理力学性质的实验研究是了解地壳构造,探索地震成因等课题的一项基础性工作。为模拟地球内部不同深度的物理环境,研究地震孕育过程,许多实验应在不同的温压条件下进行。目前,国内外已建立起许多三轴实验设备。这些系统按其传压介质不同,可分为固体的,液体的和气体的三类。固体介质实验系统容易制造,容易达到较高的温度     

中国地震学会动态

构造物理与高温高压岩石力学研讨会会讯由中国岩石力学与工程学会高温高压岩石力学专业委员会、中国地震学会构造物理专业委员会联合举办的高温高压岩石力学与构造物理学术研讨会于2007年8月15—19日在辽宁召开。会议由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室与辽宁工程技术大学共同承办。会议主题为岩石力学、构造物理、岩石物理领域的实验、理论、数值模拟、高温高压实验技术。共有来自中国地震局地质研究所、中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学院研究生院、中国地震局地震预测研究所、石油大学(华东)、中原石油勘探局钻井…     

天然断层泥不稳定变形的实验研究

在强烈地震活动带,一般都伴随着规模宏大的活动断裂。活动断裂带内又广泛地发育着断层泥。因而研究断层泥的力学性质对研究断裂的发育、地震的活动、乃至工程的稳定性都有着重要意义。 在岩石破裂实验中,所谓不稳定性是指伴有突然应力降的力学行为,既包括完整岩石     

地震地球化学某些前兆机理的模拟实验研究

本文通过氡射气性能的压力实验,氡射气分配系数实验和岩石的溶滤实验等,对地下水氡及其它地震地球化学前兆机理进行了探讨。实验表明:氡射气的最高值发生在岩石严重破裂时;岩石射气性能高低与其本身的铀含量成正比;岩石在压力作用下射出的氡气在水中的分配大于在气相中的分配;岩石在饱和CO_2水中和压力作用下的溶滤程度要比在纯蒸馏水中和常压下大得多。因此,地震前地下水氡浓度和水中离子组分和气体组分会出现异常变化,而这种变化既与应力作用有关,又与地球内部水-气-岩系统在地震孕育过程中的物理化学作用有关     

应力减小引起的岩石破坏与地震

最近完成的岩石力学三轴实验表明,岩石的破坏既能由最大主应力的增加引起,又能由中等主应力的变化(增加或减小)或最小主应力的减小引起,因此联系到地震的发生也是如此。地震前必须有一个应力和能量的增加过程,但地震不一定发生在应力和能量的增加过程中,地震也可以发生在应力和能量的减小过程中。文章还讨论了能够引起地壳中应力减小的作用,並从地震活动性方面探索应力减小引起地震的可能性。     

断层同震滑动的实验模拟——岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展

岩石摩擦实验是断层力学和震源物理实验研究中主要的手段之一.传统低速率的岩石摩擦实验与以之为基础建立的速率状态变量摩擦本构关系理论体系,对于认识断层摩擦滑动稳定性和地震成核等地震成因机制问题具有重要意义.近20年来,断层力学领域兴起了用于模拟断层同震动态滑动的岩石高速摩擦实验.这种新的实验模拟方法揭示出断层同震滑动存在明显的摩擦生热效应,断层的力学性状主要表现为显著的滑移弱化和速度弱化,断层带物质在断层高速滑移过程中经历了各种复杂的物理化学变化.这些研究成果对于认识和评估断层同震弱化机制、断层带强度、地震能量分配、断层破裂模式、断层愈合等问题均具有重要启示.本文对岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展进行了总结,提出了目前的前沿性问题和值得开展的工作.     

岩石高速摩擦实验的进展

文中简述了地震动力学国家重点实验室近年来在岩石高速摩擦实验方面的进展。为了深化断层与地震力学研究,实验室建设了一套旋转剪切低速-高速摩擦实验装置,可开展滑动速率介于板块运动速率(cm/a量级)至地震滑动速率(m/s量级)的岩石摩擦实验,其中高速摩擦性能填补了实验室的技术空白。以此为依托,围绕汶川地震断层带力学性质研究,开展了一系列高速摩擦实验。结果表明,龙门山断裂带断层泥的高速摩擦性质具有一致性,其高速滑动下显著的滑动弱化必定在汶川地震中极大地促进了破裂的扩展;断层弱化的主导机制是与摩擦生热相关的过程,包括凹凸体急速加热弱化和热压作用;断层泥在经历高速滑动弱化之后摩擦系数可在5~10s内恢复0.4,断层强度的快速恢复是同震主破裂带余震减少的原因之一。基于对实验装置现状和现有成果的分析,展望了近期实验室岩石高速摩擦的发展方向。     

断层地震的尖角型突变模型

本文对直立走滑断层地震提出一个简单的力学模型,用尖角型（Cusp）的突变模型研究了地震过程的机制。从理论上阐明了围岩与断层带的刚度比和远场位移参数在地震过程中的重要作用,得到了地震时断层错距和能量释放值的简单公式。研究结果表明,岩石系统的稳定性首先取决于系统内部的刚度分布;其次在一定的外界条件下,系统才可能从稳定状态进入非稳定状态,而在外界扰动下失稳,于是从整体上深化了对断层地震过程的认识。     

地震孕育类型的实验研究

本文根据实验研究结果,讨论了载荷方式对岩石破裂类型的重要影响,并对比讨论了不同类型地震的孕震机制和可能判据。     

由含断层岩石非均匀性产生的地震前兆的数值模拟研究

使用新开发岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)，通过一系列模型实验，研究岩石中预制断层面几何特征和力学非均匀性对地震前兆产生的影响。模型使用5个具有不同均质度的岩石样本进行数值模拟研究。数值模拟结果表明，不同均质度岩石破坏在地壳中会产生不同的地震前兆现象。在一些区域，可以观测到明显的前兆，而在另一些地区却很难观测到明显的前兆现象。模拟结果与实验观测和自然界实际观测结果由很好的一致性。     

地震短期预测方法物理机理的研究途径

通过实验室研究与野外观测实验分析，可以揭示典型短期前兆现象的动力机制和响应条件。基于特殊条件岩石力学实验结果，给出典型地震活动图像产生的条件及其物理机制。进行多种类型、不同尺度动力作用的野外试验，对流体前兆成因过程的机理进行揭示和解释。进行地电阻率、地电场的典型观测研究，建立异常识别的综合分析方法等。这些研究工作是探索地震短期预测方法物理机理的有效途径。