不同尺度裂缝对弹性波速度和各向异性影响的实验研究

裂缝广泛分布于地球介质中并且具有多尺度的特点,裂缝尺度对于油气勘探和开发有着重要的意义.本文制作了一组含不同长度裂缝的人工岩样,其中三块含裂缝岩样中的裂缝直径分别为2 mm、3 mm和4 mm,裂缝的厚度都约为0.06 mm,裂缝密度大致相同(分别为4.8%、4.86%和4.86%).在岩样含水的条件下测试不同方向上的纵横波速度,实验结果表明,虽然三块裂缝岩样中的裂缝密度大致相同,但是含不同直径裂缝岩样的纵横波速度存在差异.在各个方向上,含数量众多的小尺度裂缝的岩样中纵横波速度都明显低于含少量的大尺度裂缝的岩样中纵横波速度.尤其是对纵波速度和SV波速度,在不同尺度裂缝岩样中的差异更明显.在含数量多的小尺度裂缝的岩样中纵波各向异性和横波各向异性最高,而含少量的大尺度的裂缝的岩样中的纵波各向异性和横波各向异性较低.实验测量结果与Hudson理论模型预测结果进行了对比分析,结果发现Hudson理论考虑到了裂缝尺度对纵波速度和纵波各向异性的影响,但是忽略了其对横波速度和横波各向异性的影响.     

低频交变压差作用下岩心流动电流和zeta电势实验测量

实验测量岩样zeta电势,对于认识地震诱导的电磁场现象以及探索利用动电效应的测井方法具有重要意义.本文介绍了专门设计的岩样流动电流和流动电势实验测量系统及一种获得岩样zeta电势的测量方法——流动电势和流动电流综合测量法.实验采用交流锁相放大技术,测量了3～100 Hz频率范围内交变压差作用下岩样的流动电势系数和流动电...     

基于动电效应的岩芯渗透率实验测量

根据孔隙介质的动电耦合理论设计了一套岩芯渗透率测量系统.实验采用交流锁相放大技术,在低频12~42 Hz范围内完成了砂岩岩样流动电势和电渗实验,得到了流动电势系数K_S和电渗压力系数K_E,进而计算出岩样动电渗透率,对于中、高渗透率岩样,测量得出的动电渗透率与常规气测渗透率差异较小,两者具有很好的相关性.实验表明,动电测量可作为岩样渗透率测量的一种方法,同时揭示了利用地层动电测井信号反演地层参数的可能性,实验结果对于分析天然地震动电效应也有参考意义.     

煤岩样单轴加载过程中次声波变化特征实验研究

进行煤样、岩样加载过程中的次声波变化特征研究,对进行煤矿井下地质灾害次声波监测具有重要意义.采用自主研发的煤岩蠕变-渗流试验系统和CASI-ISM-2013高精度电容式次声传感器进行煤岩样单轴加载过程次声波测试.通过FIR滤波器进行滤波、软阈值去噪,然后采用傅里叶变换对加载过程中次声波的频谱、时频特征进行对比、分析.分析结果显示:在煤、岩样发生峰值破坏之前都有次声波异常突变;与煤样相比,岩样产生的次声波事件具有更强的事件集中性和频率宽泛性.该研究成果证实了煤矿井下地质灾害次声波预测的可行性,并为该方法的进一步研究提供参考.     

利用Kaiser效应测试地应力的实验研究

介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力的原理、方法以及测试技术,根据弹性力学理论推导出岩体测点处地应力方程.通过对三个不同里程段的岩样进行六个特殊方向的制取,对岩样进行声发射测试,并由此结果计算出单向正应力值和三个主应力的大小及方向,为工程应用中的具体问题处理提供了参考.     

含硬包体试样破裂特征的实验研究

初步研究了含硬包体试样在双轴加压时试样的最终破裂形式及硬包体的变化状况．岩样破裂形式侧向以压剪裂为主，表面出现两类:一类为走滑伴以逆冲断裂；另一类为冲断裂．当岩样内的硬包体与试样为硬接触时，则硬包体有的破裂，有的未破；为软接触时，则主破裂绕过硬包体．最后，分析了在一定条件下，岩样内的硬包体形成应力集中、屈服、软化直至破裂的过程．      

安徽省地震局进行电磁辐射实验室实验取得一些结果(简讯)

为了探讨地震前电磁辐射前兆信息出现的可能性和机制,安徽省地震局开展了地震和人工爆破电磁辐射的观测以及室内岩样破裂过程中电磁波信息接收的研究工作。经过八个月的筹备,在中国科技大学地球物理系等有关单位的支持协助下,于1982年10月完成了该项实验第一阶段的工作——单轴受压下岩样破裂与电磁辐射的实验观测。     

孔隙岩样动电特性的实验研究

本文针对流体饱和孔隙介质的动电效应,在实验室内进行了小岩样的动电实验(流动电势实验)测量,获得了10块岩样在6种不同饱和浓度下的流动电势系数,进而分析了饱和溶液浓度、岩样渗透率和泥质含量对流动电势系数的影响,探讨了流动电势系数对上述参数的敏感性,并进一步给出了流动电势系数随这些参数的变化规律.实验结果表明:前人流动电势系数频响曲线中的凹点现象是由实验装置的共振引起,并非岩样动电效应的自身特性.实验还发现:孔隙介质的动电耦合能力与溶液浓度有关,流动电势系数随溶液浓度增大而减小,但在很高浓度溶液中,动电现象依然存在,流动电势系数趋于常数.此外,流动电势系数对地层参数(渗透率和泥质含量)的敏感性受溶液浓度影响较大,随着溶液浓度增大,敏感性降低.因此,可在低浓度饱和情况下(低于0.4mol/L),利用流动电势系数的幅度对地层渗透率进行直接评价.本文结果对动电测井的可行性及应用条件给出了实验说明.     

岩心样品孔隙度渗透率实验研究进展

孔隙度和渗透率是岩石和测井储层评价的两个重要参数.通过大量的学术调研,对影响孔隙度和渗透率测量的实验条件进行分析和总结.影响的因素主要有实验的温度和各种压力条件.但不同孔渗条件的岩样,温度和压力影响的程度不同.总的来说,随着温度和压力的升高,孔隙度和渗透率稍稍降低,整体变化幅度很小.岩样孔隙度和渗透率越低,温度和压力敏感性越强.研究温度和压力对孔隙度渗透率测量的影响因素,为准确测量岩样的孔隙度和渗透率提供实验依据,也为研究储层温度和压力条件下的多场耦合问题提供理论基础,同时为石油热开采提高渗透率和核废料地下安全性处理提供技术支持.     

伴随岩石破裂的VLF，MF，HF和VHF电磁辐射特性的实验研究

许多国内外学者观测到伴随岩石破裂的电磁辐射现象，但实验结果不能解释实际观测记录的不同步现象，即有的台有异常，有的台没有异常；同一个观测台不同频段的信号也不同时出现．给地震预报工作带来不少困难．本实验结果可以解释不同步现象．实验采用单轴加压岩样直至破裂．不同频段的天线安置在远离岩样２ｍ的不同方位上．采用１４道磁带机同步记录岩样破裂全过程的电磁信号．实验结果表明：①岩样在主破裂过程中，４种频段都记录到了信号，但不同频率出现的时间有时不同步；②主破裂发生时刻电磁辐射强度最大，但不同方位信号的强度不同     

岩石在高温高压容器中的温度场分析

本文采用有限单元法计算了高温高压容器的温度场,对各种因素进行了分析比较。计算结果表明,为了在岩样内得到均匀的温度场,必须正确地选取电热器长度和电热丝的绕制方式;为了降低简体内壁温度和减少功率消耗,应当改善隔热层的设计。非稳态计算结果指出了加热速率与岩样内最大温差出现的时间和数值的关系。本文同时给出了电阻网络模拟方法所得到的结果,并与有限单元计算结果进行了比较,两者是一致的。     

EXPERIMENTAL STUDY OF TEMPERATURE EVOLUTION AND IDENTIFICATION OF INSTABILITY POSITION OF PLANAR STRIKE-SLIP FAULT DURING PROCESS OF STICK-SLIP

Stick-slip of fault in laboratory accompanies change of temperature. Temperature change is not only concerned with sliding friction, but also with the stress state of the sample. In this article, we use infra-red thermal imaging system as wide-range observation means to study the temperature variation of different stages during the deformation of sample. The rock sample for the experiment is made of granodiorite from Fangshan County with a size of 300mm×300mm×50mm. It is cut obliquely at an angle of 45°, forming a planar fault. Two-direction servo-control system was used to apply load on the sample. The load in both directions was forced to 5MPa and maintained constant (5MPa) in the X direction, then the load in the Y direction was applied by a displacement rate of 0.5μm/s, 0.1μm/s and 0.05μm/s successively. The left and below lateral of the sample were fixed, and the right and top lateral of the sample were slidable when loaded. The experiment results show not only the temperature change from increase to decrease caused by conversion of stress accumulation to relaxation before and after the peak stress, but also opposite variation of temperature increase on fault and temperature decrease in rock during instability stage. Most important of all, we have found the temperature precursor identifying the position of instability through the temperature variation with time along the fault. It shows that rate of temperature increase of instability position keeps relative high value since the stage of strongly off-linear stage, and accelerates in stage of meta-instability. After separating the effect of friction and stress, we found that temperature increase occurs in the rock near the fault instead of on the fault, which means the mechanism of temperature increase is stress accumulation. Temperature of fault at the instability position does not increase, which means the position is locked. We speculate that the position of locked area on fault with high stress accumulation near the fault may be the future instability position. It is of significance of studying temperature variation during stick-slip to the monitoring of earthquake precursors. Heat caused by friction of earthquake needs long time to transfer to the surface and could not be detected as a precursor. While the stress of surface rock near the fault would change as the stress of interior rock changes, which could cause detectable temperature variations. The research purpose of this article is to find special change positions before instability. As the temperature variations are caused by stress and slip of fault, the results are also meaningful to analysis of stress and displacement data related to earthquake precursors.     

岩石软化温度及其在地球深部岩石力学性质研究中的意义

从高温高压岩石力学实验的角度阐述了岩石软化的现象,提出岩石软化温度的概念和定义以及测量方法.根据对大量经过高温变形试件的显微结构观察,从岩石中各矿物组分对不同温度下的变形反应和机制出发,认为岩石软化现象的本质是岩石中的各矿物组分在高温下逐步由脆性变形向韧性变形和塑性变形转化过程中在岩石力学性质上的综合反映.提出岩石中矿物变形序次及不同组分矿物在岩石中的结构位置和含量是决定岩石软化温度的主要因素.由此进一步讨论了岩石中矿物的变形序次对地壳内岩石脆-韧性变形转化条件的影响及其在地球深部岩石力学性质和地震孕育理论研究中的重要意义.     

LABORATORY INSTRUMENTATION TO STUDY CHANGES OF ELECTRICAL CONDUCTIVITY OF ROCKS WITH CHANGES OF FREQUENCY,TEMPERATURE AND PRESSURE*

A laboratory instrument was developed to investigate the electrical properties of rock samples with respect to changes of frequency, temperature and pressure. The instrument can be used to obtain general trends and typical values for geological media. It should be of particular interest in geothermal studies and research in the geophysical properties of rocks. The design intervals for quantities under investigation were 20–300°C, 10⁵-4 × 10⁷ Pa and 5 × 10^?4-10³ Hz. Certain limitations exist on the simultaneous use of the highest values of temperature and pressure. The main features of the instrument are: analog electrical outputs recorded by an x-y recorder or observed on a scope with an attached camera (according to the frequency range); pressures produced by an oil hydraulic system in order to ensure electrical insulation of the sample; temperatures obtained by placing the pressure vessel into a thermostatically controlled room. Thus the monitoring instrumentation is directly accessible during the experiment. Information is also given about calibration procedures and examples of rock sample data are given.     

高围压条件下岩石力学性质的温度效应

以往的研究表明，深部高温高压条件下岩石力学性质与地面所看到的有很大差别。深部岩石力学与深部的高温高压环境有关。本文介绍几个典型实验实例，叙述了的岩石样品在不同的温度条件下力学性质发生的变化。     

不同温压条件下声发射应变能释放特征——加速模型参数物理含义的初步讨论

利用不同温、压条件下的花岗岩变形实验数据,研究声发射（AE）事件应变释放特征,探讨加速模型参数m值与温压环境的关系.常温条件下,声发射应变显示一定的加速释放特征,但m值随围压增加未显示出趋势性的变化,表明常温条件下m值与岩石强度关系不密切.围压固定时,m值随温度升高逐渐变大,声发射应变从加速释放逐渐过渡到匀速释放,这意味着不同温度条件下岩石变形过程中内部微破裂形式的差异,可能导致应变释放类型的较大差异（即m值的较大差异）.在浅表地层的温压条件下,岩石破坏前显示一定的加速释放特征,m小于1;在渐进式破坏区段,应变释放呈逐渐减弱的减速释放态势,m明显大于1;在深部温压条件下,应变释放加速特征明显,m值明显较低.此外,完整岩样破裂前声发射应变加速释放特征显著,而宏观剪裂面的黏滑之前,声发射应变基本上匀速释放.     

FINITE-ELEMENT ANALYSIS OF SHALLOW TEMPERATURE ANOMALIES*

Finite-element analysis has been used in calculating shallow temperature anomalies due to both the presence of salt domes and near-surface faults. The results of the numerical analysis are in good agreement with field observations reported earlier by Poley and van Steveninck. The calculations show how surface emissivity must be responsible for the pronounced temperature anomalies above salt domes. Faulting is a mechanism that disorders the layering sequence of sedimentary deposits. If the disordered sedimentary layers show notable differences in heat conductivity, the layers are thick enough and the displacements along the fault plane large enough, temperature anomalies close to the free surface may be apparent because of the surface-emissivity mechanism. In order to explain certain characteristic temperature anomalies where a fault reaches or approaches the free surface, an additional mechanism has to be assumed; namely a distortion of texture, and consequently a change in the heat conductivity of the rock material surrounding the fault plane. The consequences of both a reduced and an increased heat conductivity of the surroundings of a near-surface fault have been calculated, and they show remarkable agreement with temperature anomalies observed in various parts of the world.     

岩石试件刚度及压力机刚度对岩石主破裂前声发射相对平静的影响

本文通过对岩石试件的真三轴压缩实验，分析了岩石试件卸载刚度ＫＦ与压力机系统刚度比值对岩石破裂型式及破裂前声发射相对平静的影响，结果表明：当ＫＦ／ＫＳ＞１时，岩石试件产生突发断裂；当ＫＦ／ＫＳ＜１时，岩石试件产生缓裂，并且ＫＦ／ＫＳ的值越小，相对平静时间赵长；ＫＦ／ＫＳ的值越大，相对平静时间越短，而当ＫＦ／ＫＳ＞３时，声发射相对平静时间为零。     

固体介质三轴实验中样品半延性—延性变形对应力曲线影响修正

在岩石高温高压三轴变形实验中达到岩石的极限强度之后，岩样的宏观几何变形显著增加，几何变形成为表现应力与真实应力之间出现较大偏 差的主要原因。针对此问题，假定岩样从圆柱体变形成为桶形体，在一些理想假设前提下，给出了高温高压条件下三轴实验中，当试析出现半延性－延性行为时，应力曲线的一种修正方法。     

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．