含水粘土断层泥的现场大尺度剪切实验

为了研究水分对断层泥抗剪特性的影响,在湖北省当阳县砂岩岩体中的天然断层带上进行了现场大尺度的剪切实验。实验用直剪法进行。试体的尺度为30×50×60cm~3。以含水粘土断层泥的天然断层面为剪切面。剪切面的面积为3000cm~2。先对试体在一个确定的正应力下进行剪断实验,然后继续对它在不同的正应力下进行摩擦实验。实验表明,剪断实验表现为塑性破坏及随后的位移强化现象。摩擦实验的摩擦强度略高于剪切破坏强度。剪切破坏强度方程为:τ=0.03+0.30σ。其中σ为正应力,τ为剪应力。单位均为MPa。     

现场大尺度摩擦实验中观测到的断层泥中的塑性变形波

本文介绍了在断层区的岩体中进行的现场大尺度摩擦实验。实验的目的是探索地壳中变形波的存在。实验结果表明,在加载时断层泥屈服时间不一致,加载一端的断层泥先屈服,然后屈服范围逐步扩大,此过程相应于塑性变形波在断层泥中的传播。实验测得试件中塑性变形波波速约为2—3 cm/min,实际相当于10—16km/year。     

模拟断层泥摩擦滑动速度依赖性转换的实验研究

基于岩石摩擦的速率-状态摩擦定律,速度弱化是断层失稳的必要条件,速度弱化向速度强化的转换控制着断层从不稳定滑动向稳定滑动的转换.因此,断层摩擦滑动的速度依赖性转换涉及断层带上地震活动特征、地震成核深度以及慢地震机制等重要问题.     

辉长岩摩擦实验中断层泥的剪切组构及成因

模拟断层泥的摩擦实验对地震的成核及断层带变形组构的研究具有重要意义。文中对辉长岩摩擦实验中的断层泥变形组构及形成机理进行了研究 ,以期从实验室角度来理解地壳深部断层活动的性质和特点。断层泥剪切组构中的边界剪切带 ,R1,Y剪切面比较发育 ,T裂隙次之 ;R2 ,P ,X剪切面不发育。R1面与边界面的夹角较小 ,平均在 1 1°左右 ,为单剪变形过程中达到破裂极限状态时形成的 1组库仑破裂面。分析表明R1面密度随正应力的增加而明显增高。而在相同的正应力下 ,随温度的增高 ,R1面的密度也有增加的趋势。当温度高于 5 0 0℃时 ,断层带内的斜长石出现塑性变形特征 ,R1剪切面与矿物的压性面理组成典型的S -C组构     

安宁河断层地震成核条件研究——来自天然花岗岩断层泥摩擦实验的启示

安宁河断层历史上发生过多次强震,现存的地震空区反映了其断层中部近30年来的断层闭锁和应变积累情况,是潜在的大地震危险区.本研究采用断层带内的新鲜花岗岩断层泥样品,在水热条件下开展了摩擦滑动实验,以研究安宁河断层摩擦特性和地震成核条件.实验有效正应力200 MPa,孔隙水压30 MPa,温度25~600℃,剪切滑移速率在1 μm·s^-1,0.2 μm·s^-1,0.04 μm·s^-1之间切换.实验结果显示,在100~400℃,摩擦系数随着温度的增加而增大（约0.663~0.704）,温度高于400℃时略有降低.从200℃开始,花岗岩断层泥的摩擦滑动表现出由速度强化向速度弱化转变,并随温度升高速度弱化程度增强,在600℃时仍然具有显著的速度弱化,具备地震成核条件.本研究获得的花岗岩断层发生不稳定滑动的温度范围为200~600℃,远大于已有研究中给出的350~400℃这一不稳定滑动的温度上限.本实验首次发现,在相同温度条件下花岗岩断层滑动稳定性与加载速率转变方向有关,向慢速切换或低速下（0.04 μm·s^-1）可以促进花岗岩断层由稳定滑动向不稳定滑动转变.基于本实验结果,结合川滇地区的地温梯度,推测得出安宁河断层中北段的地震成核深度为10~30 km,该断层的地震空区是断层闭锁的具体表现.

     

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。     

水热作用条件下蛇纹石断层泥的摩擦强度和速度依赖性及其地震地质…

在恒定的正应力和孔隙压力，不同温度下测量了三种蛇纹石断层泥摩擦强度的速度依赖性。在室温下，纤蛇纹石具有很低的摩擦系数，百利蛇纹石和叶蛇纹石的摩擦系数较高，分别为０．３９和０．４５左右。在２５－２００℃范围内，温度变化对纤蛇纹石和叶蛇纹石强度的影响不明显，而利蛇纹石的摩擦系数随温度升高明显增加。     

水热作用条件下蛇纹石断层泥的摩擦强度和速度依赖性及其地震地质意义

在恒定的正应力和孔隙压力、不同温度下测量了三种蛇纹石断层泥摩擦强度的速度依赖性。在室温下，纤蛇纹石具有很低的摩擦系数（０．２～０．２５），而利蛇纹石和叶蛇纹石的摩擦系数较高，分别为０．３９和０．４５左右。在２５～２００℃范围内，温度变化对纤蛇纹石和叶蛇纹石强度的影响不明显，而利蛇纹石的摩擦系数随温度升高明显增加。室温下，三种蛇纹石的摩擦在较快的滑动速率下表现为微弱的速度弱化，而在较慢的滑动速度下为明显的速度强化，温度的提高有促使速度弱化向速度强化转变的趋势。研究表明，蛇纹石的存在有利于断层的无震蠕动，但这种影响可能主要限于浅部；尽管纤蛇纹石是最软弱的造岩矿物之一，但仍不足以解释圣安德烈斯断层的软弱性     

断层泥研究的现状和进展

本文介绍了有关活动断裂带断层泥研究的基本内容和国内外断层泥研究的现状及进展。     

不完整岩石样品的断裂与摩擦滑动

在单轴压力下对具有锯口面的岩石样品的破裂和摩擦滑动进行了实验室试验。当锯口面与轴应力方向垂直时（拼合样品）,研究了岩石的强度,破裂形态和前兆。对于锯口面与加载轴成65°和75°的样品,发现在宏观断裂发生之前有粘滑现象发生。粘滞时的应力降和轴向位移的变化比断裂时要小得多。实验发现,在锯口样品中的断裂往往从锯口一侧发生,穿过间断面而向另一侧发展。本文还简要地讨论了这些结果的意义。     

不完整岩石样品的断裂与摩擦滑动

在单轴压力下对具有锯口面的岩石样品的破裂和摩擦滑动进行了实验室试验。当锯口面与轴应力方向垂直时（拼合样品）,研究了岩石的强度,破裂形态和前兆。对于锯口面与加载轴成65°和75°的样品,发现在宏观断裂发生之前有粘滑现象发生。粘滞时的应力降和轴向位移的变化比断裂时要小得多。实验发现,在锯口样品中的断裂往往从锯口一侧发生,穿过间断面而向另一侧发展。本文还简要地讨论了这些结果的意义。     

海原断裂带断层泥摩擦特性的研究

用双剪法对海原断裂带5个点的13种断层泥的摩擦滑动特征进行的实验研究表明,海原断裂带的断层泥的存在有助于消除粘滑与增大摩擦强度,五个点断层泥的摩擦系数平均值分别是0.760(景泰),0.728(哈思山),0.669(大沟门),0.644(剌儿沟),0.684(蔡祥堡)。     

镶嵌试件表面位移场的全息显示

用激光全息干涉法研究了在单轴压力下的镶嵌试件的表面形变,显示了离面位移场的可见图象。发现在载荷达到破裂载荷的90%左右时,沿镶嵌边界出现剧烈形变带和宏观裂纹;当岩芯强度低于或等于外围介质强度时,这种剧烈形变带集中在岩芯以外的一侧;当岩芯强度高于外围介质强度时,这种剧烈形变带形成围空图象。镶嵌试件在一定程度上模拟了地壳的横向不均匀结构,观察它的表面形变过程有助于探讨震前地震活动图象的物理含义。     

大尺度混凝土样品中波速比和振幅比变化特征的实验研究

1.引言波速比和振幅比的变化都是孕震区介质性质的变化引起的,因此研究它们的变化特征对于地震预报具有一定的意义。但是目前人们仅限于用小尺度样品研究它们的变化特征,用大尺度样品研究较少。为此,我们对大尺度混凝土样品中波速比和振幅比的变化特征进行了实验研究。本文介绍了主要研究结果,並与小尺度岩石样品的实验结果作了对比。实验中所用     

FRICTIONAL PROPERTIES OF A NATURAL FAULT GOUGE FROM DRILLED CORES IN THE LONGMENSHAN FAULT ZONE CUTTING GRANITIC ROCK

In this paper, we report friction experiments performed on natural fault gouge samples embedded in granitic rock from drilled core by a project entitled "the Longmenshan Fault Shallow Drilling(LMFD)". Compared with other natural fault gouge, this yellow-greenish gouge(YGG)is dominantly chlorite-rich. The maximum content of chlorite reaches 47%in the YGG. To understand the frictional properties of the YGG sample, experiments were performed at constant confining pressure of 130MPa, with constant pore pressure of 50MPa and at different temperatures from 25℃ to 150℃. The experiments aim to address the frictional behavior of the YGG under shallow, upper crustal pressure, and temperature conditions. Compared with previous studies of natural gouge, our results show that the YGG is stronger and shows a steady state friction coefficient of 0.47~0.51. Comparison with previous studies of natural gouge with similar content of clay minerals indicates a sequence of strengths of different clay minerals:chlorite > illite > smectite. At temperatures up to 150℃ hence depths up to~8km in the Longmenshan region, the YGG shows stable velocity-strengthening behavior at shallow crustal conditions. Combined with the fact of strong direct velocity effect, i.e., (a-b)/a>0.5, faults cutting the present clastic lithology up to~8km depth in the Longmenshan fault zone(LFZ)are likely to offer stable sliding resistance, damping co-seismic rupture propagating from below at not-too-high slip rates. However, as the fault gouge generally has low permeability, co-seismic weakening through thermal pressurization may occur at high slip rates(>0.05m/s), leading to additional hazards.     

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.