岩石高速摩擦实验与地震物理过程

简述了最近20年来国内外岩石高速摩擦实验研究领域的进展和动态:岩石高速摩擦实验技术的发展实现了对高滑动速率、大位移的地震过程的实验模拟;其结果揭示了岩石和断层泥在地震滑动速率下的力学性状,深化了对断层滑动弱化机制、临界滑动距离、以及地震发生过程的认识和理解;实验在假玄武玻璃成因方面取得了重要进展,并提出了断层发生地震滑动可能留下的其它地质证据,可望为研究断层滑动性状与地震物理过程提供新的思路和信息.岩石高速摩擦实验今后的发展方向主要包括:发展具有加温系统和孔隙压系统的岩石高速摩擦实验装置,研究水热作用下岩石和断层泥的高速摩擦性状;室内实验和地震资料分析相结合研究断层滑动和地震机制;室内实验和野外地质调查相结合探索断层发生地震错动的地质证据等等.     

岩石高速摩擦实验的进展

文中简述了地震动力学国家重点实验室近年来在岩石高速摩擦实验方面的进展。为了深化断层与地震力学研究,实验室建设了一套旋转剪切低速-高速摩擦实验装置,可开展滑动速率介于板块运动速率(cm/a量级)至地震滑动速率(m/s量级)的岩石摩擦实验,其中高速摩擦性能填补了实验室的技术空白。以此为依托,围绕汶川地震断层带力学性质研究,开展了一系列高速摩擦实验。结果表明,龙门山断裂带断层泥的高速摩擦性质具有一致性,其高速滑动下显著的滑动弱化必定在汶川地震中极大地促进了破裂的扩展;断层弱化的主导机制是与摩擦生热相关的过程,包括凹凸体急速加热弱化和热压作用;断层泥在经历高速滑动弱化之后摩擦系数可在5~10s内恢复0.4,断层强度的快速恢复是同震主破裂带余震减少的原因之一。基于对实验装置现状和现有成果的分析,展望了近期实验室岩石高速摩擦的发展方向。     

龙门山断裂带断层泥中速-高速摩擦性质的实验研究

为了认识龙门山断裂带在汶川地震中的同震滑动力学性质,我们对龙门山断裂带地表断层带露头上的断层泥及少量WFSD-1断层泥开展了中速-高速摩擦实验研究。主要关注的问题包括：龙门山断裂带高速摩擦性质及其不均匀性、震后断层强度恢复问题、高速滑动可能的主导弱化机制问题和宽速度域内摩擦滑动速度依赖性问题。     

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.     

从弹簧滑块模型看骤热效应对地震周期的影响

<正>1研究背景地震周期模拟对理解地震预报有重要意义。不同于概率分布对应的余震泊松模型,从摩擦准则出发,基于动力学破裂模拟可以从物理角度分析地震破裂的周期过程。Dieterich(1979)通过岩石摩擦实验提出的速率—状态摩擦准则,包含高速破裂时的应力弱化和低速时的应力恢复过程,被后续学者广泛应用在地震同震破裂动力学和地震周期模拟过程研究（Rice,1983）。     

地震滑动加速和减速过程中的摩擦作用

在地震滑动过程中,断层动态摩擦是地壳内控制地震破裂的决定性因素。天然地震的脆性裂纹理论[1-3]使得以下观点被普遍接受:在地震断层快速滑动的过程中,断层摩擦力减弱,即所谓的滑动弱化[1]。高速断层泥实验[4-5],以及最近关于热增压[6-7]和摩擦熔化[8]的试验都支持该理论。但是,这些研究均仅针对固定的断层滑动速率。在本文中,我们的实验展示了不同滑动速率下断层物质的摩擦行为——这一模型的设置更接近天然地震的特征。实验结果表明,在断层滑动加速和减速的过程中,断层摩擦经历了增长、弱化和再增长。这种摩擦变化可能可以由低滑动速率下和更现实的滑动速率之下的速率-状态摩擦行为[9-10]来解释,但包含了不同的物理机制和不同的规模。最初的摩擦增强可能会阻碍小破裂向大地震的发展。断层滑动减速过程中的摩擦增强可能导致地震破裂呈脉冲状[11-14],并使得静态应力下降到与动态应力变化相比较低的水平[15]。     

白云母对岩盐断层带摩擦速度依赖性影响的实验研究

为更好地理解层状硅酸盐对断层强度、滑动速度依赖性及地震活动特征的影响,利用双轴摩擦实验对含白云母岩盐断层带在干燥及含水条件下摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥条件下含白云母岩盐断层带在0.1 ～ 100μm/s的速度范围内表现为黏滑和速度弱化,增大σ2会使断层带从速度弱化向速度强化转化,速度依赖性转换出现在0.1 μm/s,其中断层滑动表现为稳滑或应力释放时间较长的黏滑事件;含水条件下含白云母岩盐断层带在0.05 ～0.01μm/s的速度范围内表现为速度强化,0.1 ～10μm/s的速度范围内表现为速度弱化,50～100μm/s的速度范围内又转换为速度强化行为.含白云母岩盐断层带在干燥条件下一次黏滑伴随一个或一丛声发射事件,而在含水条件下与稳滑相对应,滑动过程中并未记录到声发射事件.显微结构观察表明,速度弱化域的主要变形机制是岩盐颗粒的脆性破裂和局部化的滑动;干燥条件下,速度强化域的主要变形机制是岩盐颗粒的均匀破裂;含水条件下2个速度强化域对应不同的微观机制,高速域的速度强化受控于岩盐颗粒在白云母相互连结形成的网状结构上的滑动及其均匀碎裂作用,而低速域的速度强化还受岩盐的压溶作用控制.通过与岩盐断层带摩擦实验结果对比可知,白云母的存在对于燥岩盐断层带摩擦滑动方式和速度依赖性没有显著影响,而在含水条件下白云母的存在使得岩盐断层带滑动趋于稳定.实验结果为分析含层状硅酸盐断层的强度和稳定性提供了依据.此外,在速度依赖性转换域上观察到的应力缓慢释放的现象进一步证实了在岩盐断层带摩擦滑动过程中观察到的现象,这对慢地震机制研究具有参考意义.     

水热条件下富层状硅酸盐矿物糜棱岩的摩擦特性实验研究

为探索断层岩石摩擦特性对于断层力学性质的影响,我们采集了龙门山汶茂断裂韧性剪切带中的富含层状硅酸盐矿物的糜棱岩样品进行了水热条件下摩擦滑动实验研究.实验在三轴压机之上完成,实验温度为100~600℃,有效正压力100 MPa,孔隙水压分别为30 MPa和130 MPa.为获得摩擦滑动的稳定性参数（a-b）,剪切滑移速率在1.22 μm·s^-1,0.244 μm·s^-1和0.0488 μm·s^-1之间切换.实验发现在200~500℃的温度范围内,摩擦系数随着温度的增加而显著增大（约0.56~0.72）.在200~300℃范围内,随温度的升高糜棱岩的摩擦滑动表现出由稳定的速度强化向不稳定速度弱化转变的趋势.在有效正压力不变的情况下,孔隙水压的增大会促进糜棱岩的摩擦滑动在500~600℃温度范围内由不稳定的速度弱化向稳定的速度强化的转变.实验给出的断层在原地深度处的脆性和塑性变形机制的转变,有助于理解断层深部的地震成核机制以及成核的温压条件.

     

安宁河断裂假玄武玻璃摩擦滑动实验研究

我们在安宁河断层带西侧的花岗片麻岩和碎裂岩中发现假玄武玻璃.并开展了假玄武玻璃的摩擦滑动实验,为国际首次.在化学成分和微观结构分析的基础上,本研究使用粉碎后的假玄武玻璃粉末作为模拟断层泥,在有效正应力250 MPa、温度100~500℃、孔隙水压30 MPa和干燥条件下开展了摩擦滑动实验.为获得假玄武玻璃摩擦系数的速度依赖性参数（a-b）,实验中的轴向加载速率在1 μm·s^-1,0.2 μm·s^-1,0.04 μm·s^-1之间进行切换.实验结果显示,在100~500℃假玄武玻璃的摩擦系数随着温度增加而增大,含孔隙水压条件下摩擦系数比干燥条件大.在加载速度为1~0.2 μm·s^-1条件下,100~300℃温度范围内,假玄武玻璃表现为速度强化型稳定摩擦滑动;在300~400℃的温度范围内,假玄武玻璃的摩擦滑动行为表现出由速度强化向速度弱化转变的趋势,在400~500℃时其表现出显著的速度弱化行为,从而在该温度范围内具备自发的地震成核条件.本实验还发现假玄武玻璃的滑动稳定性与加载速率有关,在相同温度条件下以及100~300℃的温度范围内,假玄武玻璃在实验室标速条件下（1~0.2 μm·s^-1）表现出速度强化的摩擦滑动行为;而在低速（0.2~0.04 μm·s^-1）条件下,表现出速度弱化.因此在100~500℃的温度条件下,降低剪切滑动速度可以促进假玄武玻璃的不稳定滑动.对比花岗岩与假玄武玻璃的摩擦强度与滑动稳定性表明,在100~500℃（5~30 km深度）,假玄武玻璃和花岗岩都具备地震成核的条件.假玄武玻璃的摩擦强度比花岗岩高,由此推测,被假玄武玻璃愈合的同震破裂,原地再次发生同震滑动的可能性小,但如果断裂带内存在假玄武玻璃,不仅能增加断层不稳定滑动和地震的风险,而且会促进同震动态破裂传播.

     

几种模拟断层泥摩擦滑动速度依赖性转换的实验研究

基于速率-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是涉及断层带上地震活动特征、地震成核深度等的重要问题.     

兰州地震研究所发展的三段历史回顾

对兰州地震研究所的三段历史作回顾,分别为国家地震局、中国地震局兰州地震研究所的体制沿革变迁,中国科学院地球物理研究所;中国科学院兰州地球物理研究所观象台早期创建;兰州地震研究所硕士点早期阶段。     

Correction of twilight measurements of influence of night sky

Studia Geophysica et Geodaetica -     

淋巴结结核的影像学表现特点分析

目的：分析淋巴结结核的CT和MRI表现特点,并与病理学对照,探讨两种检查方法的应用价值。方法：回顾性分析2010年1月至2014年12月间34例经手术、穿刺病理或临床证实为淋巴结结核患者的CT或MRI影像学资料,分别从生长方式（融合/非融合）、边缘（光滑/欠光滑）、境界（清晰/欠清晰）、密度及信号、增强后强化方式（均匀/不均匀/环形规则/环形不规则）这5个方面对所受累淋巴结进行分析。结果：34例患者中共累及223枚淋巴结,其中颈部淋巴结67.7%,纵隔内淋巴结27.7%,肺门淋巴1.8%,肺内淋巴结0.5%,腹腔淋巴结0.5%,腹膜后淋巴结1.8%。所有受累淋巴结中,8.5%呈融合性生长,83.9%形态规则,79.4%边缘光滑。CT上发现的171枚病变淋巴结以等密度较多（53.8%）、低密度次之（43.3%）,MRI上发现的66枚病变淋巴结中98.5%为等T1长T2信号。所有CT及MRI观察到的病变淋巴结中,除57%的病灶密度或信号均匀外,仅伴钙化的为12.6%,仅伴部分坏死的26.9%,另外有3.6%同时伴钙化及坏死;增强扫描的204个病变淋巴结中,1%钙化显著、未见明显强化,38.7%均匀强化,伴坏死者内见不强化的低密度区,11.3%呈环形规则强化（均位于颈部）,8.3%环形不规则强化（纵隔内82.4%）,5.9%可见病变淋巴结内有分隔样强化（均位于颈部）。结论：CT与MRI对于淋巴结结核具有重要诊断价值,两者均能清晰显示病变部位、形态以及边缘情况,MRI对于病变边缘及周围情况显示较CT更明确,尤其是增强后,对于包膜及邻近组织受累情况的显示也更加敏感。     

山西大同数字遥测地震台网记录的震相特征

从地球及地壳的分层结构出发，使用较成熟的理论，从地震波传播的基本原理入手，结合多年的震相观察分析工作实践，选取了山西大同数字遥测地震台网近年来的一些典型震相进行了分析，得出本台网记录到震中距小于100km的地方震震相有Pg，P11，Sg，S11震中距在100km～500km的近震震相有Pn，Pg，P11，Sn，Sg,S11对比分析了在本台网内及周边地区发生的爆破与天然地震在震相上的差异性，并对其特征作了较详细的描述。     

江西省地震局虚拟专用网(VPN)建设

叙述了在FreeBSD环境下构建基于PPTP的VPN网关的过程和技术，分析了基本概念、实现方式以及在江西省地震信息网的实际应用等。     

Methods of Investigation of the Metabolism of Anaerobic Microorganisms

At present the development together with an intensification of anaerobic processes calls for methods of observation and control. It is very important to know intermediate metabolites of anaerobic microorganisms and the activity of methanogenic ones. Presented analytical methods are GLC analyses of lower fatty acids, alcohols, aldehydes and ketones and components of biogas. The chromatography using steam as a mobile phase is also mentioned. The method of determining the fluorescent coenzyme F₄₂₀ was tested and modified. This coenzyme is specific for methanogenic microorganisms and is closely linked with their activity. The determination of the total activity of the hydrogenase system of anaerobic microorganisms by means of the rate of the consumption and evolution of molecular hydrogen was also presented. The applicability and effectivenes of these methods were verified on natural samples. All the methods mentioned above give satisfactory results with available equipment, materials and techniques.     

Evaluation of Negative Economic-Environmental Externalities of Overextraction of Groundwater

In recent decades, increased extraction of groundwater for human and agriculture consumption has led to a substantial drop in groundwater level in large areas of across the world. Declining groundwater levels is a serious problem in itself and has multiple economic, social, cultural, political, security-related, and environmental externalities. The negative economic-environmental externalities of overextraction of groundwater in the Orzouiyeh plain in the Kerman Province, Iran, were evaluated using methods such as replacement cost, production function, market prices, shadow price, and the value of the input marginal product. After evaluating externalities, the Positive Mathematical Programming method was used to evaluate different water policies to reduce the consumption of groundwater. The total economic losses due to the externalities were calculated to equal 2.8 U.S. million dollars. The damages caused by environmental externalities were calculated to equal 436.1 U.S. million dollars. The results related to the positive planning model show that the best policy among different options, such as deficit irrigation policy or combined policies, involves implementation of pressurized irrigation systems.