应力减小引起地震

最近完成的岩石力学实验表明,在三轴应力状态下最大主应力的增加、中等主应力的变化(增加或减小)和最小主应力的减小都能导致岩石的破坏。由此启示,地震的发生既可能由地壳中的最大主应力的增加引起,又可能由中等主应力或最小主应力的减小引起。讨论了地壳中可能引起应力减小的作用,并从地震活动的规律性探讨了应力减小引起地震的可能性。指出在地震研究的各个领域中,不仅应考虑应力增加和能量积累过程中发生的地震,还应考虑在应力减小和能量减小过程中引起的地震。      

应力减小引起的岩石破坏与地震

最近完成的岩石力学三轴实验表明,岩石的破坏既能由最大主应力的增加引起,又能由中等主应力的变化(增加或减小)或最小主应力的减小引起,因此联系到地震的发生也是如此。地震前必须有一个应力和能量的增加过程,但地震不一定发生在应力和能量的增加过程中,地震也可以发生在应力和能量的减小过程中。文章还讨论了能够引起地壳中应力减小的作用,並从地震活动性方面探索应力减小引起地震的可能性。     

地震前地下流体前兆异常特征的研究

针对鲁甸6.5级地震、唐山4.0级地震前地下流体异常现象,结合异常时段地下流体观测数据,对震前地下流体异常现象及指标进行总结分析。研究表明,鲁甸地震前及唐山地震前地下流体长期与中期异常特征均主要出现在距离震中心500 km范围内。地下流体震前异常特征现象观测的目的是判断地震危险区高密度观测特征,对地震高发区的中短期异常指标仅进行中短期分析。地震区域应力叠加导致地震前兆现象的开启,引起断裂带裂隙,地下水温度和地下深部气体异常变化,水岩变化使得地下流体混合前兆增强。在地震前兆观测范围内,获取地下流体异常指标变化可以为震前预测提供数据支持,推动地震预测理论的发展。     

香河短水准异常与唐山地震的关系

本文对唐山地震前后香河短水准资料进行了剖析,肯定了香河短水准在唐山震前的中短期异常和震时观测到的同震变化。通过计算在水平应力作用下的线源倾斜场理论值,验证了唐山震前香河短水准前兆异常的可靠性;同时,用弹性位错理论模式计算香河台及周围的震时倾斜场,进一步证明香河台震时观测到的同震变化的可能性。对计算结果中理沦值和实测值存在的差异作了理论上的解释。     

唐山地震前后的应力变化

在距唐山地震震源约百公里的大港油田,以水压致裂法,在深度1000——4000米之间,测定了69次地应力值,对比了1973——1980年大地震前后八年内的应力值变化.在主震前,构造应力场出现明显变化:(1)水平应力梯度降低,即在最大与最小水平主应力方向呈现应力松弛;(2)水平应力与深度的相关系数降低,即构造应力场受到扰动;(3)断层滑动系数增高,断层出现无震蠕动.此外,结合地质构造与应力测量结果,对唐山地震发生过程中的一些异常现象,如无震蠕动、地下水位变化、浅层和外围地区的应力松弛,以及应力沿断层面向深层和闭锁区的转移等,进行了分析和讨论.      

应力途径的研究

本文回顾了五年来应力途径研究工作的进展。实验表明几种岩石的强度、延性和脆性、体积变化和破坏前兆等与应力途径有关。三个主应力的变化(最大主应力的增加,最小主应力的减小和中等主应力的增加或减小)都能引起岩石的破坏,而破坏前兆的表明却有很大差别。这对了解岩石的性质和研究地震成因及前兆规律性有一定的意义。     

唐山大震前后震区构造应力场的光弹性模拟实验

本文根据唐山震区的地质构造模拟制作光弹模型,以N60°E方向加压进行唐山震前应力场的光弹性模拟实验。用打孔的方法模拟强震的应力释放。实验结果表明:1.在N60°E方向压缩时,唐山—丰南一带、滦县、野鸡坨和卢龙等地区是最大剪应力集中区,与唐山7.8级、滦县7.1级地震及强余震的震中分布基本吻合。说明唐山大震及余震的发生是近东西向压应力场作用的结果。2.当唐山7.8级地震应力释放后,震前具有高应力背景值的其它地区,应力进一步加强。说明唐山地震的发生导致了应力场的重新调整,增强了强余震发震的动力条件。3.实验结果证明,在断裂带两侧、端部或几条断裂的复合部位,其主应力方向与区域应力场的总体方向比较,大致有10°～25°的偏转。强震的应力释放导致震中区附近的主应力方向与震前相比也发生约10°～20°的偏差。     

1992兰德斯地震震源处应力量值的研究

给出了根据地震前后应力轴偏转、地震应力降和地震前后相对主应力大小,计算震源处应力量值的方法.并将该方法运用于兰德斯地震的霍姆斯特德谷断层段,获得了该子断层10 km深度处震前最大、中间和最小主应力的量值分别为271,266 MPa和259 MPa;震前断层面上的正应力和剪切应力分别为265MPa和6.2 MPa;震后断...     

首次直接观测到与理论预测一致的同震静态应力偏量变化——2016年4月7日山西原平ML4.7地震的钻孔L应变观测

地震会引起同震位移和应力场变化,造成现存各断层上的库仑应力变化量的增加或减小并影响后续地震风险,对于地震预测具有重要意义.现有的大量地震实例中,理论计算的同震位移场与GPS、InSAR等实测的同震位移吻合,间接证实了基于均匀理想弹性假定下可以使用半无限空间Okada公式计算与位移微分相关的同震应力变化.然而,由于地壳并非严格的均匀理想弹性介质,理论计算和直接测量的同震应力变化进行比较仍是一个重要的研究课题.中国对四分量钻孔应变仪的数百个地震同震阶变的研究,发现记录绝大多数阶变不能满足自检条件;美国板块边界观测(PBO)中数百个同震钻孔应变记录同样发现观测幅度与理论预期值相差甚多,可达一两个数量级,这成为国际钻孔应变观测中的一个未解难题.2016年4月7日山西原平发生ML4.7地震,该地震虽然不大,但原平钻孔应力台站距离震中仅19 km,得到了优质的同震阶变记录.本文以此展开研究,结果表明台站观测到的主应力方向和应力偏量大小,均与基于震源机制解的破裂模型的理论预计值很好吻合,这是首次实际观测到与理论计算预测基本一致的同震水平应力偏量变化,为利用库仑应力概念估计后续地震活动性提供了观测基础.然而,观测到的应力变化与理论计算值相差109 Pa的围压,本文也对其可能原因进行了探索,认为在探头、固结水泥和围岩三个可能影响观测的因素中,固结水泥影响可能性最大,并对今后工作提出了建议.     

1976年盐源-宁蒗6.7级地震前后平均应力轴取向的时间特征

自从沙道夫斯基等人观测到中亚某些强震前压应力轴取向发生90°转动以来,许忠淮等研究了唐山地震前后京、津、唐、张地区应力场的方向特征,没有发现唐山大震前后应力轴取向的显著改变。华祥文研究了类似的问题,结果表明,1958—1971年期间京、津周围地区并没有形成统一的孕震应力场,自1972年开始才形成了一个与华北地区区域应力场方向大体一致的孕震应力场,但震前并未观测到平均应力轴取向发生转动。根据阚荣举等人的结论,龙陵地震前平均压应力轴的取向发生45°的转动,但是根据他的结     

中等主应力变化引起的岩石破坏与地震

用真三轴试验机对福田花岗岩和山口大理岩进行了实验研究.表明,如果从一定的应力状态开始,保持最大主应力和最小主应力不变,单独改变中等主应力可以引起岩石的破坏.在这种情况下破坏前声发射率急剧增长的前兆比由最大主应力增加引起岩石破坏时的声发射前兆出现晚得多.联系这一现象对中等主应力变化引起地震的可能性进行了探讨.      

1976年唐山7.8级地震成因探讨

根据唐山地区莫霍面隆升、大地构造、新构造运动特征,探讨1976年唐山7.8级地震发生的地质构造背景。唐山地震区位于辽翼台向斜北部,北邻燕山台褶带,地表发育规模不大的基岩断裂,为燕山期活动形成,新生代断裂活动性不强;地下发育深切地幔的深大断裂,与地表断裂位置相当。由震前地震前兆及震后异常现象,提出了地震发生的成因机制。唐山地震是由震前地幔拱起、岩浆上涌垂直力作用下,受NEE-SWW向区域应力场水平挤压,NNE-NE向唐山右旋剪切逆断裂活动,受阻于NW向蓟运河左旋剪切正断裂,地壳岩石间摩擦、破裂,两断裂在深部共轭交汇区应力闭锁、释放,最终导致该次地震的孕育、发生。     

京、津、唐、张地区地震应力场的方向特征

根据1960年至1977年京、津、唐、张地区地震 P 波初动方向资料求出平均节面解, 给出判别结果可信度的曲线.推断本区构造应力场最大主压应力轴方向为北东65°—75°, 最小主压应力轴方向为北西15°—25°, 中等主应力轴基本直立, 应力场方向显现出均匀性和稳定性.估计地壳岩石的断层角不小于27°.推断引起本区地震的原因是受水平附加张力的作用.未发现唐山大震前平均节面解的显著改变.      

用滑动方向拟合法反演唐山余震区的平均应力场

将每个震源机制解的两个节面交替取作尝试的断层面,使计算的断层面上的剪切力方向与观测的断层面的滑动方向夹角最小,从而根据29个震源机制解结果反演了唐山余震区三个分区的平均主应力方向和中等主应力相对大小。本文结果说明,唐山余震区的最大主应力轴水平,取近东西方向,较之1976年唐山大震前的方向可能水平地顺时针转动了大约30。对同样地区用平均P,B,T轴推断主应力方向的结果与用上述方法所得结果基本一致。所作的数值试验说明,在特定情况下,用平均P,B,T轴推断构造应力主轴方向时有可能出现系统偏差。      

唐山地震前后地下水位异常过程的力学解释及与震源演化过程的关系

本文探讨了唐山地震前后天津、唐山地区地下水位异常形成的机理、力学过程的解释,以及与震源演化过程的关系,认为:唐山震中区和外围天津地区分别受震源迭加的垂直向上力派生的水平向张应力作用和深部横向水平力拖曳派生的垂直向下牵引力作用,造成地下水位的长期下降。临震时天津地区受震源应力场强化的反馈作用,使深部横向水平力拖曳受阻,引起观测水层产生回压,而震中区则因主破裂前的预滑,引起震源应力场转向,使观测水层的应力状态发生改变,出现地下水位的临震突转回升。又因唐山位于震源体上方,天津紧邻震源体的外围,且观测水层分别为坚硬灰岩和松软土层,具有不同的水文地质力学性质,故地下水位异常发展,显示出不同下降速率的统一孕震力学过程。文末,用唐山震中区地下水位异常资料,讨论了与震源演化过程的关系。     

基于唐山7.8级地震探讨动态应力作用

运用三维非线性动态有限元方法(Non-linear Dynamic FEM)仿真模拟研究了菱形模型的动态应力作用,分析了1976年唐山7.8级地震.结果表明:(1)唐山地震前增强的中强地震产生的冲击力形成的应力波反射后发生半波损失, 成为动态的拉伸应力,通过减小内摩擦而引起岩石产生裂纹、局部破裂并发生串通,一方面触发地震,另一方面为孕育唐山地震积累能量,表现为正反馈过程.(2)唐山地震产生的冲击力加卸载存在时间差,造成加卸载冲击波相位不同,结果产生的动应力和围压叠加致使围压波动和下降,导致抗剪切强度降低,使初始破裂分别向北东、西南方向传播.(3)冲击力的卸载,相对于产生拉伸性的应力波,反射后发生半波损失,成为动态的压缩应力,致使围压增大并导致破裂停止;而动态应力在传播过程中衰减.因此,余震的发生是一个负反馈过程.     

从观测土层应力变化进行临震预报的试验

本文从弹性力学观点说明,在地表土层中测量地应力是可行的。试验了电阻式土层应力观测中能突出临震前兆的支撑架埋设法。得出了对半径300公里范围内5级以上地震易于识别的临震标志,对这个范围内5级以下地震也有程度不同的前兆反应。提出了确定发震趋势方位和临震发震方位的应变模量图。用电子计算机对实测数据进行处理,可以求出震前主应力方向及计算应力值。观测实验证明,发震方位与主应力方向有一定对应关系。     

华北4次中、强地震前震源区及其附近应力场的变化

使用小震机制解资料 ,分析了 1975年海城 7 3级和 1976年唐山 7 8级强震及 1983年菏泽 5 9级和 1995年苍山 5 2级中强震前 ,震源区及其周围不同构造部位应力场的时、空变化 ,证实震前震源区附近应力场曾有某些异常改变 ,如唐山强震前震源区周围出现长达 4a多的小震机制解主应力轴一致性取向的现象 ,菏泽地震前小震机制解P轴“集中—转向” ,苍山地震前P轴偏转且一致性增强。同时还发现 ,唐山地震前应力场异常变化开始时间可能早于 1972年 ;震源区内的陡河台与源外区的昌黎台小震综合机制解反映出震前的受力差异 ;震源断层附近不同应力区内震源机制解和地震活动有时空动态差异。这些现象一定程度上提供了不同构造条件和应力背景下 ,中、强震前震源区不同构造部位力学状态的改变或地震孕育过程的信息 ,对研究不同地震的孕震过程及差异有一定意义。     

唐山地震孕震过程的数值模拟

本文用二维马克斯威尔粘弹性模型,模拟了唐山地震的孕震过程,探讨了唐山地震的力学背景与某些前兆异常的机理。研究结果表明:唐山地震震源体的形成可能是在定常边界力作用下,由于地壳介质的非均匀性,使弹性应变能在局部地区长期积累的结果。唐山断块区内可能存在坚固体所具有的高强度是造成应力差与应变梯度增大的决定因素,唐山地震前的许多异常现象与应变能积累到后期、地壳内发生岩石膨胀与断层蠕滑(相当于坚固体的软化)密切有关。     

最小主应力减小引起岩石破坏时中间主应力的影响

过去曾用常规的三轴试验机研究过减小围压引起的岩石破坏。这种实验的局限性在于中等主应力和最小主应力始终保持相等。本实验使用茂木的真三轴试验机研究了单独减小最小主应力引起的岩石破坏。发现岩石的强度、变形、延性和脆性等力学性质与常规实验有明显的差异。证实了茂木在增大最大主应力引起岩石破坏的一系列实验中阐明的中等主应力效应,在减小最小主应力引起岩石破坏的实验中仍然存在。