剪切破裂源及其近场影响

本文利用有限差分法对垂直走滑断层和垂直倾滑断层两种剪切破裂源在不同埋深和不同破裂尺度(指垂直于地面方向上断层尺度)情况下的近场理论地震图进行了讨论,并得到了地表不同震中距处的加速度付氏谱。通过对上述两种源所产生的近场效应的对比分析,本文得到了以下初步结果: (1) 在埋深相同,断层面宽度相同的情况下,垂直走滑断层源对近场地表的影响比垂直倾滑断层源大。(2) 在垂直倾滑断层源的埋深、破裂尺度相同的情况下,在地表同一震中距处产生的水平位移要比垂直位移大。(3) 两种破裂源在地表同一震中距处产生的位移的最大振幅随破裂尺度的增大而增大,且近似为线性关系;在极震区内不同震中距处产生的位移的最大振幅随震中距的增大而减小,且随震中距的变化率在减小;在地表不同震中距处产生的加速度的付氏谱的主峰周期随震中距的增大而变长,随破裂的增大,付氏谱中主峰周期也加长,且长周期成份愈多;随着破裂源埋深的增加,地表不同震中距处产生的位移的最大振幅变小,即等震线变疏。(4) 走滑断层源产生的加速度付氏谱的主峰周期比倾滑断层源长。     

粘滑位移的直接测量和剪切破裂能的修正

从滑动弱化模型剪切破裂能G的计算公式出发,对三轴实验中常用位移测量方法作简要分析,认为改用弹簧应变片式位移计直接测量断层位移比用位移传感器在容器外部测量更能真实地反映粘滑的动态过程.作如此技术上的改进以后,当频率响应和采样速率比粘滑动态过程高得多时,就能直接得到(u)积分曲线而无需进行弹性修正.对同一粘滑事件,分别用弹簧应变片式位移计和位移传感器在高压容器的内外同时进行位移测量,在各种条件下,前者得出的G值总比后者高得多,约为3——10倍.初步的分析表明,后者偏低的主要原因在于容器外的位移计不能及时地反映粘滑时的位移变化,而新的方法在一定程度上克服了这一缺点,因而更接近于用地震学方法所得到的G值.      

破裂密度作为不同尺度破裂发育的判据

用高加索地震分析了亚美尼亚斯皮塔克地震前兆区破裂Ker的时空分布。该过程显示出了破裂从较低级别（n-1)向中等级别（n）以及向较高级别（n 1)的转变。该结果得到了土库曼斯坦和堪察加地震目录的支持。实验表明，实验室负载作用下岩石样品中观察到的破裂模式适用于地壳中发生的地震过程。     

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.

     

2010年玉树超剪切破裂地震破裂过程反演

为探讨玉树地震是否为超剪切破裂事件,利用Yagi的方法重新进行了此次地震震源破裂过程的反演。通过给定不同的破裂速度进行对比,发现当破裂速度为4.7km/s时,理论与实际观测结果拟合残差最小,且反演结果更符合实际。另据P波高频辐射能量包络反演,破裂传播速度在4.7～5.8km/s范围内,而该地区的剪切波速度则为3.0～3.6km/s,从而证明了此次地震超剪切破裂现象的存在。反演结果表明,此次地震在玉树段的NW和SE段形成了19和31km的地表破裂,而震中所在的中段由于隆宝湖拉分盆地的存在,造成了15km的未破裂区。超剪切破裂是造成SE段玉树县城遭受严重破坏的原因之一。     

断层阶区对产生超剪切地震破裂的促进作用

地震时若断层发生超剪切破裂,地震灾害会显著加剧.因此研究超剪切破裂的形成机理有着非常重要的科学意义.本文利用动力有限单元方法,模拟断层破裂从初始断层跳跃传播到另一条平行的次级断层（断层阶区）时破裂速度的变化情况,并分析断层阶区几何特征等物理参数对产生超剪切地震破裂的促进作用.计算结果表明,断层阶区的诸多物理因素（如：重叠长度、相隔距离以及摩擦系数等）都会对破裂的传播速度产生影响.在一定条件下,破裂传播速度会由在初始断层上的亚剪切波速度,转换为在次级断层上的超剪切波速度.在破裂速度转换过程中,断层间隔起着重要作用,当断层阶区中两断层垂直间隔距离小到一定程度时,破裂跳跃阶区后,破裂速度不会发生变化.所以对于分段断层（可视为一种特殊的断层阶区）,由于其断层垂直间隔为0,也就不会出现破裂速度变化的现象,模拟结果对此也进行了证实.然而,若断层间隔太大,当其距离超过一定的限度后,破裂通常无法跨越断层阶区继续传播,而是终止在初始断层上.模拟结果还表明,初始断层与次级断层之间的重叠距离也十分重要,只有当断层阶区中两平行断层之间的重叠部分达到一定长度后,断层的破裂速度才有可能发生转换.此外,计算结果显示,破裂过程中断层面上的应力变化可能是破裂传播速度发生转换的直接原因.最后,模拟还发现,当破裂跨越断层阶区发生速度转换时,破裂需要停顿一定的时间,以便积聚足够的能量来实现破裂速度的增快.

     

中国大陆的地震破裂尺度关系

震级与破裂尺度的关系描述了断层破裂的长度、宽度和面积随地震震级变化的特征。地震危险性模型中需要这些参数,以便将模型地震拟合到断层上,并确定地震动预测方程所需的地震破裂距离。我们收集了中国大陆及邻区91次地震的震级和破裂参数,以研究中国大陆震级—破裂尺度关系,并发现由不同方法得到的地下破裂长度(RLD)与震级关系不存在系统性偏差。我们使用广义正交回归法给出了地下破裂长度与震级和破裂宽度之间的关系,然后推导出破裂面积与震级之间的关系式。如果不考虑中国东部1900年以前的5次大地震,则我们的关系式与使用全球数据给出的结果统计上无差异。但是,如果考虑这5次大地震,中国东部大型走滑地震的震级—破裂长度尺度关系计算出的破裂长度比中国西部和世界其他板块边界相同震级地震的要短。     

岩石剪切破裂过程能量损耗的评估

岩石剪切破裂(准静态)过程的能量特征通常用剪切破裂能来表征.但从严格意义上讲,经典的剪切破裂能定义是建立在剪切破裂过程中破裂面上摩擦应力不变的基础上,而岩石剪切破裂行为特性是随环境     

破裂临界状态下大理岩的剪切波分裂特征

以山东莱州大理岩为样品对岩样在破裂临界状态下的剪切波分裂特征进行了观测和分析,在两个样品上,得到破裂临界状态下的系列记录,结果表明,在岩石崩溃之前的临界状态下,即使载荷不变,剪切波分裂时间延迟也可能会有涨落现象,即剪切波分裂时间延迟可能会有一个下降的过程。     

三轴压缩下大理岩剪切断裂能的测定

本文采用山东掖县大理岩岩样,在800t高温高压伺服三轴流变仪上,对大理岩在室温和不同国压条件下进行连续加载和循环加载实验,并用Rice提出的滑动弱化模型,分别对大理岩在上述围压和加载条件下的剪切断裂能进行测定和计算,得到了在不同围压下大理岩剪切断裂能的变化情况,以及加载方式对大理岩剪切断裂能造成的影响,并对所得结果进行了初步分析和讨论.     

三轴压缩下大理岩剪切断裂能的测定

本文采用山东掖县大理岩岩样,在800t高温高压伺服三轴流变仪上,对大理岩在室温和不同国压条件下进行连续加载和循环加载实验,并用Rice提出的滑动弱化模型,分别对大理岩在上述围压和加载条件下的剪切断裂能进行测定和计算,得到了在不同围压下大理岩剪切断裂能的变化情况,以及加载方式对大理岩剪切断裂能造成的影响,并对所得结果进行了初步分析和讨论.     

岩石试件尺寸对裂纹应力场影响的数值分析

用数值方法和岩石力学实验模拟地震断层的破裂过程时, 模型或试件的尺寸选取不合适将影响断层附近的应力场. 本文利用二维弹性有限元方法, 计算了一个含椭圆孔的岩石试件在不同尺寸下的应力场, 并与相应的无限域椭圆孔问题的解析解进行了比较. 数值分析结果表明, 含椭圆孔的岩石试件在单轴压缩情况下, 其边界效应对内部应力场的影响不容忽视; 试件的临界尺寸长宽比约为3:2, 孔的尖端到边界的距离与孔的长轴的比值约为7.3. 这种数值分析试件尺寸的方法, 不仅可以为岩石力学实验提供理论依据, 同时也为确定数值模拟断层错动等问题中几何模型的大小提供了参考价值.     

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.     

EFFECTS OF EXISTENCE OF SEDIMENT PARTICLES ON THE ENERGY LOSS OF FLOW

ＥＦＦＥＣＴＯＦＥＸＩＳＴＥＮＣＥＯＦＳＥＤＩＭＥＮＴＰＡＲＴＩＣＬＥＳＯＮＴＨＥＥＮＥＲＧＹＬＯＳＳＯＦＦＬＯＷ￥ＬＩＵＱｉｎｇｑｕａｎ；ＣＨＥＮＬｉａｎｄＬＩＵＤａｙｏｕ（Ａｓｓｏｃ．ＲｅｓｅａｒｃｈＦｅｌｌｏｗ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｃｈａ...     

裂隙参数对衰减各向异性影响的数值模拟

理论、观测和实验均证实,在地壳和上地幔存在对应力变化敏感的直立裂隙,在整体上呈现方位各向异性.在Hudson裂隙理论基础上,系统全面地数值模拟了裂隙介质几何、物性和弹性波频率等参数对各向异性衰减的影响.结果显示,裂隙密度、裂隙纵横比、泊松比、裂缝填充物、弹性波频率和未破裂岩石母体纵横波速度等对各向异性衰减有着显著影响,...     

三轴压缩下软弱面对岩石破裂的影响

将岩石标本分为三组,分别锯至直径的1/3、2/3及完全切断。每组的切口与轴向的交角分别取20°,30°,40°和50°。然后用环氧树脂将切断的标本粘合,将锯开的切口填充,形成人为软弱面。将上述标本及完整岩石标本分别在0.79千巴及3.03千巴的围压、10~(-5)/秒的常应变率下进行实验,发现: (1)在部分切口的标本中,明显由两个紧接的主要破裂过程组成,第一个是软弱面的破裂,第二个是岩石标本中新的破裂。(2)全切口标本中破裂面完全沿软弱面发展;2/3切口标本中,大多数破裂面沿软弱面发展,但在3.03千巴围压下,切口与轴向成20°,50°角的标本中,主要破裂面取与软弱面共轭的方位;1/3切口标本中,破裂面较复杂,但都交汇在切口端点,且取向大都在软弱面共轭方位,但夹角较小。(3)切口对标本破裂强度有明显影响,切口越大,强度越低;切口的角度对全切口标本及2/3切口标本的强度也有明显影响,在30°左右强度最小,而对1/3切口标本的强度没有影响。结合上述结果对地震断裂与软弱面的关系进行了讨论。     

水对高应变率扭剪变形实验中大理岩强度的影响

利用 Kolsky 扭转棒作为实验装置,笔者在常温常压条件下对干燥的和潮湿的大理岩试样进行了一系列的动态简单剪切的实验变形研究,以期了解在高应变率(373-1-1736-1)时岩石中孔隙水对于岩石抗剪强度的影响.结果表明,孔隙水的存在不但没有降低,反而稍微提高了岩石的抗剪强度.结合前人在静态条件下的实验研究资料,笔者认为水对岩石变形的作用机制随应变率的变化而改变.在低应变率(例如:10-9-1)时,水对岩石变形的影响分别表现为压溶作用、应力侵蚀作用和降低有效应力的效应.压溶作用和应力侵蚀作用导致岩石强度的降低;而有效应力的降低则导致岩石强度的相对提高.     

受压剪应力作用闭合裂纹的光弹性研究

文中给出了受压剪应力作用闭合裂纹端部应力场的断裂力学解.提出了一种预制闭合裂纹的新方法.对闭合裂纹做了新的光弹性研究.分析了应力强度因子(SIF)及闭合裂纹表面摩擦力的变化.探讨了压剪闭合共线双裂纹之间奇异应力场的相互作用.用有限元法对压剪闭合裂纹SIF所做的计算说明,本文实验结果合理.最后,讨论了本文结果在震源研究中的某些应用.