压磁应力计测量地应力相对变化结果讨论

本文简要介绍中国压磁应力计的电磁学和力学原理,地壳岩石中水压重复观测实验结果,以及使用它进行地应力测量的地质力学前提条件。在压磁应力计测量地应力相对变化结果中阐述了:悬空元件与受力元件测值对比;地应力变化与断层微量位移同步波动;压磁应力计与振弦应变计,体积式应变仪测量结果比较;相距十至数百公里的几个台,同期测得相似、相关的地应力变化;少震区地应力测量十分平稳,具有稳定的观测中误差;在多次地应力异常成功预测地震中发现并证实——异常主应力方向指向或转向震中区、异常主应力值较大的台站往往离震中较近,地应力趋势异常时间长短与震级大小呈线性关系。压扭性断裂力学模型解释了地应力异常主应力方向指向震中区,近震中地应力异常值大、远震中地应力异常值小等现象。由此可以证实:我们在数十米至百米钻孔中使用压磁应力计的确可测到震源应力场的变化过程,从而进行地震的时间、地点、震级的预测。     

永安地震前的地应力短临异常

本文介绍pyL-1型岩石应力仪观测地应力的异常变化,分析了异常与永安地震的关系,应力长时间的大幅度连续变化可能是较大地震前兆,异常极值左右摆动是临震前兆,本人据此在去年年终会商和今年会商时提出预报意见。     

探索首都圈地区深孔地应力测量与实时监测及其在地震地质研究中应用

为提高首都北京的地质安全,在探索首都圈地区深孔地应力测量与实时监测在地震地质研究中应用思路方法的基础上,制定首都圈地区深孔地应力测量与实时监测总体规划,通过不同关键构造部位深孔地应力测量、实时监测以及测量监测结果的对比分析,揭示首都圈地区地壳浅表层现今地应力环境,捕捉中强地震发生的地应力前兆异常。平谷地应力实时监测台站全程记录了2011年3月11日日本9.0级大地震及其前后地应力大小和地下水位相对变化,尤其是大地震发生的前兆应力变化,为地震地质研究积累了宝贵的数据。通过首都圈地区不同关键构造部位地应力测量与实时监测数据的对比分析及2012年和2013年唐山及其周围地区地震发震背景的综合研究,发现唐山—滦县—昌黎一带,尤其是昌黎地区,现今构造活动异常,需要重点关注其未来发展趋势。     

世界性科学难题——地震预报有可能首先在中国实现突破

采用多学科交叉的地震前兆观测方法 ,成功地做出了一些地震的临震预测及年度 (中期 )预测。可以预测几千km以外的 7级以上大地震。预测地震 3要素 (发震时间、震级及地点 )所达到的精度在地震史上也是罕见的。文中介绍了我们所用的主要地震前兆观测方法 :次声波、地应力、地电脉冲、大地微动、引潮力共振叠加等。文中还介绍了几次较好的临震预测及年度预测震例。从近几年的地震预测实践证明 ,对 7级以上大地震做出准确的预报是可能的。     

汶川和芦山地震前后浅部应力对深部应力的响应及地震危险性分析

活动断层上盘浅部的高应力异常通常被认为是强震前兆之一,而低应力一般认为不会发生地震是安全的。然而多个震例表明,低应力状态下的地震危险性具有多解性。为进一步探讨强震前的应力异常特征,本研究利用2008年汶川M_S8.0级地震和2013年芦山M_S7.0级地震前的地应力测量结果和地震活动性参数b值,在考虑深部应力对浅部应力影响强度的基础上,建立了浅部应力对深部应力的响应模式,并对强震发生前不同的应力状态与地震危险性的关系进行了讨论。结果表明：活动断层上盘低b值对应浅部高地应力为潜在地震危险区,而对应低地应力则为地震危险性不确定区,需要借助更多的手段进一步确定;2008年汶川M_S8.0级地震前的低应力状态可能反映了区域应力存在较强的调整。本研究对运用断层浅部应力状态评估断层地震危险性具有一定的启示意义。     

地应力钻孔施工关键技术探讨

汶川地震后,地应力研究受到重视,应力孔施工也日渐增多。本文依据多个项目实践经验,总结了地应力钻孔施工中的一些主要技术问题,介绍了钻孔结构设计按照终孔直径选择、监测仪器安装以及地层条件来综合考虑的方法。特别是从保证技术套管的使用和起拔安全,保障仪器安装精度的扩孔技术,冲洗液的选择与控制,应力测量与应力监测仪器安装的技术保障措施等应力孔施工关键技术方法方面探讨和总结了该类型钻孔施工技术特点和技术经验,系统总结了孔内应力测量和监测仪器安装技术方法,对同类项目的开展具有一定的借鉴和现实指导意义。     

原位地应力测量与实时监测在地震预报研究中的作用和意义

当2013年4月20日四川芦山Ms 7.0级大地震发生时,中国科学家已不再像2008年汶川Ms 8.0大地震发生时那样茫然和不知所措。其根本原因在于,2008年汶川大地震发生后,龙门山地区开展了大量的科学研究工作,已超前初步认知龙门山断裂带西南端具有潜在地震危险性,特别是原位地应力测量和实时监测已发现绝对地应力大小高值异常和相对地应力大小临震异常变化。论文简要介绍了地震预报国际主流观点与认识,梳理了地应力在地震预报研究中的作用和认识,探讨了2004 Parkfield earthquake钻孔应变监测结果给予的启示,详细介绍了原位地应力测量与实时监测在地震预报研究中应用的实践与探索。实践证明:地震预报是值得探索和研究的,原位地应力测量与实时监测是地震预报的有效方法之一。      

汶川地震对冶勒大坝影响分析

冶勒大坝为沥青混凝土心墙堆石坝,最大坝高124.5 m,坝址地震烈度高、地质条件复杂。该坝址距离“5.12”汶川大地震震中258 km,地震发生时坝区有强烈震感。坝上布置了由9台强震仪组成的强震监测台阵及埋设有较完整的大坝安全监测仪器,在此次汶川地震中获得了较完整的地震记录和其他监测资料。通过对强震监测资料及地震前后大坝变形、应力、应变及渗流渗压等方面的分析,考察汶川大地震对冶勒大坝工作性态产生的影响。分析结果表明,地震对大坝整体的应力、应变、渗流渗压并未造成明显的不利影响,但对大坝局部结构产生了一些不利的影响。总体而言,整个大坝在遭遇Ms8.0级大地震之后,外观无异常现象,总体运行性态基本稳定。     

龙门山断层破裂的频率非平稳特性

为研究地震过程中的频率非平稳特性,对近年来龙门山断层发生的两次大地震:汶川大地震和芦山大地震的近断层地震记录进行频谱分析。结果表明:相对于芦山地震有较大走向滑动分量的汶川地震,大多数位于汶川地震断层滑动前方的台站接收到更高的频率成分,位于断层滑动后方的台站接收到的地震波频率较低;尽管芦山地震断层相对汶川地震有较小的走向滑动分量,但仍然可以得出与汶川地震相同的结论,不同的是虽然芦山地震沿断层面向上方向分量大,但是其同一台站东西、南北、竖直三方向分量记录幅值相当。把芦山地震三分量记录变换到走向和沿断层面向上方向,证实了沿断层面向上方向高频成分更丰富。在断层滑动前方接收到的地震波频率较高,在断层滑动后方接收到的频率较低,这正是多普勒效应影响的结果。由于多普勒效应的客观存在,其对频率非平稳特性的影响与震源、传播路径和场地效应一样具有普遍性;所以,工程场地接收到的地震波的频率不仅取决于震源、传播路径、场地效应,还取决于断层滑动速度(多普勒效应)。     

地震结构爆裂理论与短临预测

在地震结构爆裂动力学理论基础上,揭示了临震前兆波的客观机制。作为储能体的地震包体,其流体压力达到覆盖岩层的断裂强度和重力之和时,在引潮力的作用下,包体发生局部破裂,裂纹发生扩张,产生破裂流和破裂波,交替发生冲击加载和垮塌卸载,同潮汐波叠加,形成地震前兆共振波,以相速度和群速度向围岩传播,其振动频率和周期表征包体的固有频率和周期。波速和周期均可以被灵敏度高和抗干扰性能强的PS100HRT地电仪在地震爆发前捕捉到,从而可用于确定地震的震中和震级。依据共振波出现后振幅随时间增加的规律,月潮规则,可以确定发震时间。地震和临震理论以及诊断技术均已经成熟,中国有望在世界上首先实现地震预报。查清地震包体,地震能可以如同油气那样供人类利用。     

汶川地震后沿龙门山裂断带原地应力测量初步结果

2008年5月12日在中国四川省西部汶川发生Ms8.0地震,震中位于青藏东缘龙门山断裂带。地震发生后的4个月,沿龙门山断裂带中南段开展了原地应力测量,获得了3个测点的应力大小和方向。在3个测孔中浅部采用压磁应力解除法,深部采用水压致裂法。浅部测量结果显示,位于震中区映秀测点,水平最大主应力值为4.3MPa,最大主应力方向为N19°E;宝兴测点位于震中区西南的龙门山断裂带南段,汶川地震没有导致该段地表破裂,该点获得的水平最大主应力值为9.8MPa,最大主应力方向为N51°W;位于龙门山断裂带最西南端的康定测点,水平最大主应力值为2.6MPa,最大主应力方向为N39°E。利用水压致裂法对各钻孔100～400m深度进行了应力测量,获得了应力随深度变化趋势和应力状态。与震前其它应力测量结果和中国其它地区表层地应力测量结果比较,龙门山断裂带西南段处于相对高应力水平,震中区仍处于中等应力水平。这项研究成果将为评价龙门山断裂带余震和今后强震发展趋势提供关键构造物理参数。     

汶川地震断裂带科学钻一号孔ASR法地应力测量

大地震后发震断裂附近的应力状态是认识和理解地震机理的重要参数.5.12汶川地震后,我国开展了基于地震机理研究的汶川地震断裂带科学钻探项目(Wenchuan Earthquake Fault Scientific Drilling Project,简称WFSD),为研究震后龙门山断裂带附近深部应力状态提供了条件.本文主要介绍适合深部应力测量的非弹性应变恢复法(Anelastic strain recovery method,简称ASR法)的测试设备和流程,并利用ASR法对WFSD-1号钻孔岩心进行了原地应力测量,取得了该钻孔424～1173 m深度范围内7个岩心样品的非弹性应变恢复实测数据,并根据成像测井对岩心进行了定向,确定了原地应力方向,估算了原地应力的大小.WFSD-1钻孔最大主应力的方位为NW69°～NW35°,主应力的大小随深度的增加而增大.     

1999年岫岩Ms5.4级地震前震、主震、余震应变异常特征的研究

能否捕捉到临震前兆信息在相当程度上依赖于观测技术的进步。营口地震台连续记录的SW应变监测仪在辽宁岫岩Ms5 .4级地震中获取的资料表明 ,岫岩地震主震前的前震序列在受力加载中发震 ,震后呈现出继续受力加载状态 ;主震后的余震序列呈现出卸载状态下发震 ;在临近地震主破裂时应变方向和幅值的变化尤为明显。(1)岫岩地震序列概述 :1999年 11月 2 9日中国辽宁省岫岩发生了Ms5 .4级地震 ,震中位于 4 0°32′N ,12 1°4 8′E。该地震发生在 1975年海城 7.3级地震余震区东南端的延长线上。 1999年 11月 9日岫岩地区开始出现前震序列 ,震中分…     

汶川Ms8.0地震后龙门山断裂带地壳应力场及其构造意义

2008年5月12日在青藏高原东缘龙门山断裂带中段发生汶川8.0级特大地震。大震发生时释放应力并对震源区及外围构造应力场产生影响,受汶川地震断层破裂方式和强度空间差异性的影响,震后龙门山断裂带地壳应力场也应表现差异特征,至今鲜有针对该科学问题深入的分析和讨论。经过系统收集、梳理汶川地震后沿龙门山断裂带水压致裂地应力测量数据与2008年汶川地震中强余震序列震源机制解资料,对汶川地震后龙门山断裂带中上地壳构造应力场进行厘定,通过与震前构造应力场对比,深入探讨了汶川8.0级地震对龙门山断裂带地壳应力场的影响,进而对汶川震后应力调整过程及青藏高原东缘龙门山地区深部构造变形模式进行研究,研究结果表明:受汶川8.0级地震的影响,震后龙门山断裂带地壳构造应力场空间分布具有差异性,近地表至上地壳15 km深度范围,映秀—青川段最大主应力方向为北西西向、地应力状态为逆走滑型,青川东北部最大主应力方向偏转至北东东向、应力状态转变为走滑型;15~25km深度范围,龙门山断裂带最大主应力方向仍为北西—北西西向、应力状态以逆冲型为主。汶川8.0级地震后,龙门山断裂带中地壳北西西向逆冲挤压的构造应力特征进一步支持了青藏高原东缘龙门山地区东西两侧刚性块体碰撞挤压、逆冲推覆的动力学模式。     

西藏林芝地应力测量监测与尼泊尔M_S8.1级强震远场响应分析

为查明川藏铁路林芝段现今地应力状态和附近主要断裂运动学和动力学活动特征,在西藏林芝北侧开展了300 m深度钻探工程和随深度系统水压致裂现今原位地应力测量与压磁法地应力实时监测工作。原地应力测量结果表明:(1)三个主应力大小之间关系为SHSh≥SV,表明区域构造作用水平应力起主导作用,易于发生逆断活动;(2)现今最大水平主应力方向为北北东向,反映区域内北东—近南北向断裂带现今活动具有顺时针走滑的特征;(3)基于实测数据得到剪应力相对大小μ_m=0.11~0.23,反映了该区域应力积累较低,区域内断层活动的危险性较小。地应力实时监测结果表明2015年尼泊尔M_S8.1级强震在该地应力实时监测站点具有显著的远场效应:(1)尼泊尔地震前,最大与最小水平主应力值分别增加了0.35 MPa和0.24 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(2)尼泊尔地震时同震应力变化表明,地震导致最大与最小水平主应力值分别减小了0.05 MPa和0.04 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(3)尼泊尔地震4个月后,最大水平主应力减小了0.05 MPa,而最小主应力增加了0.01 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变。基于钻孔原地应力测量与实时监测数据分析尼泊尔地震前、震时、震后该站点地应力变化情况,对于区域内断裂活动、地震危险性、地壳稳定性等研究具有重要意义。     

汶川地震断裂带科学钻探1号井(WFSD-1)非弹性应变恢复法(ASR法)三维地应力测试与"5.12"汶川地震的形成机制

汶川地震断裂带科学钻探1号井(WFSD-1)的ASR三维地应力测试结果表明,龙门山前陆逆冲带与其下伏的龙门山前陆盆地和上覆的松潘-甘孜地块的构造及地应力状态存在有重大差异。从整体上看,在汶川地震中,龙门山前陆逆冲带表现为在强烈的区域性挤压背景下,深部物质沿壳内拆离层自SW向NE方向的"层状"流动,在地壳上部转化为沿映秀-北川断裂(YBF)的快速垂向挤出,而其西侧的松潘-甘孜地块作自SE往NW方向的重力滑覆,东侧的龙门山前陆盆地则表现为自NE往SW方向的走滑或右行旋转。晚新生代以来,扬子地块相对于青藏高原东缘的龙门山造山带并无明显的或大尺度的陆内俯冲作用发生。龙门山前陆逆冲带深部高温低粘度物质垂直向上的、快速的流动和挤出,直接导致了"5.12"汶川地震的发生,而松潘-甘孜地块E向扩展导致龙门山前陆带的强烈挤压和陆壳增厚及深部应力和地震能量的积聚则是诱导深部位移场发生突变和物质快速垂向挤出的主因,E向扩展是深部地震能量积聚和快速垂向挤出作用的必要条件,而非地震发生的直接原因。ASR地应力测试得出的主压应力方向完全平行于GPS同震速度场的位移方向,似乎表明ASR测试获得的原地应力场或许真实地反映了或最接近于地震过程中的构造应力状态。     

昆仑山口西M_s8.1级地震前兆简介

<正> 2001年11月14日在中国青海、新疆交界地区(35.93°N,90.54°E)发生了M_s8.1级地震。在此地震前,距震中超过2000km的北京工业大学地震研究所(39.88°N,116.47°E)收到3种非常清晰的临震信息:次声波异常信号、地应力突变信号及虎皮鹦鹉跳动频率异常信号。 (1)次声波异常信号:2001年11月3日至8日次声波连续出现异常信号,最大值为1240mV(相当于9.92 Pa的声     

压磁套芯三维原地应力测量研究

压磁套芯解除法是20世纪50年代开始发展起来的原地应力测试技术。为了实现在单一钻孔中进行三维地应力测量研制了单孔全应力计。在简单介绍压磁全应力计结构和计算原理的基础上,通过现场测试,对在锦屏二级水电站地下厂房洞群区压磁套心解除3孔交汇法三维地应力测量和单孔三维地应力测量及水压致裂地应力测量进行了比较分析研究。测量结果表明,在探洞浅部,受局部地形影响,测点的应力分布主要受自重和地形地貌控制,形成特有的“V”型河谷岸坡内的局部应力状态,最大主应力为11 MPa左右,作用方向NNW基本近水平;在探洞深部地应力应力值较高,最大主应力为40 MPa左右,作用方向近直立;随水平埋深的增大最大主应力由近水平状态转变为近直立状态,说明在洞深部自重应力起主导作用。通过三种方法测量结果的对比分析,说明压磁套心解除单孔三维地应力测试技术与压磁套心解除3孔交汇法和水压致裂地应力测试技术具有相同测试精度。     

卫星热红外异常——四川汶川Ms8.0级大地震的短临震兆

利用我国FY-2C红外一波段（10.3~11.3 μm）的卫星遥感图像,通过解译和研究,发现在5.12汶川大地震之前,就出现了明显、孤立的卫星热红外异常现象。其异常现象的特征具体表现为：①、震兆出现早：即在2008年3月18日（震前55天）,就开始出现了热红外异常;②、异常阶段多且复杂：汶川地震前的卫星热红外异常,可分5个阶段,而且热红外异常的展演各有不同。这在众多的卫星热红外地震研究案例中,可能是迄今为止异常阶段最多的一次;③、单个阶段的持续时间长：最长达13天;④、如此沿龙门山地震断裂带分布的明显的地热增温异常现象,可能在卫星热红外地震研究案例中是首次发现。这对研究发震特点、余震走向具有重要指示和启示意义。 本项研究的结果再一次证明：作为地震短临震兆,在地震（特别是≥Ms5.0）前必然出现热红外异常现象的实践性和规律性。利用卫星热红外异常现象进行地震短临预测研究是最有效和最有可能突破地震预测科学问题的途径和方法之一。     

汶川地震断裂作用研究新认识

2008年汶川地震后,人们不得不思考问题是:大地震是如何发生的?下一次大地震什么时候发生?也就是涉及地质学家和地球物理学家一直未解决的科学问题:断层是如何破裂的?震后断裂是如何愈合的?我们试图通过对汶川地震断裂带结构、断裂摩擦行为和断裂愈合过程的研究来回答这些问题。本文将介绍通过对地表露头和汶川地震断裂科学钻探一号孔(WFSD)岩心中汶川地震主滑移带的详细研究,以及钻孔中长期温度监测来分析有关汶川地震断裂动态弱化和摩擦行为,并结合钻孔中长期水文监测计算所得断裂带渗透率变化,分析震后断裂愈合过程,进而探讨和认识汶川地震断裂作用所涉及的上述问题。经过详细研究,确定了汶川地震断裂带(映秀—北川断裂带)宽105~240 m、具有五个不同断裂岩组合的内部结构,是一条经常发生大地震、具多种弱化机制的断裂带;发现了汶川地震不仅具有同震石墨化作用,而且测量到目前世界上最低的动态摩擦系数(≤0.02),同时首次记录到大地震后断裂快速愈合信息。这些研究结果不仅直接回答了一直困扰在地震地质和地震物理学领域几十年的关键问题,而且对完善地震断裂理论和认识汶川地震机制具有极其重要的意义,为防震减灾提供了理论依据。