识别断层活动和失稳的热场标志——实验室的证据

利用一套双向伺服系统对含压性和张性雁列断层的标本进行变形实验,实验中应用红外热像仪和接触式测温仪同步记录岩石变形过程中热红外辐射的亮度温度场和温度场的变化;使用数字CCD相机同步采集标本表面的数字图像,并利用数字散斑方法对采集到的图像进行分析得到位移场和应变场的演化过程。实验结果表明:1)在断层贯通前压性雁列岩桥区温度最高,而张性雁列岩桥区温度最低;数字散斑结果显示压性岩桥区平均应变最高,而张性岩桥区平均应变最低。温度场对两类雁列断层在岩桥区相反的受力状态有清晰的响应,可以为判断断层应力状态提供标志。2)雁列断层经历了从岩桥区应力积累、破坏到断层失稳错动两个变形阶段,升温机制也由应变升温变为摩擦升温;伴随升温机制的转变,在岩桥区观测到断层失稳错动前的破坏降温、温度快速起伏以及升温脉冲等现象,是观测失稳前兆的最佳部位。3)在雁列岩桥区裂纹端点附近观测到升温脉冲,表现为温度快升快降,随后即出现断层带的快速升温。升温脉冲现象可能与裂纹端部的应力奇异集中和破裂扩展引起的应力释放有关。裂纹端部的扩展是断层失稳错动的条件,随后断层带的升温正是断层失稳错动造成的。断层带开始升温发生在失稳前2～3s内,岩桥区的降温发生在失稳     

亚失稳阶段雁列断层热场演化的实验研究

寻找地震前兆是国内外地震预报的难点.在实验室开展岩石变形实验,观测相关物理量的演化特征和规律,是前兆探索中重要的基础工作.本文对压性雁列断层进行变形实验,根据应力时间曲线将具有前兆意义的变形阶段分为强偏离线性阶段、亚失稳阶段和失稳阶段,利用红外热像仪记录各个阶段的热场变化,特别是亚失稳阶段的热场表现.研究结果显示:强偏离线性阶段,岩桥区挤压升温;亚失稳阶段,断层带增温,且高温点扩展连通,断层带内侧卸载降温,断层带上的协同化增温和断层带内侧(包含岩桥区)的协同化降温是失稳前的重要信号;失稳阶段,应力释放,标本整体降温,只有断层带因摩擦升温.总之,亚失稳阶段的热场具有明显特征,利于识别出亚失稳态;不同变形阶段、不同构造部位温度变化不同,在寻找与构造活动相关的热异常时,应考虑变形所处的阶段及异常所处的构造部位.     

应用数字散斑相关方法实验研究雁列断层变形破坏过程

以数字散斑相关方法（DSCM）为观测手段,对雁列断层结构的破坏过程进行了实验研究,观测和分析了变形破坏过程中模型表面的变形场演化过程.断层结构由一块含两条平行割缝的大理岩平板模拟,模型试件在双轴试验机上加载;DSCM观测系统在加载过程中记录试件表面的散斑图像,然后分析得到模型表面待测区域各记录时刻的位移场及应变场.全场连续的变形数据清晰地反映了雁列断层结构的变形破坏过程的各种细节.实验结果显示,变形最初集中在断层带周围,然后迁移到雁列区,最后雁列区贯通,结构发生滑动导致整个结构发生失稳破坏.对变形破坏过程中的变形场进行统计分析发现,一种描述变形局部化特征的统计指标—Cv值,可以作为一个雁列断层破坏的前兆指标.     

雁列式断层变形过程中物理场演化的实验研究（一）

在双轴压缩条件下对挤压型和拉张型雁列式断层变形破坏过程中声发射、断层位移及应变场的时空演化进行了实验研究。研究表明，两类雁列式断层具有类似的变形破坏过程，即前期以雁列区的破裂贯通为主，后期以沿断层的滑动为主。但挤压型雁列区内可积累较高的应变能，有较强的应变释放和声发射活动，雁列区对滑动始终起着阻碍作用；而拉张型雁列区内难以产生快速的应变释放和较强的声发射活动，雁列区对后期的滑动也无明显的阻碍作用。两类雁列区贯通所引起的失稳均有明显的前兆，而在随后滑动过程中失稳前兆的出现，取决于断层不同部位或段落之间是否有应变传递     

岩石摩擦滑动失稳前断层区的波速变化

对岩石摩擦滑动失稳前断层区的波速变化进行了实验研究，实验表明，岩石摩擦滑动失稳前沿断层一侧的测线上观测不到测速变化，沿着跨断层的测线可观测到波速下降的前兆，因此，尝试用波速异常预断层带粘膜型地震时，选择测线应跨断层。     

雁列式断层组合变形过程中的声发射活动特征

着重研究拉张或挤压型雁列式断层标本变形过程中声发射(简称AE，下同)的时空演化特征. 结果表明，预置构造对AE空间分布格局具有较强的控制作用，随着差应力的增加，AE首先在两个端点附近丛集，之后向两端点连线附近集中，出现明显的破裂局部化现象，较大事件还通常集中于某一端点附近反复发生. 前期微破裂丛集图象指示后期宏观破裂的扩展方向及扩展范围. 拉张和挤压型雁列区宏观破裂方向分别与轴向应力方向垂直和平行. 雁列式断层标本变形过程中，破裂前的弱化阶段相对较长、弱化过程明显. 微破裂事件累积频次指数增长可能是系统失稳前的典型征兆之一，而雁列区宏观破裂之后，AE数量逐渐减少、应变释放相对减弱. 摩擦滑动过程中，大的粘滑失稳前未见有AE活动前兆性的增强过程.雁列区的b值变化在失稳前显示趋势性降低——快速回升这一典型的变化过程，b值降低一般发生在差应力增强过程之中，并有可能延续至弱化阶段，而快速回升则一般发生在破裂失稳前的短时期内. 对比研究表明，构造差异所导致的b值差异远大于b值随差应力的增加而产生的变化量，而对同一构造标本，力学状态的改变会导致AE序列时序特征的急剧变化，较高的加载速率对应较高的应变能释放及明显的低b值. 先期破碎带由于较低的破坏强度，其对差应力的微小变化具有特殊敏感性，从而成为源、兆分离、窗口或敏感点效应等地震活动性前兆现象的一种可能的原因.      

雁列断层变形过程中的声发射特征

对拉张型、挤压型雁列断层变形过程中岩桥区和主断层上的声发射特征进行了对比研究，结果表明，雁列断层变形中的声发射对应着多种机制：拉张型雁列岩桥区的声发射为单一事件组成，波振幅小、持续时间短、主频高、震源机制为张裂型；挤压型雁列岩桥区的声发射也是单一事件，波振幅较大、持续时间短、主频较低、震源机制为双剪型；而雁列主干断层上的声发射由多事件组成，波振幅大、持续时间长、主频低、震源机制与挤压型雁列岩桥区的声发射机制不同。这些特点与各区域所处力学状态有关     

雁列式断层变形与失稳过程的实验研究

利用AE(Acoustic Emission, 声发射)定位、能量-时间序列扫描, 以及动态应力、位移测量技术, 系统观测了不同雁列式断层变形失稳的时间-空间动态过程, 以期对这类地震的发生发展与相伴随的各种前兆现象有所认识.      

相互作用断层失稳的前兆变化的分析

本文从理论上研究贯通地壳的两条相互平行的具有滑动—弱化型本构律的断层的相互作用。采用有限单元—松驰迭代方法,分别对走滑断层,正断层和逆断层三种不同情况的断层相互作用问题进行了模型计算,并对位移场、应力场、应变场以及弹性应变能随时间的变化进行了数值分析。结果表明,在所讨论的几种情况下,两条相互作用的断层相继发生失稳,从动态角度反映出断层的相互作用。断层失稳前,在不同区域有截然不同的前兆变化,而同一区域对不同断层失稳的前兆响应也不相同,有些区域为“前兆灵敏点”,而有些地方则为“前兆盲点”。这些结果对于研究合理的观测条件和最佳观测布局有一定的理论意义,对于分析大震的前兆异常也有所裨益。     

具有多种断层结构岩样的形变和破裂特征的试验研究

在岩石板上切割出多条切缝并以石膏填充,将其分为3个构造特征区:A区(断层交汇区)、B区(左行左列岩桥区)、C区(右行左列岩桥区)。采用双轴加压、定点应变、声发射信息系统和实时全息干涉计量方法(激光)进行观测研究。结果表明:在岩样破坏孕育过程中,各个特征区都出现了特大破裂。每个特大破裂发生前定点应变、激光干涉条纹图(应变场)和声发射信息都出现了特征变化。特大破裂的发生有先后,其前兆特征的出现也有先后,并且各区有各自的特点,某些前兆还可能在各区之间交替出现。研究认为,三个区的断层结构性质不同,这就导致了不同的破裂顺序,甚至产生不同的前兆现象。     

雁列式断层变形过程中物理场演化的实验研究（二）

在双轴压缩条件下对由挤压型和拉张型雁列式断层组合而成的复杂雁列断层系变形过程中声发射、断层位移及应变的时空演化进行了实验研究，结果表明，复杂雁列式断层系的变形过程及相应的物理场演化并非是两种雁列式断层的简单叠加，而是包含着它们之间的相互作用。能量较强的声发射事件成核部位主要集中在应力水平较低的张性雁列区附近的主于断层上，而不是应力水平较高的压性雁列区，但这种事件发生的时间则明显受控于压性雁列区的变形过程     

交叉断层的交替活动与块体运动的实验研究

通过物理模拟证明交叉断层上会交替地发生失稳事件。两条交叉的断层在活动中既相互促进 ,又相互制约 ,即一条断层既可能使另一条断层发生闭锁而积累应变 ,又可能触发其错动。每条断层的位移速率、总位移量以及失稳事件数与断层方向和主压应力轴的夹角有关。各断层段的位移有时体现为断层围限块体的平移运动 ,而有时则体现为块体的旋转运动。发生在不同部位的失稳事件影响范围不同 ,在正应力较大的断层上失稳事件影响范围大。涉及交叉断层的较大失稳事件发生前常出现前兆性小事件。交叉断层的交替活动实际上由变形场中块体的运动所控制     

Lateral displacement pattern in the Humorum region

Medium- to high-resolution photographs taken by the Lunar Orbiter missions of the Humorum region show a definite pattern of lateral displacements of topographic elements and en echelon arrangement of crenulations upon mare ridges. The southern wall of Gassendi crater has been dextrally offset for distances up to 6 km along east-southeast faults. Towards the west the strike-slip faults continue into highland material as bands up to 10 km wide of sinistral en echelon fractures, while towards the east the same faults transform into mare ridges with sinistral en echelon crestal crenulations. It is, therefore, very probable that the en echelon crenulations represent igneous rock intruded into or extruded through tension gashes which developed in lava that overlie strike-slip faults and through movement along these faults.The pattern of commonly recurring lineament strikes and sense of wrench faulting corresponds to a generating stress system in which the regional maximum compression acted between 10 and 20° and the intermediate compression was directed vertically. Lineaments that strike northeast and those trending within the northwest quadrant show indications of slip in left-lateral and right-lateral sense, respectively.     

基于声发射实验结果讨论大震前地震活动平静现象的机制

基于岩石变形声发射实验结果讨论了大震前地震活动平静现象的机制。在双轴压缩、等位移速率加载条件下 ,挤压型雁列断层、含宏观凹凸体断层、Ⅲ型剪切断层等非连续断层在临近滑动失稳前 ,声发射活动均出现了明显的相对平静现象 ,表现为声发射事件的发生率和应变能释放水平显著降低。与此阶段相对应 ,断层带 (特别是非连续部位上新形成的一小段断层 )发生了蠕滑和匀阻化作用 ,并使得标本的差应力开始下降。根据实验结果提出 ,大地震前断层的“蠕滑 -匀阻化”过程是造成地震活动平静现象的可能机制     

鲜水河全新世断裂带的分段性、几何特征及其地震构造意义.

由五条左旋走滑的主要分支断层组成的鲜水河全新世断裂带,以惠远寺拉分区为界,可分为结构特征不同的两段:北西段结构较为简单;南东段则表现了由若干分支断层组成的复杂结构.这种断裂结构的分段性,造成了历史强震活动性的分段差异,同时也可能是断层近代滑动速率空间变化的主要原因. 该断裂带主要的几何特征之一是具有多重羽列性质.本文按阶区尺度的相对大小,作了羽列级别划分.其中,A级羽列不连续区伴有明显的地貌效应,是该断裂带分段的界限,其对历史上7级左右地震的破裂具有较明显的终止作用;B,C两级羽列不连续区也有一定程度的地貌显示,但对历史上大地震的破裂不具有明显的终止作用;更低级别的羽列几何则是在第四纪盖层中发育的地震地裂缝的主要组合型式. 另一种重要的几何特征是断层弯曲.无论沿整个断裂带还是在一些断层段上,均存在着不同程度的走向弯曲.局部弯曲的结果,可能是造成一些大地震时不对称破裂扩展和烈度衰减的重要几何影响因素,同时也可能是大地震或强震原地重复的构造条件之一.文中最后分析和讨论了两次历史大地震发震断层的立体模型.      

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。     

Spatio-temporal characteristics of acoustic emission during the deformation of rock samples with compressional and extensional en-echelon faults

Introduction By the experimental techniques of acoustic emission (AE) and surface strain observation, a lot of achievements on the study of deformation and fracture process of samples with en-echelon faults has been obtained (Bomblakis, 1973; LIU, et al, 1986; DU, et al, 1989; LI, et al, 1989; ZHANG, FANG, 1989; ZHANG, LI, 1989; MA, et al, 1995a, b; LI, et al, 2000). However, there still exist many problems. For example, most of discussion on the spatio-temporal evolution of microf…