岩石加载变形过程中超声尾波与声发射变化的实验

文中采用尺寸为50mm×50mm×150mm的花岗闪长岩、大理岩以及砂岩3种不同的岩石样品,开展了超声尾波和声发射同步观测研究。结果显示:1)尾波变化与声发射演化过程存在良好的对应关系,声发射频度增加时尾波的变化随之改变,尤其是声发射频度增加的早期阶段尾波便出现变化。这预示了分析尾波可获得岩石早期的损伤信息。2)不同变形阶段,尾波变化的物理机制不同。加载初期,尾波变化存在明显的散射体改变特征;随后,在线弹性变形阶段则以波速变化为主;加载后期,散射体的改变增加,且与波速变化共存,散射体的改变效应与岩石微破裂的程度有关。3)随着载荷的增加,波速增加的幅度总体呈逐渐减小的趋势,这与通过直达波获得的认识基本一致。4)岩石变形过程中产生的微破裂会改变尾波变化的物理机制,散射体效应将显著增强。同时,声发射波形将对超声尾波造成干扰,因此在仅利用尾波资料分析岩石损伤时需要关注相关的问题。总之,超声尾波变化和声发射均可反映岩石内部的损伤情况,且不同的变形阶段尾波的变化机制不同,二者的联合观测可起到相互验证的作用,有利于提高观测结果的可靠性。     

用尾波干涉法监测介质波速变化研究进展

多次散射形成的尾波由于在介质内部重复采样、迭加和放大的作用,对介质的微小变化十分敏感。尾波干涉法利用尾波的这一特点检测介质的微小变化。近年来利用尾波干涉法高精度检测介质波速变化已经广泛应用到地震学领域和材料无损检测中。本文从尾波干涉法的原理和方法及研究进展两方面进行介绍,着重介绍了重复地震、噪声和人工源在研究介质速度变化中取得的成果。利用尾波干涉法,可以更精细地了解介质动态演化过程。     

利用超声尾波观测1.5 m长岩石断层黏滑实验的波速变化

在实验室内利用超声尾波观测大尺度（1.5 m）岩石断层的黏滑过程.利用基于尾波干涉的观测方法,我们获得了高达10^-6的相对波速变化的观测精度,这相当于~10 kPa的应力变化.利用高精度的测量,我们获取两种不同加载速率下（1 μm·s^-1,10 μm·s^-1）黏滑过程三个阶段（恢复、加载和滑动）基于波速变化的特征量.我们更进一步获取了断层失稳阶段波速变化的时空演化过程.最后讨论了该观测方法需要改进的地方.以上研究结果表明作为一种对现有实验观测手段的有益补充,利用超声尾波观测实验室大尺度岩石断层的动力学过程是可行的.

     

冀东陆壳岩石在高温高压下波速的实验研究

实验选取了冀东陆壳的上、中、下地壳主要岩石类型在高温高压条件下进行了波速测定.实验的最高温度约为600℃,压力达到700MPa.在压力600MPa 条件下测定的上地壳黑云母变粒岩的V_p 为6.00—6.06km/s;中地壳黑云母片麻岩的V_p 为6.75为km/s,斜长角闪岩的V_p 为6.92km/s(?)下地壳麻粒岩的V_p 增加到7.28km/s.波速的变化主要依赖于陆壳的化学组成和变质程度.冀东的上、中地壳化学组成比较接近,相当于中酸性,但变质相分属于绿片岩相和角闪岩相,它们在V_p 上的差异主要与岩石的变质程度有关.下地壳为中性(?)基性成分属麻粒岩相,V_p 的增大,特别是其下部的高V_p(7.5—7.6km/s),既依赖于变质程度,又依赖于化学组成.波速测定的实验支持了我们1988年提出的该区陆壳结构的岩石学模型.     

岩石的初动隐伏效应对波速测量的影响

为了提高波速测量精度，关键是测准波的到时，对波形曲线的试验表明，随着测量装置放大倍数的增加，除了波的振幅增加之外，还观测到波的到时前移现象，这就给波速测量带来了较大误差，在实测数据的基础上，就隐伏效应和量化误差的机理进行了分析，认为是隐伏效应和量化误差的共同作用，引起了波的到时的不稳定，而问题的实质是整个测量系统的阻尼衰减，最后就提高波速的测量精度提出了两点建议。     

基于尾波干涉的储层时移特性监测方法研究（英文）

尾波是持续时间比主要波型长得多的多重散射波,它包含了直达波之外的部分有用信号。在油气田的开采过程中,由储层物性参数的微小变化而导致的储层速度的微小变化对初至的影响很小,无法通过初至变化直接观测,但是因为尾波为多重散射波,故储层速度的微小变化会在尾波的传播过程中被放大,因此利用尾波可以观测到这种变化。本文通过实验与数值模拟研究了尾波干涉方法在储层微小时移差异监测方面的有效性。合成地震数据是基于部分MarmousiⅡ模型采用有限差分波动方程正演方法计算获得,为了模拟时移地震中的储层波速变化,在模型中选取波速发生微小变化的目标区,计算速度扰动前后的合成地震数据,进而观测尾波变化。研究表明利用尾波干涉可检测储层物性的微小变化,为时移地震信号监测提供新的方法和手段,从而提高时移监测的准确度,也为开发生产工作提供可靠的指导。     

岩石临破裂前波速变化特征的实验研究

为了提高波速的测量精度以便能观测到岩石临破裂前波速的微小变化,采用了波形的数值化,波的叠加,波的互相关和DTE(Subsample delay time estimate)方法和cosine插值,使时间分辨率提高到0.001 μs,波速分辨率达到1 m/s.在较小的应力增量(0.17 MPa)下测量了波的延迟时间,进而得到速度随应力的变化规律.实验结果显示在0.98破裂强度时岩石波速最大,然后下降直到破裂,此期间的波速下降量约30m/s.同时对临破裂前波的主频能量进行了计算,其变化规律与波速相同,认为破裂前的有关变化与岩石膨胀有关.最后用涨落模型讨论了延迟时间的方差变化.     

延怀盆地岩石波速的实验研究及其地质意义

依据延怀盆地深部的地温地压条件，用模拟实验方法测定了该区代表性岩石的纵波和横波速度以及石英、角闪石在一定深度相变引起的波速变化，提出在中地壳同时具备低速高导的物质可能不是含石英多的岩石而可能是含水矿物多的岩石；讨论了研究区域的地壳组成，认为上地壳的上部可能是由泥质灰岩一类的岩石组成，下部可能是由花岗闪长岩一类的岩石组成，没有低速高导层的地区可能是由花岗闪长岩和石英岩等组成，有低速高导层的地区可能由     

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。     

冀北地壳深部岩石波速 V_p 的初步研究

在高温高压实验条件下,对岩石超声脉冲传输测速的研究,在国内外已经做了很多工作,资料甚丰。目前,Kern H(1982)和Lebedev E B(1990)等的实验温度达到了700℃和800℃,Mueller H J等(1988)已达到了1000℃,但总的数据不多。笔者改进了实验方法,实验温度达800℃以上,最高达到1040℃,模拟壳幔的温度条件更接近实际,通过实验作者获得了一批具有新的特征的波速数据,对中、下     

环境激励下桥梁结构模态频率与波速变化监测研究

基于环境激励的桥梁健康监测方法是未来的发展方向。我们采用宽频带地震计Guralp CMG-6TD,建立了在线桥梁监测系统,对北京市昌平区鲁疃西路大桥进行了连续监测。分别使用随机子空间识别获得桥梁模态参数和尾波干涉法监测桥梁波速变化。结果表明：（1）采用的高灵敏度宽频带速度型地震计,能够连续准确记录宽频带范围内的三分量振动信号,非常适用于长期桥梁动态监测;（2）基于连续记录的环境激励信号,随机子空间法能够稳定可靠地识别桥梁低阶模态参数,尾波干涉法能够连续精确地监测桥梁材料的细微波速变化;（3）温度变化会引起桥梁材料的弹性模量发生显著变化。波速变化呈现振幅为1%的日变化特征,与温度变化呈明显的反相关性,温度敏感系数约为。同时模态频率的变化不太明显,说明波速可能是比模态频率更为敏感的量化损伤指标;（4）模态频率是桥梁整体状态的一种度量,而波速变化可以监测桥梁局部材料弹性性质的变化。将这两者结合起来,利用环境激励信号,连续准确识别桥梁模态频率以及监测波速变化,对于桥梁健康监测具有潜在重要应用价值。     

利用声发射和波速变化判定岩石损伤状态

对岩石受单轴压缩损伤过程中的声发射和超声波波速进行了同步测量,对比分析了声发射和波速随损伤过程的变化规律。研究表明,岩石损伤过程可分成几个阶段,不同阶段声发射和声波波速变化呈现不同特征;利用超声波波速的相对变化能够稳定可靠地鉴别岩石的"加载强化"与"加载弱化";声发射b值对裂隙的非稳定扩展更加敏感,可以作为岩石失稳预警参数;岩石声发射和波速都对损伤具有记忆性,重复加载下的声发射和超声波波速变化可提供更丰富的岩石损伤状态信息。     

岩石临破坏前波速奇异变化的再研究

从实验上确证：岩石在主破裂前一瞬间，纵波速度升高甚至超过原最大值的两倍以上，纵、横波速比Vp/Vs升高甚至达2.5～3.0，之所以造成这种现象：对前一个原因是主破裂前有些张裂缝闭合，另一个原因是主破裂前微破裂急剧增多，在某一时刻同时发生几个小破裂，各检波器所记讯息可能不是同一事件。对后，P、S波的走时在破裂孕育过程中的下降--回升（相对变化量）并不同步而是P波的变化先于或大于S波也是重要原因。     

尾波干涉原理及其应用研究进展综述

本文首先简述了尾波干涉方法的基本原理, 随后介绍了尾波干涉方法在研究震源位置变化和监测散射体运移状态的相关应用与进展, 最后探讨了利用重复地震、 人工主动源和噪声互相关函数监测地下介质波速变化的尾波干涉方法的优缺点及发展方向. 尾波干涉方法基于尾波的多次散射特性, 能够提取震源位置与介质的细微变化, 其中介质的动态变化可为地震(火山)的孕育、 形成及发展提供研究思路与指导意义.      

高温高压下岩石波速与地壳深部的物质组成

通过对高温高压下岩石波速实验资料的综合研究得出：岩石波速及速度各向异性可用于确定地壳深部各层的组成和界面性质;岩石波速随构造环境而变化;同一波速层由成分和成因上不同的岩石组合而成利用统计分析后的高温高压波速数据,建立了42组ρ-Vp（密度-速度）关系式及深部岩石判别图解     

深部地壳镁铁质岩石波速的研究

镁铁质、超镁铁质岩石波速实验测量在高压700-800MPa、高温800-1100℃下进行．波速-温度曲线的斜率以温度系数dVp／dT表示,大体在700℃以内,8个标本的温度系数平均为-1．86×10-4km·S-1／℃,比资料值小得多,即在此温度范围内,波速随温度的降幅不大．在这一温度限以上,大多岩石开始脱水出溶,相组合发生变化,同时波速大幅度下降．曲线发生转折的机制是岩石中液相的产生．角闪岩波速曲线斜率也从700℃开始发生改变,950℃后速度直线下降,到1008℃时,岩石中液量达30％,波速Vp值下降到487km／s．最后,依岩类不同以及岩石出溶和相变对波速的影响划分出5个速度-温度区,讨论了华北断块内构造隆起区和沉降区下地壳可能存在的岩石及其状态．     

高温高压下岩石波速与地壳深部的物质组成

通过对高温高压下岩石波速实验资料的综合研究得出：岩石波速及速度各向异性可用于确定地壳深部各层的组成和界面性质;岩石波速随构造环境而变化；同一波速层由成分和成因上不同的岩石组合而成利用统计分析后的高温高压波速数据，建立了42组ρ-Vp（密度-速度）关系式及深部岩石判别图解     

尾波干涉法监测火山介质的快速瞬态变化

近震波形尾波的早期部分通常以多次散射波占优势。地下介质的微小变化对初至的影响无法检测出，但多次散射波可放大这些变化，进而可在尾波中观察到这些变化。根据这一想法本文使用尾波干涉法来监测南极埃里伯斯火山的瞬态变化。埃里伯斯火山是地球上少数几个拥有长时间对流岩浆湖的火山之一。析出的巨大气泡的破裂造成斯通博利式的喷发，这些爆发活动提供了使得地震能量沿极为松散的火山介质传播的重复的震源。我们检查了1999年12月到2000年2月持续2个月喷发活动的信号，发现在整个喷发期间，地震图的开始部分高度地重复。第一个月里，尾波部分也是如此，但大约过了一半时间，地震尾波在几天的时间内变得不相关。这表明火山散射特性的快速变化，很可能反映了用直接或单次散射地震波理论无法识别的火山顶岩浆管道系统细微的变化。     

深部地壳镁铁质岩石波速的研究

镁铁质、超镁铁质岩石波速实验测量在高压700-800MPa、高温800-1100℃下进行．波速-温度曲线的斜率以温度系数dVp／dT表示，大体在700℃以内，8个标本的温度系数平均为-1．86×10-4km·S^-1／℃，比资料值小得多，即在此温度范围内，波速随温度的降幅不大．在这一温度限以上，大多岩石开始脱水出溶，相组合发生变化，同时波速大幅度下降．曲线发生转折的机制是岩石中液相的产生．角闪岩波速曲线斜率也从700℃开始发生改变，950℃后速度直线下降，到1008℃时，岩石中液量达30％，波速Vp值下降到487km／s．最后，依岩类不同以及岩石出溶和相变对波速的影响划分出5个速度-温度区，讨论了华北断块内构造隆起区和沉降区下地壳可能存在的岩石及其状态．