岩石变形实验热红外观测系统

岩石变形导致的温度变化极其微弱 ,对观测系统与环境有严格要求。正确选择红外观测系统的参数 ,配备高灵敏度的温度场观测设备 ,以及有效地控制环境热背景决定了变形热红外实验结果的可靠性。在对噪声与干扰源进行详细分析的基础上 ,提出了进行热红外实验所需要的各主要设备的关键技术指标 ,并建立了一套相应的实验系统。典型材料样品实验表明 ,在考虑到变形热红外实验的各种特殊要求 ,认真选择观测设备 ,并进行了严格的误差校正之后 ,可以获得可靠的变形热过程信息     

水在岩石红外辐射中的作用研究

对水在岩石红外辐射中的作用进行了实验研究。实验表明岩石含水后其红外辐射能力比同种干燥岩石有所降低。不同红外波段的辐射能力降低程度不同。在岩石加载的过程中，岩石的红外辐射能力随应力增加而增加。     

地表岩石变形引起热红外异常的实验研究

岩石变形导致的温度变化极其微弱,对观测系统与环境有严格要求.正确选择红外观测系统的参数,配备高灵敏度温度场观测设备,以及有效控制环境热背景决定了变形热红外实验结果的可靠性.实验表明,当热像仪的温度分辨率在0.025～0.08℃之间时,地表岩石变形导致的最高温度变化信号的信噪比仅有10～20dB.如此之低的信噪比,对信号检测会产生极其苛刻的要求,轻微的干扰就会淹没有效信号.在以往热红外实验中存在的种种问题所能引起的偏差至少都在1～2℃上下,有些甚至可能达到十几度.因此,对没有考虑这些问题,没有采取相应措施的实验结果的可靠性应当予以认真分析.不幸的是,目前已经对一些未经检验的实验结果进行了很多不适当的外推,被简单地用来建立地震过程与地表热红外场之间的关系,解释断层带的热红外变化,已经造成了一些混乱.本文首先对此进行了详细讨论,并对建立的观测系统进行了典型实验检验.     

岩石应力状态改变引起岩石热状态改变的研究

岩石的应力状态发生改变是否能引起岩石的热状态发生改变，是一个值得研究的重要问题，我们在实验室对岩石试件进行实验，实验得出岩石的温度随岩石受到的压力增加而显著增加，在试件破裂前出现明显的破裂温度前兆；实验还发现岩石内部温度随压力变化的不均匀性，不同测温点的温度变化不同，其变化量可相差几度。     

岩石红外辐射温度随岩石应力变化的规律和特征以及与声发射率的关系

在实验室对不同岩性不同结构的岩石试件进行单轴加载至试件破裂试验，得出了如下主要结果：（１）岩石试件的红外辐射温度随应力增加而变化，温度变化的范围在０．２℃－０．８℃。（２）岩石试件临破裂前出现明显的岩石破裂温度前兆。（３）有一部分岩石试件临破裂前出现高温条带、高温区或低温条带、低温区。不久，试件沿高温条带、区或低温条带、区发生主破裂。（４）有一部分岩石试件在临破裂前出现温度脉冲，正脉冲达到２．８℃，负脉冲达到－１．０℃。（５）当应力增加时，岩石试件的辐射温度增加与声发射率增加呈互补关系。     

地表热红外辐射的小波分析及其在现今构造活动研究中的意义

地表热红外辐射的影响因素较多,不仅受到构造活动的影响,还受到大气、太阳以及植被等多种因素的干扰.如何排除这些因素的干扰,是热红外遥感用于研究断层活动或者地震活动的难点之一.从频率域看,地表热红外辐射主要存在3种频段：(1)高频, 周期小于1年的天气变化;(2)中频,以1年周期为主的太阳、植被与季节变化; (3)低频,大于1年周期的大气变化的长周期成份,地壳缓慢的运动引起的热辐射变化亦属于长周期变化.本文运用小波理论将地表热红外辐射分解为上述3个频率成份,并结合气象资料和地震活动进行综合分析.结果表明,低频成份的热异常更接近于断层活动所引起的热信息,能为断层或地震活动提供一定的指示信息.低频成份的高温异常区(条带)跟构造特征、地震活动密切相关.     

热红外震兆成因的模拟实验研究

对完整岩石破裂前和既存断层粘滑失稳前的红外辐射温度场进行了遥感观测研究,发现岩石破裂前出未来断层处出现条带状的红外热像,粘滑失稳前断层闭锁点出现升温现象,声发射测量表明,岩石破裂前已有大量微破裂产生,地壳中的既存断层和大震前的微小破裂均可能为震前地壳中的热能转移提供通道,从而导致地面热外震兆的出现。     

岩石破裂实验中的遥感观测与遥感岩石力学的开端

在岩石加载直到破裂的过程中,对岩石的红外辐射进行了遥感观测研究.使用的主要仪器有瞬态光谱仪、智能光谱仪、红外辐射温度计、红外光谱辐射计和红外热象仪.对26种岩石进行了实验.研究表明,岩石的红外辐射温度随应力的增加而增加;岩石的红外辐射波谱的幅值也随应力的增加而增加.岩石的红外热象的观测结果与岩石的红外辐射温度相一致.某些岩石样品破裂主断层形成前,在未来主断层的位置显示出条带状温度异常热象.本实验将遥感学中的最新技术引入岩石力学,以期在岩石力学中建立一个新的研究领域遥感岩石力学(或遥感岩石物理学).遥感岩石力学可望在地震预报,岩爆预报和岩体应力场的测量中得到应用.      

岩石变形实验中的微破裂与地震的联想

根据室内岩石变形实验中岩石的微破裂和应变能释放等情况，联想到地震发生的几种相似现象：（１）岩体在较低的状态下亦有可能发生地震；（２）小震的发生预示岩体内应变和应变能的释放，但应力却未必释放；（３）主震时就变能大量释放，但仍有相当多的应变能残留在岩体中，这应是老震区发生地震的原因之一。     

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.     

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.     

煤岩变形破裂电磁辐射的实验研究

对受载煤体变形破裂产生电磁辐射进行了实验研究及规律分析,并对煤岩变形破裂电磁辐射的机理进行了探讨分析．研究结果表明,煤体变形破裂时能够产生电磁辐射,电磁辐射信号与声发射信号并非严格同步,电磁辐射信号较声发射信号丰富,电磁辐射与煤岩体的变形破裂过程密切相关．煤岩电磁辐射技术在揭示煤岩变形破裂机理,预测、预报地震,矿山煤岩灾害动力现象及岩石混凝土建筑稳定性方面有着非常广泛的应用前景．     

煤岩变形破裂电磁辐射的实验研究

对受载煤体变形破裂产生电磁辐射进行了实验研究及规律分析,并对煤岩变形破裂电磁辐射的机理进行了探讨分析．研究结果表明,煤体变形破裂时能够产生电磁辐射,电磁辐射信号与声发射信号并非严格同步,电磁辐射信号较声发射信号丰富,电磁辐射与煤岩体的变形破裂过程密切相关．煤岩电磁辐射技术在揭示煤岩变形破裂机理,预测、预报地震,矿山煤岩灾害动力现象及岩石混凝土建筑稳定性方面有着非常广泛的应用前景．     

裂纹系微破裂集结和动态扩展的实验研究

研究了裂纹系的动态破裂,重点考察了裂纹系相互作用.选用大理石、玻璃为实验材料,将其加工成薄板状,并在板内预制各种不同形态的裂纹系,在单轴压下用可见光透视观察裂纹系动态相互作用的破裂过程.实验中发现,岩石的动态破裂过程和玻璃有很大差别,岩石的裂纹系动态相互作用后期是通过微破裂演化来实现的,而在玻璃中观察不到.裂纹系的不均匀应力场分布是破裂演化的初始原因.通过实验,给出大理石材料中各种不同形态裂纹系的动态破裂演化的全场过程图像,直观地揭示了含裂纹系岩石变形破坏的实质.实验显示了不同几何形态的裂纹系的破裂发育过程有明显区别.在微破裂集结时,周围的破裂部分闭合.因此,用二维模型描述的微破裂图像和实际有很大出入.为了消除这个差距,必须研究三维破裂.本文的实验结果表明,裂纹(断层)不能起到阻碍破裂扩展的作月;裂纹(断层)作为障碍体,和预存裂纹之间存在强烈的相互作用,使得样品的强度降低几乎一个量级.讨论了上述结论对于认识地震(包括矿震)断层行为的意义.     

覆岩变形破坏电阻率响应特征的模拟实验研究

地下采矿活动引起上覆岩层移动变形和破坏 ,对覆岩变形破坏进行监测 ,可以为采矿设计和安全生产提供可靠的技术保障 .本文从对应于实际地层介质的相似材料物理模型实验出发 ,探讨了模拟实验的相似条件和可行性 ,进行了采矿活动不同时期覆岩电阻率特征变化的动态测试 ,结合实验数据进行反演计算 ,最后获得覆岩变形破坏与电阻率变化的响应关系 .实验结果表明 ,覆岩变形和破坏必然造成地层介质电性特征的变化 ,不同破坏带的破坏程度不同 ,电阻率变化响应特征不一样 ,两者是一一对应的 .利用电阻率方法监测覆岩变形和破坏是完全可行的 .     

覆岩变形破坏电阻率响应特征的模拟实验研究

地下采矿活动引起上覆岩层移动变形和破坏,对覆岩变形破坏进行监测,可以为采矿设计和安全生产提供可靠的技术保障. 本文从对应于实际地层介质的相似材料物理模型实验出发,探讨了模拟实验的相似条件和可行性,进行了采矿活动不同时期覆岩电阻率特征变化的动态测试,结合实验数据进行反演计算,最后获得覆岩变形破坏与电阻率变化的响应关系. 实验结果表明,覆岩变形和破坏必然造成地层介质电性特征的变化,不同破坏带的破坏程度不同,电阻率变化响应特征不一样,两者是一一对应的. 利用电阻率方法监测覆岩变形和破坏是完全可行的.     

地震电磁波发射的一种机制

本文介绍用天然石英岩块等所进行的电磁波发射实验.得到了频段范围和强度.提出岩层突然破裂和断层两侧岩石剧烈摩擦是产生地震电磁波的一种重要机制,其机理是石英晶体破碎时,电偶极子群的产生和消失.     

中国大陆卫星红外亮温与海拔高度关系的研究

海拔高度与卫星热红外亮温的关系是尚待深入研究的能反映地球表面热状态的重要信息,也是影响地震热红外异常分析的主要因素之一,文中把海拔高度每增加100m亮温降低的幅度称为亮温梯度,在系统筛选处理卫星热红外遥感数据的基础上,把中国大陆划分为西北、青藏、川滇、东北、华北和华南6个地区分别进行研究,取得了一些初步的结果:1)不同地区、不同月份亮温梯度的总体趋势相似,但又存在细节上的差异;2)各个地区的亮温梯度都小于前人根据气温资料计算得到的气温直减率(0.64℃/(100m)),而且在绝大多数情况下都<0.4℃/(100m),变化范围主要集中在0.15～0.35℃/(100m)之间;3)除青藏地区以外,其它5个地区的亮温梯度总体上表现为夏大冬小的特点。分析认为冬季冷空气的作用、大气对地面辐射的吸收衰减以及地理环境的差异等是影响亮温梯度时空动态的主要因素