岩石破裂过程中超长波段的电、磁信号和声发射的实验研究.

在单轴压力下对辉长岩、大理岩等岩石破裂过程中产生的电、磁、声信号作了实验研究。实验分干、湿两种情况进行, 测试系统的频响范围为超低频。主要结果是:获得了岩样从受压到解体过程中, 在0-20kHz频段内的电磁辐射和声发射信号的原始波形;岩石破裂过程中电磁信号的辐射强度与岩石的岩性、含水量、破裂强度、加载率和破裂状态有关;岩石破裂过程中的电磁辐射率和声发射率有关系, 它们的最大值在时间上相对应的约占70%,而且电磁辐射信号比声发射信号发育, 持续时间也较长;实验中以铜板天线为接收传感器的电磁信号的主能潜在6kHz以下, 而以电感线圈为接收传感器的电磁信号主能谱在10kHz左右, 声发射的主能谱在3kHz以下;声发射信号出现之前有明显的电磁信号。由于岩石在破裂过程中辐射的电磁信号与声发射有较好的对应关系, 因此可以认为, 岩石破裂实验中获得的电磁辐射信号与岩石破裂有密切的关系。所以, 地震前观测到的电磁辐射异常主要是由岩石的破裂引起的。至于实验中在声发射之前出现的电磁信号, 则可能与压电、压磁效应有关。      

“弹性回跳”前的微破裂活动与变形序列

本以两承压岩体相互作用系统作为“弹性回跳”地震模型，用损伤力学的方法研究了系统失稳即地震前位移速率、声发射等前兆规律与岩石破裂过程的关系，用差分法在计算机上求得了地震发生过程中的变形与地声序列曲线，研究发现在某些情况下出现地声相对平静是由于两岩体介质中某一介质体破裂而另一个介质体弹性恢复所致。     

岩石微破裂震源过程的声发射研究进展

从岩石微破裂的破裂模式和震源机制、声发现事件波形的振幅频谱特征、介质特征等方面,对地震研究领域岩石微破裂声发射近期的一些研究结果进行了简单综述。     

运用声纳信号估算2004年12月26日苏门答腊特大地震的破裂长度和速度

位于印度洋由5个小声纳台阵构成的台网无先例地记录到了与2004年12月26日苏门答腊特大逆断层地震相关的声纳信号，这些声纳台阵距离震中约2800～7000km。每个台阵都记录到由这次地震产生的声波（也称为T波）。通过在T波尾波持续时间内用短时间窗分析后表明，作为时间函数的源方位角接收器变化缓慢。这一分析也表明了视T波波源并不是静止的。视T波波源以2km／s的平均速度沿着巽他海沟向北移动，与这次地震的破裂轨迹很相似。声纳数据说明了地震破裂过程明显地分为2个阶段，刚开始是以大约2．4km／s沿着巽他海沟朝西北方向破裂。到了距离震中600km附近破裂速度下降至大约1．5km／s，但仍朝着西北继续扩展。     

共线不连通断层标本变形过程中群体微破裂事件的时空演化

设计了共线不连通断层物理模型,在概念上可模拟与地震孕育相关的障碍体或强固区。开展了中等尺度辉长岩标本的双轴破裂实验,对4600余次微破裂事件进行了精确定位,据此对共线不连通断层标本变形过程中群体微破裂事件时空演化的统计特征进行初步研究。由于强闭锁作用,变形过程中在98％的峰值强度,以前围绕不连通区域显示一系列在时间上依次递进、空间上逐步收缩、长轴方向随之改变的“空区”演化图像。在峰值强度后的弱化阶段,较大的声发射事件在被动盘明显丛集,而主动盘则小AE事件呈弥散性分布,与弹性变形阶段相比。弱化阶段AE主体活动区域从主动盘迁移至被动盘,并且AE较大事件次数明显增多、应变能释放急剧增加,声发射率在不连通区域破裂前的瞬间达到最高值。b值在不连通区域破裂失稳前显示“趋势性降低—快速回升”这一典型变化过程。对比研究还表明,破裂型失稳较粘滑型失稳具有更为明显、丰富的微破裂前兆。     

用地震标定律研究丽江7.0级地震的破裂过程

本根据Ｈｅａｓｋｅｌｌ二维矩形地震破裂模式，导出了以ω立方的波谱衰减，在分析地震破裂过程特征、考虑三个主要的相似性假定基础上，即假定地震满足断层面几何相似、应力环境相似和动力学相似条件，研究了大小地震相似性问题的标度分析，建立了地震破裂和源参数之间的标定律关系。用云南地区２０多年中数百个地震的地震矩Ｍ０、面波震级Ｍｓ和近震震级ＭＬ系统以及有关的地震参数，建立了适用于云南地区的地震标定律关系。由此     

地震破裂的确定性性质

了解地震破裂过程对于了解断层系统和地震危险是很重要的。关于断层破裂性质的若干假定已经提出,但还没有形成统一的理论(Brune,1979;Fukao and Furu-moto,1985;Ellsworth and Beroza,1995;Beroza and Ellsworth,1996;Dodgeet al,1996;Mori,1996;Mori and Kanamori,1996;Singhet al,1998;Steacy and McClos-key,1998;Kilb and Gomberg,1999;Sato and Kanamori,1999;Ohnaka,2000)。大多数被引用的概念上的假设是断层破裂的级联模型(Burne,1979;Ellsworth and Beroza,1995,1998;Kilb and Gomberg,1999)。在级联模型中,滑动在断层的一小段上开始,只要条件有利,并持续破裂,直至延伸到断层面。这个如同多米诺骨牌的理论有2个基本含义:小地震以大地震相同的方式开始,破裂过程是不确定性的;换句话说,直到破裂停止之前,地震大小是不能确定的。在本文中我们说明,事件最终大小与破裂最初几秒的地震能量辐射频谱成正比。我们推断,地震震级能在破裂完成之前被估算出来。这一发现意味着破裂过程在某种程度上是确定性的,并且具有破裂过程物理学的含义。     

岩石破裂声发射m值和岩石力学性质

实验测定了多种岩石在破裂应力的50％时杨氏模量E和声发射的m值。结果表明:m值和E有很好的线性关系m=1.39+1.44E×10~(-11)P_a~(-1)。同时观测数种岩石破裂孕育过程中的E和m值。结果表明:在加载初期,E和m值都较低。随着压力增加,E和m值也增加。在破裂应力的35％至75％时,E和m值大致平稳。破裂前,岩石应力—应变曲线的斜率E和声发射的m值均明显下降。但E值下降滞后于m值。建议利用m值评定场地岩石力学性质及其稳定性。     

单节理岩体变形与破坏过程中声发射能量的特征及意义

对含石膏夹层的单节理岩体模型单轴下变形破坏过程中的声发射事件全波形能量分析表明，声发射事件能量与变形过程密切相关，其分布反映破裂扩展尺度的分布，事件能量越大，对应破裂尺度越大，反之越小；破裂方式受节理角θ和夹层物质泊松比ν控制，θ小于ａｒｃｔｇ（０。７０７·（１一ν）／ν）时，Ⅱ型破裂为主，声发射能量集中在少数事件上，θ大于ａｒｃｔｇ（０．７０７·（１－ν）／ν）时，以Ⅰ型破裂为主，声发射能量分布相对分散     

不连续岩石试件加载变形与破坏前后声发射波形的线性度分析

对单节理岩石试件加载变形破坏过程中的声发射波形数据使用时间线性度和空间线性度的算法进行了处理分析，研究了所得时间线性度（ｒ）和空间线性度（ａ）作为地震前兆指标的可能性。所得结果表明：时间线性度（ｒ）在不同节理角的岩石试件破坏前和破坏后，都呈现下降；而空间线性度（ａ）也表现为下降，且下降幅度更大一些。在不同节理角岩石变形过程的声发射事件中，最大声发射事件（破坏瞬间）发生之前ｒ和ａ都呈现下降的异常变化     

使用CDSN资料确定澜沧地震震源参数

本文使用中国ＣＤＳＮ长周期数字资料，采用理论地震图试错法，确定了１９８８年云南澜沧７．６级强震的震源机制参数，改进Ｋｉｋｕｃｈｉ方法，计算出震源破裂时间过程函数，讨论了该地区发展地质构造。     

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     

不同围压条件下花岗岩变形破坏过程中的声发射时序特征

在室温、围压 50— 60 0MPa范围内 ,采用以Pb为围压介质的三轴实验装置 ,对花岗岩变形破坏过程中的声发射序列特征进行的研究表明 ,花岗岩强度随围压增加而增大 .低围压下 ,样品破坏时系统不失稳 ,破裂前后声发射稀少且时间分布较为随机 .随围压的增高 ,样品破坏时系统失稳 ,随后出现粘滑 ;声发射出现时间随围压增加而提前 .以破坏时应力降发生时间为界 ,一个显著的特征是破前声发射累积数随时间指数增长 ,增长速率随围压增加而加快 ;而破后各粘滑段的声发射累积数随时间却呈线性增长 .声发射b值随围压增加有减小的趋势 .声发射序列时间结构的 f（α） α谱研究表明 ,其多分形性质主要决定于时间密集特征 ,标度指数α的分布范围随围压增加有减小的趋势 .粘滑过程中 ,应力降幅度、应力降释放率及粘滑事件时间间隔均随围压增加而增大。     

实验室声发射三维定位及标本波速场各向异性研究

根据慢度离差法的基本原理,给出由遗传算法确定AE空间位置、发生时刻及慢度离差5个参量的具体方法。结合实验条件,通过数值试验对定位误差等问题进行探讨,并对真实AE定位的误差分布给出统计上的圈定。数值试验结果表明,算法具有较高的精度和较好的收敛性及稳健性;探头数量及布设方式对定位结果的优劣有影响, 4个以上探头有记录时,即可得到理想的结果;大的定位误差主要来源于台阵外部少数“ AE”的结果。到时测量的随机误差小于最小测量时间单位的50%时,平均有97%的“AE”定位误差分布在3 mm 范围内,小于物理不可分辨精度(探头直径)。     

2000年姚安地震的震源参数

根据近场小孔径观测台网记录的余震序列资料，研究了2000年1月15日云南姚安MS6.4地震序列的地震物理过程. 用地震标定律关系估算主震的地震矩M0=1.58×1018N·m，矩震级MW=6.0，平均位错=0.63m，断层长度L=16.6km，断层宽度W=5.6km. 余震序列的高精度定位结果和能量分布走向，很好地证实了主震的断层破裂走向为N50°W，震区马尾菁断裂为主震发震构造，断层错动性质以右旋走滑为主. 用横波记录资料及波谱分析方法估算出余震的震源参数: 地震矩范围为1010～1016N·m，震源破裂半径a为80～500m，地震应力降范围为0.01～9.5MPa. 较大应力降(Δσ>1.0MPa)沿主断层线性排列，大应力降(Δσ>2.0MPa)与ML≥3.0级地震相关. 余震能量释放和高应力降的地震多发生在6.0～11km的深度范围，说明在这一深度范围内最大程度地集中了地壳中的应力.     

中国大陆地震活动的广义信息维

给出了广义信息维的计算公式和方法，对中国大陆除青藏高原由于台网太稀，对中小地震无监控能力未作计算之外，对其余震图多的华北，南黄海及其沿岸，川滇、甘青宁、新疆地区都进行了研究，结果表明，在一些主要地震前，在新疆，甘青宁地区的空间信息维高标度值区在强震发之后有明显的降维，而在震前没有，低标度值区在震前都有前兆性降维，而震后恢复。时间分维的前兆性降维比空间分维明显。用许氏Ｒ值进行检验Ｒｓ＝０．３８６，Ｒ     

山东苍山5.2级地震前地震学参数异常变化

研究了1995年山东苍山5.2级地震前多项地震学参数（地震空间分布,b值，C值、D值，Mf值，GL值，YH值，AC值等）的异常变化，期望从中能够找出对中强地震短临预报有意义的地震学参数和特征图像，以增加对中强地震孕育过程的认识。