不同压裂介质影响下绝对应力测值的试验研究

为研究不同压裂介质影响下的绝对应力测值,利用大尺寸真三轴模拟水压致裂试验系统,用清水及密度分别为1.1、1.2、1.3、1.4 g/cm3的泥浆介质对400 mm×400 mm×400 mm的花岗岩试样进行了水压致裂室内试验,成功获取了连续的压力-时间曲线。利用6种方法识别压力-时间曲线的闭合压力点,与实加最小水平主应力（ 5 MPa）对比,得出单切线等4种方法较为符合实际情况;在考虑试验系统柔度影响前提下,对比了实测和理论重张压力;最后分析了在持续泵压作用下岩石裂缝延伸的压力。试验结果表明,密度为1.1、1.2 g/cm3的泥浆介质对压力特征参数的取值影响较小,误差不超过1 MPa,但密度为1.3、1.4 g/cm3的泥浆介质对特征参数值影响很大。试验结果对水压致裂地应力测量技术在不同压裂介质影响下的适用性有重要的指导意义。     

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唐古栋滑坡成因机制研究

唐古栋滑坡位于楞古水电站拟选的上、中坝址和下坝址之间,且滑坡规模巨大,对水电站坝址的选择和水工建筑物的布置有决定性的影响,对滑坡成因机制的研究对于分析该河段类似斜坡的变形演化具有非常重要的意义。在对滑坡地质环境条件和滑坡体特征分析的基础上,采用物理模拟中的底摩擦试验方法和离散元数值计算对唐古栋滑坡的成因机制进行分析。研究结果表明,滑坡为沿强风化层内陡倾坡外和缓倾坡外结构面组合阶梯状滑面剪断层面滑动的滑移-拉裂式的巨型岩质滑坡。滑坡失稳过程为前缘坡体首先发生变形失稳破坏,然后中后部边坡不断蠕滑变形,最终前缘抗剪段失效导致中后部整个边坡的失稳破坏。     

地壳应变场对气压短周期变化的响应

大气压力变化可分为由日、月引力和太阳热辐射产生的潮汐变化和非潮汐频段的短周期气压变化,其引起的地壳应变可达10-9量级.我们选用分钟采样的观测精度达10-9量级的钻孔应变仪,对山东省泰安台2O02～2005年气压及体应变分钟值资料进行深入分析,研究了地壳应变场对短周期气压变化的响应规律.频谱分析结果表明,短周期气压变化对体应变的影响主要集中在周期大于2000 s的低频段.利用小波分解方法,得出了短周期气压系数随不同频段和不同时间的变化规律:高频段(周期小于960 s)气压系数数值较小,随频率变化幅度较大;低频段(周期大于960 s)气压系数数值较大,但变化趋于平稳;在频段一定的情况下,短周期气压系数随时间变化较平稳.从钻孔应变仪观测原理和按余弦函数分布的载荷作用于地壳表面的应力解出发,得出了地壳不同深度对不同频率短周期气压场的响应,理论计算与实际观测基本相符.研究结果表明,短周期气压变化对低频信号(周期大于2000 s)的影响较大,提取低频地球自由振荡信号时要消除气压影响,对苏门答腊大地震激发的地球球型自由振荡的功率谱分析验证了这一结论.     

用小波分析方法检验强震“前驱波”

1974年,金森博雄(Kanamori)首先在距震中近万千米的美国加州帕萨迪纳(Pasadena)地震台长周期地震仪记录中发现,1960年5月22日智利8.3级大地震前15分钟有振荡周期为300～600s的长周期波,称为"前驱波".此后,一些地震工作者对"前驱波"展开了研究与讨论.各种讨论"前驱波"的文献给出了震前多种观测仪器记录的"前驱波"图像.     

用小波方法检验强震“前驱波”

基于前人整理的前驱波特征和小波变换理论,应用小波方法分析了2001年11月14日昆仑山口西MS8.1和2004年12月26日苏门答腊MS8.7地震前30天山东泰安台体应变观测分钟值的高通滤波数据。研究表明,在昆仑山口西MS8.1地震前,高通滤波数据和小波分析结果比较正常。苏门答腊MS8.7地震前,高通滤波数据呈与气压相关变化,无明显异常,但小波分析结果细节部分第1、2层在12月5日左右有类似前驱波信号出现,波幅变化在±0.5×10-9之间,主要周期成分在2～4分钟之间,持续时间1天左右,与同时段气压变化形态不一致,对这种异常现象需要做进一步的分析。小波变换能够提取出体应变资料中的微弱变化信号,是检验强震前驱波的一种有效方法。     

用中国钻孔应变台网资料检验大震“前驱波”

利用中国钻孔应变台网的13个台站观测精度达10^-10～10^-8量级TJ式钻孔体应变仪观测资料,深入分析2004年12月23日澳大利亚麦阔里岛M_S8.0和2004年12月26日印尼苏门答腊M_S8.9大震前应变变化,对这两次地震“前驱波”进行了客观地检验。 用高通滤波消除了周期大于128 min的固体潮汐影响,用回归分析方法消除了气压干扰。 用小波变换方法将2～128 min信号分解到6个不同频段进行分析。 结果显示,该方法能提取出信号中微弱变化信息。 根据小波变换提取的类似“前驱波”基本特征,提出“超限率”分析方法检验小波分解的细节部分。 对所有细节部分的超限率时间序列的回归直线斜率进行统计,得出了平均值和标准差,分析了正负比。 这3项统计数据显示,大震前15 d之内不能普遍检测到“前驱波”。     

钻孔应变台网记录的汶川地震前异常变化

汶川地震前是否存在观测异常变化?这不仅是地震研究人员关心的问题,更引起了社会的广泛关注.我们的初步分析表明,汶川地震前四分量钻孔应变仪观测到异常变化.需要说明的是,汶川地震震中附近100km范围内没有钻孔应变观测点.     

褶皱冲断带时空演化动力学过程的数值模拟

利用库仑临界锥角理论和沙箱物理模拟进行褶皱冲断带的研究时,通常忽略了楔形体介质的内聚力.岩石力学实验结果表明,岩石内聚力通常在几到几十兆帕范围内变化.楔形体介质强度的变化是否会影响褶皱冲断带的时空演化?针对这一问题,我们建立了岩石内聚力分别是10MPa、20MPa和50MPa的3个二维弹塑性有限元模型,模型包含了楔形体介质的弹塑性材料非线性和底部滑脱带的接触非线性.该模型考虑了不同介质强度、底部滑脱带摩擦、重力和边界构造加载的影响,更为符合实际.计算结果表明,岩石内聚力为10MPa时,楔形体内的断坡首先在楔形体近端产生,从近端依次向远端发展;岩石内聚力是20MPa时,断坡开始在楔形体近端产生,随后在远端也开始形成,最后由两端向中间汇聚;岩石内聚力是50MPa时,断坡先从楔形体远端形成,从远端向近端依次发展.我们还讨论了底部滑脱层倾角对褶皱冲断带演化的影响,结果表明较低的底部滑脱面倾角易产生由近端向远端演化的样式,中等滑脱面倾角易产生两端向中间演化的样式,较高滑脱面倾角易产生由远端向近端演化的样式.我们得到了三种不同的褶皱冲断带时空演化的模式,其结果可以用来解释青藏高原东北缘依次向北东方向发展的海原-六盘山断层、天景山断层、烟筒山断层系统的时空演化.     

用小波方法系统检验强震“前驱波”

采用山东省泰安台观测精度达10-9量级的钻孔体应变仪观测资料,深入分析了2001—2005年M_s≥7.5强远震前应变变化,对“前驱波”进行了客观、系统的检验．用高通滤波消除了周期大于128min的固体潮汐影响,然后用回归分析方法消除了气压的干扰．用小波变换方法将2—128min信号分解到6个不同频段进行分析．小波分析结果表明,该方法能提取出信号中微弱变化信息．根据小波变换提取的类似“前驱波”基本特征,提出了“超限率”方法,并对这种波形是否普遍存在进行了检验．该方法将单位时间内超过标准差的数据个数定义为单个超限率,类似“前驱波”波形存在时段内的超限率将高于正常时段．据此得出震前30天的超限率时间序列．用直线拟合该序列,最后对直线斜率进行统计分析．用超限率方法分析了所有小波分解的细节部分,得出了超限率时间序列的回归直线斜率的平均值和标准差,并分析其正负比．这3项统计数据显示,强远震前15天之内不能普遍检测到“前驱波”．