高温高压下岩石弹性波速特征及其在深部地质研究中的意义

本文收集、整理、研究了７０年代以来的高温高压下岩石的Ｖｐ，Ｖｓ，Ｖｐ／Ｖｓ，Ｖｐ各向异性等实验资料后得出：（１）低压下岩石Ｖｐ的急剧变化是由岩石中裂纹与孔隙等引起的；（２）温度升高可增大由岩石组构引起的Ｖｐ各向异性的变化率；（３）同种岩石在不同的大地构造环境中具有不同的波速值与变化规律；（４）Ｖｐ在高地温区随温度先降低而后升高，其原因是由矿物相变造成的，与地壳中低速带的性质相当。文章最后讨论了实测波速转换为岩石类型时实验研究岩石波速的意义。     

云南地壳生热率分布

研究地壳岩石放射性生热率的垂向分布，是研究深部热结构的基础。根据深部地震测深资料，利用地震波速与生热率之间的关系，估计了云南地壳生热率的垂向分布。全区上地壳生热率一般为０．８～２．１μＷ／ｍ３，中地壳为０．４～１．２μＷ／ｍ３，下地壳为０．１１～０．５５μＷ／ｍ３     

全球大地热流-岩石生热率关系综合分析

大地热流分析是研究大地构造地球动力学和地壳化学组成的一个重要手段通过对全球范围大陆地区大地热流和岩石放射性生热率数据的综合统计分析探讨地壳一地慢热流配分统计结果揭示,全球尺度显生亩地质构造区热流与岩石生热率之间不存在简单的线性关系,但两者在隐生宙地盾区却具有明显正相关关系从大地热流-岩石生热率关系在显生亩地区和在隐生宙地区的差异可以大致确定壳-幔热流成分的变化范围取地壳厚度为30－50km,根据前寒武地盾区热流与生热率之间的统计关系可以进一步推测地壳岩石中放射性生热元素的平均丰度范围分别为铀（0．5-1．6）×10－6,钍（1．8－6．1）×10－6,氧化钾0．6％-1．9％．     

我国大陆地区大地热流与地壳厚度的变化

本文从我国大陆地区现有的热流观测和深部地球物理资料出发,对1°×1°网格平均热流值（q）与地壳厚度值（M）进行回归分析.结果表明,中国大陆地区作为一个整体,q-M之间存在良好的正相关关系;在111°E以东地区特别是在华北盆地,两者呈显著负相关关系.按地壳厚度分组和按热流值分组的统计结果具有相似的特征,在所有“一分为二”（即只分成小于和大于等于某一指定值）的分组系列中,高值范围的算例都呈显著正相关,回归直线斜率在0.4-2.8mW/（m²·km）的范围内,与国内外报道的地表岩石生热率值一致;而低值范围的算例均给不出清晰的相关关系.作者认为,上述统计结果是地壳岩石放射性生热贡献和来自深部的地幔热流在大地热流二元结构中所起的作用在不同情况下有所不同的体现.     

中国大陆地壳和岩石圈铀、钍、钾丰度的大地热流约束

根据实测大地热流数据，求出中国大陆主要构造单元的地壳平均生热率的上限值为1．3μWm^-3，中国大陆的地壳平均生热率不应高于该值；相应的铀、钍、钾丰度上限值分别为2．04（10^-6)、7．76（10^-6)和2．04（％）。据此对黎彤等近年发表的中国大陆及塔里木－华北板块地壳和岩石圈的铀、钍、钾元素丰度值进行检验。结果表明这些丰度值过高，不满足实测大地热流值的约束，这意味着黎彤等给出的铀、钍、钾的丰度值不可信。我们认为，根据出露地表的相应岩石的成分估计地壳和岩石圈地幔深部的微量元素丰度的研究方法，缺乏可靠的理论或实验基础。     

华北克拉通中部大陆地壳断面磁性结构研究及意义

为探讨华北克拉通中部地壳的磁性结构与深部地质过程之间的相互关系,测量了五台-集宁地壳剖面４４件岩石样品的磁性参量及磁滞回线．结合岩石学、地球化学及磁卫星资料的综合研究结果表明,整个断面具有明显的磁性分带结构特征．上地壳、中地壳与下地壳上部岩石饱和磁化强度（Ｊｓ）的平均值分别为５８．７Ａ／ｍ、６８１．２Ａ／ｍ与１０６８．０Ａ／ｍ,而饱和等温剩磁ＪＳＩＲＭ为４．１Ａ／ｍ、７７．９Ａ／ｍ和１３８.４Ａ／ｍ.磁性与变质相及成分对应分析显示,断面内的磁性结构主要受变质作用控制（尤其是变酸性岩与变基性岩）．Ｊｓ值的变异系数Ｖｃ,上地壳为６２．２％、中地壳为６２．５％、下地壳为１４３．７％,而ＪＳＩＲＭ值的变异系数则分别为７０７％、８６．１％、１６５.４％．中一下地壳之间Ｖｃ值的差异远大于上一中地壳,显示了地壳深部磁性强度的非均一分布特征．本区中一下地壳岩石的磁化强度明显高于秦岭造山带北缘的登封群与太华群,这一差异可能与两区地壳深部热结构的明显差异相关．结合磁卫星长波长磁异常分析推测,地壳断面中基性麻粒岩的磁性代表了区域下地壳的磁化强度,如果地壳深部的剩余磁性以热粘滞剩磁（ＴＶＲＴ）为主,则可估算出...     

哈萨克斯坦和邻区的地壳基底构造

根据部分地区的地震测深结果，并结合前人所做的工作，使用数理统计方法建立了地壳厚度（Ｈ＿Ｍ）、重力观测值（△ｇ）、岩石加权平均密度（ρ）和纵波速度（Ｖｐ）之间的经验公式．以重力场和二维在速度模型为基础．编制出哈萨克斯坦和邻近区域的地壳基底构造等深图，并且推广到缺少深部地震剖面资料的造山地带。按照地壳基底的构造特征可大致分为三种类型，它们分别对应于地震活动区、非活动区和过渡带，反映出哈萨克斯坦和邻区的莫霍面起伏形态和理藏深度，为地震区划综合研究提供了基础资料．     

高温高压下岩石波速与地壳深部的物质组成

通过对高温高压下岩石波速实验资料的综合研究得出：岩石波速及速度各向异性可用于确定地壳深部各层的组成和界面性质;岩石波速随构造环境而变化；同一波速层由成分和成因上不同的岩石组合而成利用统计分析后的高温高压波速数据，建立了42组ρ-Vp（密度-速度）关系式及深部岩石判别图解     

岩性、含油气性、有效覆盖压力对纵、横波速度的影响

在具有代表性的正旋回砂砾岩储层中，８种不同岩性的典型样品，在５种含油（气）水饱和状态下测试了纵、横波速度（Ｖｐ和Ｖｓ）与有效覆盖压力（△Ｐ）变化关系曲线。结果表明：（１）Ｖｐ和Ｖｓ与△Ｐ呈指数递增，Ｖｐ和Ｖｓ随△Ｐ变化在低压范围比高压范围更敏感，而Ｖｐ比Ｖｓ的灵敏度高。（２）同一状态下，同一非均质单层内的岩性变化范围控制了不同的Ｖｐ－△Ｐ，Ｖｓ－△Ｐ曲线族的宽度。岩性由细到粗，Ｖｐ－△Ｐ曲线由低向高变化，含钙、含砾粗砂岩的Ｖｐ－△Ｐ曲线处于曲线族的上界，砾状砂岩的Ｖｐ－△Ｐ曲线低于含砾粗砂岩的Ｖｐ－△Ｐ曲线。Ｖｓ－△Ｐ曲线也有上述规律。（３）同一样品，研究５种不同饱和度状态下的Ｖｐ－△Ｐ和Ｖｓ－△Ｐ曲线，发现无论压力条件如何，波速与饱和度均呈线性关系。（４）在同一的非均质单层内，Ｖｐ－△Ｐ，Ｖｓ－△Ｐ变化曲线随着含油、气、水饱和状态的不同具有明显的分带性。气饱和Ｖｐ－△Ｐ曲线族在形态及幅度变化上明显区别于油、水饱和状态，束缚水、残余油状态的Ｖｐ－△Ｐ曲线族，Ｖｓ－△Ｐ曲线也有上述规律。气饱和状态的Ｖｐ和Ｖｓ随△Ｐ变化的敏感度高于油、水饱和状态，气饱和状态的Ｖｐ随△Ｐ变化的敏感度高于Ｖｓ。     

世界超深井岩心物理性质的温压实验结果综述（2）

本文阐述了独联体乌克兰地盾中部克里沃罗日铁矿盆地上超深井岩心标本的温压实验，（１）研究岩石弹性纵波速度（Ｖｐ）和横波速率（Ｖｓ）及其各向异性系数，杨氏模量（Ｅ）剪切模量（Ｇ），压缩率（β）泊松系数（σ）与流体静压力，正常温压和高温高压的关系。（２）研究了岩石导热率（λ）和导温率（α）和热容量（ｃ）与温压的关系；（３）随着压力的增大，岩石弹性波速度及其各向异性分别是增大和减小的，在不同方向上弹性汉事     

水对受力岩石变形破坏宏观力学效应的实验研究

为了了解水对受力岩石的宏观力学效应,在MTS电液伺服材料试验系统上,对不同饱水度的砂岩、花岗闪长岩、灰岩和大理岩进行了单轴压缩试验,取得了这几种岩石的单轴抗压强度和弹性模量随饱水度变化的定量结果.结果表明,水对受力岩石的力学效应与岩石中的含水状态是密切相关的,自然状态的砂岩、花岗闪长岩浸水后,其峰值强度和弹性模量随饱水度的增加而迅速衰减,当饱水度达到某一定值时,这两种岩石的峰值强度和弹性模量基本稳定下来;文中用函数Y=Aexp（-Bx）+C对实验结果进行了最小二乘法拟合.实验中求得水饱和状态和自然状态砂岩的泊松比并没有明显差异,说明在宏观上水对该种岩石受力变形的作用是各向同性的.通过10^-5/s和10^-4/s两种不同应变率试验,发现水对受力岩石的力学效应具有时间依赖性,这一特点说明仅从有效应力原理来考虑水对受力岩石的力学效应是不够的,而应考虑应力腐蚀这样复杂的过程.此外,大理岩的试验结果表明,水对受力的碳酸盐类岩石的作用机理是一个值得进一步探讨的问题,它与水对受力的含SiO₂类岩石相比,可能存在差异.     

华北地台岩石放射性元素与现代大陆岩石圈热结构和温度分布

在华北地台1.4×106km2的范围内系统采集了12193个岩石样,组合成1207件分析样,对放射性产热元素K,Th,U进行了测试,同时由国家一级岩石地球化学标准物质监控分析质量．根据岩石中K,Th,U的含量和地壳各结构层的岩石组成,计算了地壳各壳层放射性产热元素的含量,系统研究了华北地台岩石与各时代地层的平均热产生率及其变化,并建立了华北地台现代大陆岩石圈的热结构和温度分布．应用一维稳志热传导模型,求得了华北地台岩石圈的深度-平均地温分布曲线．地表热流密度分布和岩石圈深度-地温分布曲线研究表明,现今华北地台壳内熔融作用不明显。与世界上其他大的稳定克拉通区相比,华北地台地壳活动性较大,具有准地台的特点．     

准噶尔盆地热流及地温场特征

利用准噶尔盆地 1 96口井的温度资料及 90块岩石样品热导率的测定 ,计算了 35个大地热流数据 ,编制了盆地不同深度现今地温等值线图 .研究结果表明 ,准噶尔盆地现今为低地温、低大地热流的冷盆 ,盆地的现今地温梯度平均为 2 1 2℃ /km ,大地热流密度平均为42 3mW/m2 .热流的分布表现为隆起高、坳陷低的特征 .影响地温场的主要因素包括盆地的深部结构、盆地演化、盆地基底构造形态、地下水活动和沉积层的放射性生热等 .     

岩石的塑性成分对失稳型式的影响

石英岩、花岗岩、花岗闪长岩、辉长岩和玄武岩在室温、固体围压(最大0.7GPa)下所进行的三轴压缩试验表明,岩石的塑性成分含量对突发失稳应力降没有明显影响,但影响岩石的失稳型式。塑性成分条件是突发失稳和强震的必要条件之一,只有当塑性成分不超过某种限度时,才可能发生突发失稳和强震。文中初步地建立了塑性成分条件的定量判据     

破裂岩石的电子发射与压缩原子模型

本文根据压缩原子模型提出岩石在高压及破裂过程中产生自由电子的一种可能机制。根据这种机制可在半定量水平上较为满意地解释岩石破裂中的电子发射、光辐射和岩石的爆炸式破裂。     

岩石剩余磁化强度的应力效应

为模拟构造应力对岩石剩余磁化强度的影响,本研究对六种不同类型的44块岩样进行了应力实验,发现岩石天然剩磁随应力的变化规律比迄今所估计的要复杂得多.作者指出,这些变化可归属于三种类型:在弱不可逆的Ⅰ型效应中,剩磁随应力呈现规则的减小,应力解除后剩磁部分恢复;而在强不可逆的Ⅱ型效应中,应力去除后剩磁大部不恢复;在Ⅲ型效应中,剩磁随应力呈极不规律的变化.进一步的岩石磁学分析表明,不同应力效应的重要原因,在于天然剩磁中的粘滞剩磁的比例不同,微观上取决于磁性矿物成分及其磁畴状态等因素.因此,不能用单一的岩石压磁模式来解释地震压磁效应,须考虑各震源区的不同岩石组成.      

唐山地震前后渤海湾地区油井动态的异常变化

本文汇集和分析了唐山地震前后(1970——1980年),渤海湾地区各油田的油井动态资料,结果表明:一、大地震的孕育和发生对油井动态有所影响.二、唐山地震前的油井动态异常主要表现为油产量和井压的大幅度升降.三、唐山地震前后井口压力实测曲线形态与水压致裂法测量地应力时,岩石破裂前后的曲线很相似.四、天然地层压力驱动的油井显示了清楚的震前变化,但这类井在油田只占极少数,而且迟早会转化为人工驱动型井,使问题复杂化.      

THE VITRINITE REFLECTANCE OF FAULT ROCKS FROM THE WENCHUAN EARTHQUAKE FAULT ZONE: CONSTRAINTS ON FRICTIONAL PROPERTIES OF THE FAULT DURING THE EARTHQUAKE

The temperature rise caused by frictional heating during seismic slip is able to indicate dynamic frictional properties of the seismic fault,which provides an approach to understand the dynamic process and energy budget of an earthquake.The residual indicators of frictional heating within the fault zone also can be taken as an evidence for seismic events.The vitrinite reflectance is a commonly-used geothermometer in the coal,oil and gas industries.It also has some potential applications in the studies of fault rock and fault mechanics.We studied vitrinite reflectance (VR) of fault rocks collected from surface outcrops of the Wenchuan earthquake fault zone in this paper.The measured data reveal that the VR of fault rocks are affected by fault motion,and there is a trend that the VR increases towards the fault core,which indicates the effects of frictional heating.The VR of fault rocks from the Bajiaomiao outcrop is much higher than those from the Shenxigou outcrop,which probably suggests the difference in fault activity at the two outcrops.Our study also suggests that systematic measurement of VR across the fault zone is helpful in identifying slip zones and determining their widths.From the VR measurement on an oriented specimen containing the slip surface of the Wenchuan earthquake from the Shenxigou outcrop,we observed anomalous high VR values in two black-colored slip zones of about 2mm in width near the slip surface.The numerical calculation shows that the maximum temperature rise on the fault plane near Shenxigou was probably less than 162℃ during the Wenchuan earthquake,which means the dynamic fault strength was quite low.These estimations are roughly in accord with the results from the high-velocity frictional experiments.