地震断层带流体作用的岩石物理和地球化学响应研究综述

断层活动导致断裂带裂隙广泛发育,成为地壳中流体运移与聚集的有利通道和场所.流体在地震过程中具有重要作用.流体与地震破裂带内的岩石相互作用导致其具有与其他完整岩石不同的性质,包括矿物-化学组成、粒度分布及传输性质(渗透率、孔隙度)等.这些特性可以视为流体与地震断层带岩石相互作用的响应.一方面,较高的孔隙流体压力导致断层的有效正应力降低.另一方面,流体会与断层岩发生一系列水-岩反应导致矿物蚀变、分解,生成大量摩擦系数较低的粘土矿物,同时一些不稳定元素可能会随流体发生迁移,导致大量物质流失.在地震周期过程中,伴随着流体运移,断层带的物理性质(渗透性、流体压力等)也随之发生变化.同震快速摩擦生热会导致流体产生热压作用,促进同震滑动.另外,同震破裂导致断层带的渗透性快速上升,较高的流体压力会很快释放.在间震期过程中流体会使破裂趋向于缓慢变形,矿物溶解-沉淀、重结晶及压溶等作用胶结并愈合裂隙,断层强度恢复的同时断层带渗透性逐渐降低,孔隙压力又逐渐积累.研究流体的这些物理化学行为对理解地震成核、同震滑动及震后断层愈合等过程有重要意义.本文介绍了有关流体对断层带物理化学性质的改造及流体的动力学意义等方面的研究进展,总结了流体在地震周期过程中所产生的一系列岩石物理化学效应及其对地震过程的影响.     

汶川地震断裂带水岩相互作用及其对断裂带演化影响

汶川地震断层岩的矿物学和地球化学特征揭示出地震断层经历了漫长时间演化和复杂的水岩相互作用.间震期水岩相互作用导致断层岩中的破碎矿物蚀变,尤其是长石等矿物含量渐渐减少甚至消失,而黏土矿物（蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、绿泥石等）含量逐渐增高,以及如黄铁矿、石膏、重晶石、坡缕石等热液系统中常见的矿物大量出现;Mg、P、Ti、Mn、Fe等元素倾向富集在断层带中,而Si、K和Na等出现明显的亏损;元素的大量迁移导致断层带的体积巨量亏损.实验结果表明,黏土矿物的亲水性引起水渗透率比干燥气体渗透率明显偏低,并且二者偏差无法通过Klinkenberg校正消除.蒙脱石吸水膨胀和黏土矿物颗粒表面吸附孔隙流体造成孔隙度降低是导致水渗透率偏低的重要原因.断层岩碎屑结构使得其中的孔隙可能在600 MPa围压下得以保存,从而有助于流体沿断层带下渗,并在断层带深部形成高流体孔隙压.地震断层的主要矿物学及粒度分布特征并非在地震破裂过程中形成,因此利用断层岩粒度分布资料估算地震破裂能并不合适.     

汶川地震断层带传输性质研究——对地震同震弱化作用的启示

正断层带的流体压力因关系着地震断层滑动强度以及应力释放过程一直倍受重视。断层带渗透率结构对于了解断层带内流体活动状况、断层强度和摩擦稳定性以及同震热压作用等至关重要。本文全面总结了断层带的渗透性,尤其是大的地震断层带渗透性的研究成果。为了开展断层岩传输性质的测量工作,开发了超低渗岩石渗流测量系统。以汶川地震发震断层映秀—北川断层带上两个典型露头剖面为对象,分析了断层带的内部结构,对断层岩进行了成     

汶川地震破裂带断层岩纵波速度与孔隙度关系的实验研究

分布于地震破裂带上的断层岩具有高孔隙度的特征.该特点造成了其弹性波速度与结晶岩石和沉积岩存在明显的差异.确定断层岩的弹性波速度与孔隙度和矿物组成的关系对于利用地震资料探测深部断层和测井资料的解释至关重要.在10~600 MPa条件下,本文对地震断层岩的纵波波速（V_p）和总孔隙度（φ_t）进行了测量,并深入分析了V_p与孔隙度的关系.结果表明在10~600 MPa的压力范围内,V_p（p）随着压力的增高呈现对数增加,其增长率随着压力的上升而逐渐减小,遵从∂V_p（p）/∂p=a_v/p的变化规律.断层岩中的孔隙度随着压力的增高呈对数减小.与传统的认识不同,实验发现在压力高达600 MPa以上,大多数断层岩中仍然可以残留可观的孔隙量.分析显示V_p与总孔隙度及总粘土含量呈负线性相关.该发现有助于认识深部流体的活动通道特征,有助于理解断层带中存在大量粘土矿物、断层带内的物质可被大量带出、围陷波的形成等地质和地球物理现象.     

地震断层带流体作用的岩石物理和地球化学响应:以龙门山断裂花岗质破裂带为例

正地壳断层带中存在大量流体。流体的存在会对断层带的物质组成及力学性质产生重要影响。流体不仅会与断层岩发生反应生成摩擦系数低的粘土等层状硅酸盐矿物,而且流体也可能被封闭产生高压导致断层弱化。断层岩记录了断层带流体作用的相关信息。为了研究映秀—北川断层带内流体的作用过程、水-岩反应与粘土矿物的富集规律以及流体对断层演化和滑动过程的影响,我们在2008年汶川地震的发震断层——映秀—北川断层出露于金河磷     

汶川地震断裂带粒度分布特征：对地震碎裂机制的约束

断层岩的粒度分布包含岩石破裂机制、摩擦性质和地震能量分配等重要信息。筛分-称重和激光测量是分析断层岩三维粒度的2种有效方法,但每一种方法的测量范围仅有3个量级,难以全面反映断层岩的粒度分布特征。利用上述2种方法对汶川地震断层滑动带上的断层岩（简称断层岩）的粒度分布进行了测量,粒径测量范围从0.2μm至16mm,跨度达到5个数量级。结果显示：1）存在临界粒径d_c（0.95～1.90μm）。粒度大于和小于d_c的颗粒满足不同的颗粒数（N_d）-粒径（d）分布关系,表明该断层岩的粒径分布不具有自相似性特征。2）利用粒度大于d_c的颗粒计算出的分形维数与断层岩类型有很好的相关性,即断层带边缘的角砾岩的平均分形维数为2.6,核部压碎角砾岩的平均分形维数约为3.0,中心断层泥的分形维数约为3.5。粒径小于d_c的颗粒的分形维数为1.7～2.1。分形维数的突变反映出断层破裂机制的复杂性,即在不同的粒度域,岩石的破裂机制不尽相同。3）依据粒度分析结果,估算出汶川地震断层泥的单位破裂能（E_s）为0.63MJ/m2。     

花岗质岩石在脆塑性转化域的变形机制

地震精定位结果显示,大陆地震多数集中于大陆地壳的多震层内,该多震层向下收敛于中部地壳的脆塑性转化带。地壳脆塑性转化带的主要成分为花岗质岩石,前人通常用石英-斜长石的组合代替花岗岩进行变形研究,反演转化带的深度和变形特征,并且认为花岗岩的变形强度由弱项矿物——石英的塑性变形控制。近年来,实验和野外研究均表明钾长石的变形强度高于石英和斜长石。大应变量变形实验和野外韧性剪切带的研究结果显示,在中地壳脆塑性转化带内,钾长石变形以脆性破裂为主,斜长石和石英通常表现为动态重结晶。因此,用石英和斜长石的组合体代替花岗岩来反演断层的变形特征,无法全面、真实地解释断层深部脆塑性转化带的变形特征。文中总结了花岗岩在野外和实验变形条件下的研究结果,并分析了花岗岩的主要组成矿物——石英、斜长石和钾长石的变形特征以及其温压条件的不同步性,讨论了断层深部脆塑性转化带的失稳条件。     

水库蓄水与断层带流体孔隙压时-空分布的数值模拟——以紫坪铺水库为例

通过对汶川地震破裂带上的断层岩及围岩的渗透率测量,获得了研究区岩石的渗透率随深度变化的规律。依据所得到的渗透率实验数据,数值模拟了紫坪铺水库蓄水所产生的流体孔隙压的时空分布。模拟结果显示,渗透率是否随深度变化,其流体孔隙压的模拟结果也相差很大。由于断层带具有高渗的特点,因此与水库底部存在水力联系的断层带及其宽度对流体渗透的模拟结果有明显的影响。断层带越宽,下渗作用越明显,流体孔隙压的分布与断层带的产状越接近。若断层带宽度为100~300m,2008年汶川MS8.0地震发生时,其震源区的流体孔隙压为0.1~0.15MPa,与库体载荷在断层面上产生的附加正应力相当。该模拟结果可以作为进一步分析汶川地震的发生是否与紫坪铺水库蓄水存在关联的重要约束。     

虹口八角庙-深溪沟炭质泥岩同震断层泥的X射线衍射分析结果

5.12汶川地震同震地表破裂带在虹口八角-深溪沟一带主要出露于三叠系须家河组的炭质泥岩中,同震断层泥在颜色、结构上与老断层泥和围岩类似。通过开挖探槽,系统采样,采用粉晶X射线衍射定量分析方法,研究了同震地表破裂带的围岩、断层角砾岩、老断层泥和新断层泥的矿物成分特征。同震断层泥的主要成分为石英和黏土矿物,含微量长石和白云石;断层泥的显著特征为高黏土矿物含量,从同震断层泥、老断层泥、角砾岩到围岩黏土矿物含量依次降低,黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主,含微量绿泥石和高岭石,矿物组成明显比地表破裂带北段同震断层泥简单。不同颜色的同震断层泥成分略有不同,黑色断层泥中伊利石含量明显高于白色断层泥;老断层泥中含有方解石和白云石,而同震断层泥不含方解石,只含微量白云石。同震断层泥中伊蒙混层高含量表明,在本次地震错动中有富含K的流体参与。     

基岩区断层黏滑与蠕滑的地质标志 和岩石力学实验证据

文中总结了基岩断层带黏滑与蠕滑的地质标志与岩石力学实验证据,分析了控制黏滑与蠕滑的物理机制。断层带内的矿物组成、矿物变形机制、流体作用和断层带变形方式等是控制黏滑与蠕滑的主要因素。富含黏土矿物的断层泥具有速度强化型摩擦滑动,控制着断层蠕滑,而以方解石、石英、长石及辉石等造岩矿物为主的断层泥在大陆浅源地震的震源深度条件下具备黏滑条件。脆性破裂伴随的扩容过程是断层黏滑的必要条件,而压实、碎裂和塑性剪切变形形成的叶理和小褶皱对应于蠕滑。在流体作用下,压溶使孔隙和微裂隙愈合,有利于断层强度的恢复和断层闭锁,既是断层发生不稳定滑动的根源,也是断层带局部存在高压流体的条件,而在流体作用下的退变质反应与水解反应生成黏土矿物和层状及环状硅酸盐矿物,不仅降低了断层带的强度,还导致断层向蠕滑转变。断层带内均匀分布多个剪切面和较宽的变形带对应于蠕滑,局部化的R剪切及Y剪切、窄变形带和摩擦镜面对应于黏滑。     

FREQUENCY-DEPENDENT COMPLEX RESISTIVITY OF ROCK-SALT SAMPLES AND RELATED PETROPHYSICAL PARAMETERS1

The presence of water is one of the main concerns of nuclear waste disposal in rock-salt. It can be investigated using electrical properties of the rock. Laboratory measurements of frequency-dependent resistivity and other petrophysical parameters, such as porosity, water content, and specific internal surface area, have been carried out on rock-salt from the Asse mine in Germany, in order to obtain characteristic resistivity responses for the evaluation of geoelectric field methods and to develop new methods for the estimation of the water content and saturation. The laboratory method, on a.c. half-bridge for very high impedances, allows measurements of the resistivity spectrum of rock-salt in the frequency range from 15 Hz to 10 kHz. The saturation of the samples was varied artificially and was approximately 5%, 10%, 20% and 100%. The porosity varies between 0.1% and 0.5%, the water content is approximately 0.05% or less, and the initial saturation is less than 50%. The resistivity ranges from 10 MΩm at the initial saturation down to 1 kΩm for fully saturated samples. In the low-frequency range up to 100 Hz, an Archie-type relationship may be used to estimate the water content of the rock-salt from resistivity measurements. The Archie exponent m is found to be approximately 2. The resistivity is observed to be strongly dependent on frequency. The resistivity decreases with increasing frequency, with a greater decrease for small saturations and vanishing frequency dependence at complete saturation. The relative dielectric constant was found to be 6 ± 1. Saturation dependence was not observed within this error range. The measurements imply that, by measuring resistivity in rock-salt, estimations of water content and saturation, and thus the porosity, can be made in situ. This is particularly important for the safety of nuclear waste disposal in rock-salt.     

低电阻率油气层物理参数变化机理研究

研究了淡水环境下富含粘土矿物、细颗粒砂岩低电阻率油气层. 分析了粘土的附加导电性,认为粘土质量百分数高且富含伊利石和蒙脱石的地层中,若地层水质量浓度小于15g/L等效NaCl盐溶液时,粘土的附加导电性是造成油气层电阻率低的首要原因. 同时分析了细颗粒、粘土质量百分数不高的储层,高的毛细管压力使束缚水饱和度很高,同样能形成低电阻率油气层. 储层中粘土质量百分数的多少对储层岩石电性特征(I-Sw曲线形态)有重要影响,可用于指导测井资料解释模型的选择.     

苏北大陆科学钻探靶区岩石物理性质

对苏北地区主要岩石物性的调查结果发现,科学钻探的目标体榴辉岩有很大的密度,与其他围岩的密度差达0.9×103?kg/m3,具有重力勘探的物性基础;除角闪石化榴辉岩的弹性波速与围岩相近外,榴辉岩的弹性波速高于其他围岩,地震勘探在该区应是一种有效的勘探方法;就磁性而言,榴辉岩的磁性介于围岩磁性之间,与围岩磁性没有明显区别,但金红石矿化榴辉岩的磁性有明显差别,因此磁法勘探在该区受到岩石组成复杂性的限制.     

FACTOR ANALYSIS FOR INTERPRETING PETROPHYSICAL DATA ON RORO ULTRAMAFICS,SINGHBHUM DISTRICT,INDIA*

The physical properties of the serpentinized pyroxenitic and saxonitic rocks from stratiform ultramafic complexes of Roro, Singhbhum distrct, India, are examined using principal factor (R-mode) analysis technique. The variations and inter-relations of these properties reflect the compound effects of two processes—(a) degree of serpentinization, and (b) mineralogical and other changes attendant to serpentinization. Factor analysis is thus shown to be an effective tool for petrophysical inferences.     

APPLICATION OF PETROPHYSICAL MEASUREMENTS TO THE PREDICTION OF SEISMIC RESPONSES OF DIFFERING LITHOLOGYOR PORE FLUIDS1

Determination of petrography and pore fluid content is an ultimate goal of an integrated seismic-petrophysical study. For lack of a general inversion technique, forward modelling is useful in studying the relations between lithology, stratigraphy, pore fluid content and the seismic response. This report describes a study of two clastic sequences in Utah, from which 32 rock samples were analysed. A detailed petrographic study was done. Laboratory measurements were made of ultrasonic compressional- and shear-wave velocity as a function of pressure. We computed the velocities at seismic frequencies for the samples when dry, over-pressured, brine saturated, and oil saturated. The velocities were sensitive to the porosity, carbonate cementation and the depositional facies. We generated velocity profiles for hypothetical reservoirs for a range of saturation states. The velocity profiles were used to generate synthetic seismic shot gathers to study the seismic response of these clastic reservoirs. The fluid-saturation strongly affects the seismic respone, as does the presence of a coal seam. An amplitude change with offset is often observed. However, stratigraphy appears to have a stronger effect on the seismic response.     

地震与沙漠化和沙尘暴

沙漠主要是由于气候干燥而形成的 .在干燥的气候条件下 ,遇到强烈的大风 ,天气就容易形成沙尘暴 .大地震在地表造成的岩石、土层破裂和沙土颗粒粘聚性的破坏加剧了地表的沙漠化 ,为沙尘暴的形成进一步提供了物质来源 .在全球范围内 ,除了北非和阿拉伯半岛大沙漠中无强震外 ,其他诸如前苏联、印度、巴基斯坦、伊朗、美国、中国、澳大利亚以及南美的沙漠中都曾有大震发生 .有的沙漠边缘与山脉交接处为大震多发带 ,有的沙漠内部就有大震活动 .在中国也有大面积的沙漠分布 ,而且沙漠逐渐向平原区和城市逼近 .如华北平原的一些局部地区已形成沙漠…     

地应力地磁场与地震

通过地表重力异常和磁异常的对比，可以找到两者之间的一些因果关系。这种关系在整个地磁场与应力场的历史变化中又得到了进一步的验证。这种因果关系是：地球的初始磁场可能是由晶体的压电效应产生的，地磁场的变化反映了地球应力场的变化。     

希尔伯特-黄变换中拟合过冲和端点飞翼的原因及解决办法s

深入分析了现有的三次样条拟合方法，指出ldquo;拟合过冲rdquo;现象产生的原因，并提出新的三次样条拟合方法和正弦函数拟合方法. 这两种新拟合方法都具有消除ldquo;过冲rdquo;现象，拟合函数连续、一阶导数连续、计算简便、计算量小、易于操作等优点. 同时，指明了ldquo;端点飞翼rdquo;现象产生的原因，并提出一种处理资料曲线的端点问题的技巧. 该技巧能够在不改变资料曲线的条件下消除ldquo;端点飞翼rdquo;现象. 拟合新方法和新技巧能结合运用，得到完全没有ldquo;拟合过冲rdquo;和ldquo;端点飞翼rdquo;的拟合曲线，为时序曲线固有模态函数分解提供了可靠的技术基础.      

RIVER PATTERNS AND SPATIAL AND TEMPORAL TRANSFORMATION MODES

1 INTRODUCTIONThe river pattCths and transfo~ion of the pattenes are of great significance for flood control andmanagement of navigation system. Vallous spatial and temporal modes have been reported in theprevious stUdies. These modes depend on certain controlling factors and occur with different frequencies.These factors are related to modem fluvial processes and ancient sedimentary consequences. T'hedifferent river patterns, depending on the factors, can be either observed in nature or…     

结构主动控制和混合控制的装置和方法

本系统讨论了土木工程结构的主动控制和混合控制设备的构造和性能及其实际应用的效果；对一般非线性优化控制方法及其效用做了分析介绍；对当前土木工程结构控制研究中存在的困难和问题以及今后的发展趋势进行了分析讨论和展望。