岩石粘滑的自锁模型及数值模拟

本文根据岩石摩擦的自锁模型,通过数值模拟讨论了围压和围压介质刚度对粘滑及其应力降的影响。结果表明:围压的增大有利于发生粘滑;粘滑应力降随围压的增大而增大;天然地震应力降低于室内粘滑应力降是由围压介质刚度引起的。     

固体围压下完整花岗岩粘滑现象的实验研究

本文用完整的花岗岩样品在固体围压三轴实验装置上压缩,研究围压和应变速率对岩样变形破裂过程、粘滑应力降、粘滑复发间隔及样品主破裂几何分布的影响。结果表明,加载速率较低时,粘滑应力降较大,复发间隔较长且分布无规律。加载速率越大,粘滑应力降越小,复发间隔也近似相等,粘滑事件表现出准周期性。围压和应变率较低时,岩石的主破裂会演变成两个交叉的共轭断裂面;而围压和应变率较高时,岩石的主破裂则演变成单一断裂面或入字形断裂面。本文结果对认识中国大陆板内地震孕育、发生及重复过程;研究地震重复发生的机制及影响地震复发间隔的主要因素都有重要意义。     

滇西地震实验场岩石的摩擦滑动实验研究(英文)

应用双剪法对滇西地震实验场岩石的摩擦滑动特性进行了研究。实验的岩石有花岗岩、玄武岩、正长岩和片麻岩。实验的正应力为10—40MPa。实验表明,花岗岩、玄武岩和正长岩三种岩石,当正应力为10MPa时发生稳滑,当正应力超过10MPa时发生粘滑。稳滑与粘滑过程均出现位移强化现象。片麻岩当正应力为10MPa时发生稳滑,当正应力超过10MPa时样品未滑动而发生破裂。摩擦强度值比Byerlee定律的值稍低。与济南辉长岩相比,滇西三种岩石粘滑发生时的平均应力降较低,平均错距较小,平均重复周期较短。花岗岩粘滑前声发射率明显增加,玄武岩与正长岩粘滑前声发射率变化不明显。     

孔隙压变化对岩石错动面滑动行为影响的实验研究

应用摩擦实验装置，在法向压力σ＿ｎ＝１０～１２０ＭＰａ下研究了孔隙压变化速率对岩石错动面滑动行为的影响。当孔隙压增压速率较大时，具粘滑振荡特性的岩石错动面仍将发生粘滑振荡，当孔隙压增压速率较小时，错动面发生稳定滑动，当增压速率介于上述两者之间时，错动面则呈粘滑－稳滑转化。以上结果对地震前兆和地震控制研究有重要意义     

应力途径与岩石的摩擦滑动

用双剪法对济南辉长岩和点苍山大理岩进行了摩擦滑动实验.实验中的应力变化方式有两种.A 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定值,然后保持正应力不变,并增加剪应力使断层发生粘滑;B 型实验:先使断层面上的正应力增加到一定的值,保持正应力不变,并增加剪应力到断层发生粘滑前的某一应力状态,再保持剪应力不变,减小正应力直到粘滑发生.实验表明,B 型实验中岩石的摩擦强度高于 A 型实验.A 型实验中粘滑发生前有声发射率增加的前兆,B 型实验中粘滑发生前看不到声发射率的明显增加.由实验得到一个启示,即闭锁断层的开锁可能采取两种形式:一种是冲开闭锁,即以剪应力的增加使断层发生错动;另一种是解开闭锁,即以正应力的减小使断层发生错动.断层的粘滑采取哪种形式,由断层带的应力变化途径决定.      

剪切载荷扰动对断层摩擦影响的实验研究

利用双轴伺服控制加载装置,采用3块花岗闪长岩标本组成的含有2个滑动面的直剪结构,开展了摩擦滑动实验。实验中通过在剪切方向上叠加正弦波状的位移扰动,研究了剪应力扰动对断层粘滑失稳的影响。研究表明,在恒定的正应力和位移速率下,标本表现出较为规则的粘滑;当在剪切方向叠加位移扰动后,随扰动振幅的增加,粘滑发生时间与扰动的相关性增大,粘滑的应力降和时间间隔的分布趋于离散,其中扰动能产生明显影响的临界振幅大致为0.05MPa;粘滑应力降和时间间隔随扰动振幅增大而逐渐离散的现象在较高正应力下更为明显,而相同扰动振幅下粘滑失稳发生时间与扰动的相关性也随正应力增加而增大;扰动周期对摩擦性状的影响不明显。研究结果意味着,地震引起的同震剪应力的变化不仅会引起邻近断层上地震发生时间的变化,也可能引起地震强度的变化     

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。     

不同围压条件下花岗岩变形破坏过程中的声发射时序特征

在室温、围压 50— 60 0MPa范围内 ,采用以Pb为围压介质的三轴实验装置 ,对花岗岩变形破坏过程中的声发射序列特征进行的研究表明 ,花岗岩强度随围压增加而增大 .低围压下 ,样品破坏时系统不失稳 ,破裂前后声发射稀少且时间分布较为随机 .随围压的增高 ,样品破坏时系统失稳 ,随后出现粘滑 ;声发射出现时间随围压增加而提前 .以破坏时应力降发生时间为界 ,一个显著的特征是破前声发射累积数随时间指数增长 ,增长速率随围压增加而加快 ;而破后各粘滑段的声发射累积数随时间却呈线性增长 .声发射b值随围压增加有减小的趋势 .声发射序列时间结构的 f(α) α谱研究表明 ,其多分形性质主要决定于时间密集特征 ,标度指数α的分布范围随围压增加有减小的趋势 .粘滑过程中 ,应力降幅度、应力降释放率及粘滑事件时间间隔均随围压增加而增大。     

应力扰动对断层摩擦声发射活动影响的实验研究

利用中尺度岩石摩擦实验开展了应力扰动对断层摩擦滑动过程中声发射活动影响的实验研究,据此讨论同震应力变化引起的小震活动特征及其预测意义.实验结果表明方波状应力扰动对粘滑失稳前的声发射活动有明显影响,即触发了一些声发射事件,使得粘滑发生前声发射活动增强并使出现的时间提前.这种影响随平均正应力的提高和扰动振幅的增大而增强,其...     

剪切破裂与粘滑——浅源强震发震机制的研究

周口店花岗闪长岩的高温高压三轴实验和理论分析表明,剪切破裂和摩擦滑移具有类似的孕育过程和发生机制。剪切破裂贯通强度就是一种摩擦强度。剪切破裂和摩擦滑移各自都有渐进式和突发式之分。突发式摩擦滑移是已有断层的粘滑滑移。突发式剪切破裂则是完整岩石的初始粘滑滑移。考虑到地壳温度随深度增加,完整岩石剪裂强震要求较高的围压,因此,多数浅源强震的发震方式很可能是已有断层的粘滑     

侧向应力扰动对断层摩擦影响的实验研究

利用双向伺服控制装置,对含有与最大主压应力σ1呈45°夹角的预切面的花岗闪长岩标本进行了摩擦实验,结果表明,在σ1方向位移速率恒定、侧向应力σ2恒定的条件下,粘滑间隔随滑动面上正应力的增加而增加,粘滑应力降也随滑动面上正应力的增加而呈线性增加。但当σ2叠加了高频小振幅的正弦波扰动时,这种相关性发生了明显的变化,应力降大小和粘滑间隔的离散度均显著提高,特别是应力降可能会大幅度增加。与σ1扰动的实验结果相比,σ2扰动对断层粘滑的影响更为显著,这主要归因于正应力变化使滑动面的非均匀性加剧     

岩石摩擦-滑动中的声发射b值动态特征及其地震学意义

双剪试验的结果表明,岩石摩擦滑动过程中的AE b 值动态曲线可归纳为锯齿状和台柱状两类,分别对应于不规则粘滑和规则粘滑.滑动瞬间滑面上摩擦系数变化△μ的分布决定岩石的滑动方式,不均匀分布易发生不规则粘滑.均匀分布易引起规则粘滑;破裂和滑动是摩擦滑动过程中的两类AE 机制,两类AE 的能量分别与破裂面面积及△μ成正比.研究结果提示,平直光滑的地震断层可能显示出特征地震的发震特点.     

含水岩石摩擦滑动特征的初步研究

我们对含水岩石进行了双剪摩擦滑动实验。所用样品为济南辉长岩、周口店石灰岩,小浪底砂岩和点苍山大理岩。本实验得到的主要结果表明,水的存在增大了岩石的摩擦强度,减小了粘滑时的应力降和错距,促进了位移强化效应。这说明水对岩石摩擦的影响是一个复杂的问题。还应深入地研究。     

岩石摩擦滑动的声发射b值

用双剪法进行岩石摩擦实验并测定了声发射b值。实验表明,粘滑发生前b值稳定并稍有增加,多次粘滑过程中b值基本不变,随着正应力的增加b值增加。     

水的扩散与断层的粘滑

在实验过程中发现,将压力水注入花岗岩样品的切割裂纹,则一次注水可触发一系列的粘滑事件,每次粘滑都产生了明显的应力降和位移,並伴有巨大的声音。为了解释这种实验现象,本文提出了新的概念和模式,从而将在均匀情况下的摩擦准则扩展应用於非均匀状态。 弱化断层非稳定性的不均匀模式假定压力水随时间沿断层面扩散,根据临界水压将断层面划分成“滑移区”和“闭锁区”。随着水随时间的扩散,“滑移区”不断扩大,该区的剪应力连续下降並向“闭锁区”转移,以保持整个断层面的宏观平衡,这个过程将持续进行到粘滑突然发生时为止。 将实验的实测数据和模式的计算结果相比较,发现只要“闭锁区”上的积分平均剪应力和有效正应力满足摩擦准则,则粘滑不稳定性就发生。水压的增加使有效正应力下降,而应力转移又使剪应力增加,由水扩散而引起的这二种作用的共同结果产生了弱化断层的粘滑不稳定性。 该模式较好地解释了实验结果,也可用於对余震和水库地震机制的解释。     

断层滑动速率,地震重复时间和平均应力降

本文综述了国内外大地震复发间隔研究的现状，系统整理了中国大陆活断层滑运速率，已发现的古地震遗迹及古地震复发间隔，结果表明，在滑动速率较在的活断层发现的古地震复发间隔较短，Ｋａｎａｍｏｒｉ和Ａｌｌｅ（１９８５）研究了具有大范围重复时间（２０年到几千年）的板内大地震的震源参数，发现复发间隔较长的大地震具有较高的平均应力降，我们在实验室内研究了应变速率不同时固体围压三轴压缩下完整花岗岩破裂后的粘滑现象。     

岩石在有围压条件下的声发射凯瑟效应

本文根据室内实验结果讨论了有围压条件下的岩石凯瑟效应。指出低差异应力作用下的岩石,凯瑟效应是各向独立的,即使围压发生变化(可以降低为零),其轴向加压的凯瑟效应仍反映该方向历史上承受过的最大应力值;高差异应力作用下的岩石,凯瑟效应不能各向独立,在围压发生升高或降低时(可以降低为零),其轴向加压的凯瑟效应反映历史上该方向与围压的最大差异应力,这为由室内实验(零围压)确定野外深钻孔岩芯所承受过的最大差异应力提供了方便。对于大理岩来讲,高低差异应力的分界约为10MPa。     

岩石的双剪摩擦及震源时间函数的实验研究

本文介绍了岩石的双剪摩擦滑动实验。在实验宁测量了不同正应力条件下的粘滑应力降和位移值,求出了静、动摩擦系数;用瞬态波形存储器记录了粘滑过程中位移随时间的变化曲线,得出了震源时间函数,它的形状与布隆提出的震源时间函数极为相似,两者皆以指数形式下降,它的数值与野外实测结果大致相近。为验证实验数据的准确性,本文还对粘滑的理想模型进行了分析和计界。理论、实验和野外观测的结果大体一致。     

粘滑过程中声发射序列的时间分布及前兆特征

用声发射波形采集分析系统记录的完整花岗岩在固体围压下破裂及粘滑过程中产生的声发射波形,研究了声发射和粘滑时间序列与天然地震序列的关系,讨论了粘滑过程的时间分布,发现粘滑事件的累积频度曲线随时间的变化受围压和应变率影响,大致呈现指数函数和线性关系两种形式。总事件(包括粘滑和声发射)的累积频度随时间的变化在不同的实验条件下呈现出对数函数形式,粘滑序列中的声发射随时间减少。本文的结果对于研究不同应变速率及不同震源深度的地区的地震活动时间分布特征,以及在判别地震活跃期内不同阶段强震序列类型和前兆特征有一定参考作用。     

地震重复间隔及震时位移与无震位移比值的实验研究

了解地区地震重复间隔对地震区划与地震预报均十分重要。鉴于在自然条件下研究地震重复间隔的艰巨性,本文利用实验方法探讨影响粘滑事件重复时间间隔的因素。实验表明,粘滑事件在一定条件下具有准周期性。岩性、围压和应变速率不同,事件的周期不同。高围压下周期长。应变速率对粘滑事件周期的影响较复杂,在100MPa围压下,位移速率变化,每次事件的位移量不变。在300 MPa围压下,由于位移速率减慢,每次事件的位移量增大。 定义一个事件过程中震时位移量和无震位移量之和为全过程总位移量,并且定义α为震时位移量与总位移量之比值。实验表明,每次粘滑事件中存在无震位移量。微密岩石的α值比疏松岩石的大;同种岩石高围压下α值比低围压下小;断面上随着粘滑次数增多,α值变大。α值的变化范围为0.1—0.5。