岩石破裂度MR及其在地震孕育演化研究中的应用

和比较逾渗模型对磁相变与岩石破裂过程的处理方法,深入探讨了逾渗模型处理岩石破裂过程的本质含义,指出逾渗模型处理的是联接性相变问题,它提供了临界点相变的一个简单图像和比较容易理解的途径。逾渗模型与临界点相变的经典模型之间的映像为研究许多现象提出了一种简便可行的方法。逾渗模型对岩石破裂问题的处理不仅仅是现象上的类比,也有其深刻的物理内容。在此基础上引入岩石破裂度ＭＲ的概念,进一步探讨逾渗模型用于岩石破     

逾渗模型的地震学含义

本文根据地震统计力学的结果从理论上讨论了逾渗模型的地震学含义,指出用这类几何相变模型研究地震破裂问题的处理方法不仅仅是一种唯象的类比,从其物理意义出发能够得到一些富有启发性的结果,并可在一定程度上明确逾渗模型应用于地震破裂和地震活动性研究的能力和限度。     

岩石破裂的两阶段模型

提出了岩石破裂的两阶段模型。在第一阶段，裂纹或局部的破坏是互不相关的，与以前含裂纹的负载相应，在岩石内随机萌生。随着岩石中损伤的累积，大丛集的空间上密集的裂纹和局部破坏区发育的可能性逐渐增大。在裂纹群扩展到足以形成更大一级破坏（第二阶段）岩石裂纹的地方先出现临界破坏密度。通过统计分析可知，空间上邻近的裂纹群内出现裂纹相互作用和协同裂纹时，裂纹群的最初发育是以业已存在的裂纹群中的随机变量为基础进行预测的。这样，模型中不稳定的第二阶段的开始可从随机的、不相关的破裂的产生中计算出来。本文提出的模型综合了固体强度的动力学概念（时间相关）岩石的分散等级结构及导致破裂增加的裂纹群。该模型的优点是对于包括地震过程在内的大范围尺度级别的破裂过程它都是正确的。引入了裂纹等级（裂纹大小）概念，提出了裂纹集结作用和破裂过程从一个级别向另一个级别的转变。     

破裂的定标律

早期的一些论文在很宽的尺度范围内讨论了破裂的标度问题。种种统计幂函数关系常常可以成功地用来描述碎块的大小分布及其形状，表明破裂具有一种标度不变的过程。但是，这是建立破裂形状对碎块大小分布的分数维没有任意影响的条件之下。对于岩石破碎破裂能量的新定标律，可由分形几何学概念及Ｇｒｉｆｆｉｔｈ能量平衡准则导出。     

不连续剪切带尾端张、压性效应有限元模拟及其构造特征的研究

本文利用二维有限元方法计算了由一条、二条和三条不连续的羽列断层组成的多组剪切破裂带模型。研究表明,不连续剪切破裂带在运动学性质上与单一剪切断层相类似,存在着作为剪切破裂带整体尾端的张、压性四象限分布的现象,它们是强相互作用的岩桥区物质发生变形弱化,剪切破裂带两侧块体作相对运动在尾端的调整产物;岩桥区的构造力学性质和物质的材料力学参数是影响剪切破裂带尾端张、压性区应力集中程度和范围大小的两个重要因素。最后结合实例讨论了张、压性区的构造特征和破裂方式     

岩石破裂强度的温度和应变率效应及其对岩石圈流变结构的影响

研究了温度和应变率对岩石破裂强度的影响,得到了岩石圈中一些典型岩石破裂强度的新的经验规律.新的经验规律除考虑围压和标本尺度的影响外,还考虑了温度和应变率的影响,并增加了新岩石的结果,所以更能反映岩石圈内岩石破裂的真实状态.通过对鄂尔多斯平均流变结构的计算和对比研究表明：传统的忽略脆性破裂的流变模型过高地估计了流变强度,流变机制的分布也不尽合理.而考虑了脆性破裂机制的流变模型的结果表明脆性区分为两部分,浅部以摩擦滑动机制控制,深部以脆性破裂机制控制.由于新的经验规律考虑的代表性岩石更全面,并考虑了应变率的影响,得到的脆性区的范围进一步增大,流变强度进一步降低.     

利用逾渗模型研究辽宁地区的地震活动

首先,我们利用现代非线性物理理论及震源理论建立了适合地震活动的逾渗模型。然后,我们利用这一模型,对辽宁地区１９７０年以来的地震活动进行了研究。通过对地震活动的逾渗相变过程中逾渗阈值附近的各种临界指数的计算,对破裂概率达到或超过逾渗阈值的子区域进行了讨论并对近期辽宁地区的地震活动趋势进行了探讨。     

三维破裂及其在地震和断层研究中的应用（综述）

文中提出若干断层破裂和震源过程的重要问题,包括断层分布的形态、震源多重事件的非共面性、震源迁移和动力来源等,这些问题用目前二维力学模型无法回答,只有用三维模型才有可能。综述了三维岩石断裂力学的实验和Ｇｒｉｆｉｔｈ－Ｉｒｗｉｎ理论研究的进展情况,指出三维破裂研究既包括三维裂纹的破裂,也包括无初始裂纹的Ｈｅｒｔｚ接触引起的破裂。总结了岩石三维破裂的特征,并简述了三维破裂在震源过程和断层形成问题研究中的一些证据和研究前景,认为一些地震前兆机理问题有可能在三维模型中得到解答。同时也讨论了三维震源与断层模型简化为常用的二维模型的条件。     

单轴压力下岩石破裂的初步研究

用几种不同加载方式对岩石样品进行了单轴压力实验。以恒定应变率(约为10^-5)对样品加载时,岩石的破裂过程大致可分成四个阶段:孔隙压缩阶段、弹性变形阶段、体积膨胀阶段和临震阶级。后二个阶段显著的特点是岩石开始表现出非弹性的体积应变并在主破裂前急剧增大,它与微破裂累积总数二者存在着同步的变化。在重复加载时,发现岩石的微破裂过程具有不可逆的性质,这种现象似乎可以用来说明同一地区短期内发生的两次地震的地震序列的不同,指出运用历史地震资料时应注意该地区应力变化的历史情况。     

地震活动的逾渗模型及临界状态的研究

利用现代非线性物理理论及震源理论,结合地震活动的特点,建立了地震活动的逾渗模型．把一次大地震孕育发展的过程看做一次逾渗相变过程,应用重正化群方法处理了逾渗相变．把逾渗相变中的相关长度为无穷大作为重正化群变换中的不动点,在不动点下计算系统的临界性质,得到了逾渗概率指数、相关长度指数等临界指数．利用1975年海城地震以及1976年唐山地震前后的地震活动资料,对两次地震的逾渗相变过程进行了讨论．      

Percolation and fracture

A statistical model of fracture, based on percolation theory, is presented which allows the quantitative evaluation of clustering of cracks in solids. Unlike models of branching processes which are more in accord with Griffith fracture, the concept of percolation lattices (finite and infinite) is used following from a physical model of multiple fracture.Some experimental results on acoustic emission, dilatancy and geophysical precursors of earthquakes can be correlated with the percolation fracture model. The model does not depend on the mechanism of crack formation, critical parameters being the number of elementary events (cracks), the dimensionality of the process and the coordination number for a network of cracks and, in finite systems, their specific size.Fracture prediction is possible from the number of elementary acts, cluster statistics and other characteristic parameters of the model. Possible applications of the percolation model for earthquake prediction are considered.     

岩石分形断裂的统计理论

本文研究了岩石分形断裂的统计理论.认为岩石断裂是岩石内部微裂缝成核、形成和传播的非平衡过程,导出了描述这个过程的微分方程.运用位错塞积成核机理,得到了岩石发生分形断裂的微裂缝大小的统计分布函数和平均长大速率.从理论上得出了岩石非弹性体积应变与微裂缝数目成正比,从而解释了实验室研究的结果.另外发现岩石的分维是决定岩石脆性的一个重要因素,分维值愈小,岩石愈脆.但岩石的分维值与岩石强度无明显关系.最后,从微裂缝大小的统计分布函数出发,导出了b值与岩石分维值的关系.     

一种基于逾渗模型的裂隙岩石渗透系数确定方法

针对裂隙岩体提出了一种基于双重逾渗模型的渗流系数分析方法。通过变参数研究,考察了岩体中渗流和孔压分布的不均匀;根据裂隙长度的不同将岩体分为孔隙控制渗流模式和裂隙控制渗流模式。这种模型不仅能够同时考虑孔隙和裂隙的作用,而且在模拟大规模裂隙网络时更加快捷简便。     

基于沉积过程的数字岩石建模方法研究

本文提出模拟地层沉积及成岩过程的矿物沉积算法,建立数字岩石模型,并通过对比Micro-CT扫描图像和数值模型的局部孔隙度及平均渗流概率函数分布特征,评价建模的准确性.结果表明,由二维扫描提取的粒径信息作为输入参数,模拟矿物沉积过程建模得到的三维数字岩石模型,能够准确重构原始岩心的非均质性及渗流特性,成功应用于泥质砂岩、碳酸盐岩、页岩等存在多矿物或多尺度孔隙的数字岩石建模中.数字岩石物理是正在兴起的重要技术.数字岩石采用超高分辨率先进成像装备,采集和表征微纳尺度岩石结构,在岩石弹性、电性、核磁、渗流特性等数值计算中发挥重要作用.但是,由于三维直接成像在有限视域内难以表征足够的岩石非均质性,提取二维结构统计特征,利用统计或地质过程法重构具有代表性的三维岩石结构成为十分有价值的研究课题,而且,对业界大量存在的岩石薄片及电镜高清二维图像的深度开发应用也具有重要的现实意义.本文发展的新方法,复原沉积过程,较好地解决了孔隙尺度岩石物理定量研究中数值建模与理论计算的技术瓶颈.     

Network properties of a two-dimensional natural fracture pattern

The influence that fractures exert on the permeability of a fractured rock is, to a large extent, controlled by the nature of the network formed by the fracture system. Here, the network properties of a two-dimensional natural pattern, mapped from the surface of a sandstone layer, are investigated and compared to those of realizations of spatially randomly distributed line segments with similar orientation and length distributions and line segment density (line length per unit area) to the natural pattern. These patterns are composed of clusters of varying size and shape, made up of interconnected fracture traces or line segments. Comparing the natural pattern with the realizations, the natural pattern was found to contain roughly half the number of clusters while the mass (total line length) of the largest cluster is approximately double that of the realizations. The size of the largest cluster controls the connectivity of the patterns, as can be seen by comparing the largest cluster of the natural pattern, which connects all four sides of the region, with those of the realizations, which are unconnected or connect only two sides. Cluster scaling characteristics were found to be similar in the natural pattern and the realizations and show a crossover from a dimension of one (their topological dimension) to two (the dimension of the embedding medium) at a point that corresponds to the fracture spacing. An investigation of the self-similarity dimension, using the box-counting method, showed similar characteristics with a broad transition zone between one- and two-dimensional behaviour at smaller box sizes. The patterns are therefore found to be non-fractal. The effect of the spatial distribution shown by the natural pattern is thus to modify the manner in which fractures are distributed among clusters, increasing connectivity (and permeability in the case of open fractures), but does not affect the cluster scaling characteristics or the self-similarity dimension of the fracture patterns.     

Fractures: Finite-size scaling and multifractals

The distributions of contact area and void space in single fractures in granite rock have been determined experimentally by making metal casts of the void spaces between the fracture surfaces under normal loads. The resulting metal casts on 52 cm diameter core samples show a complex geometry for the flow paths through the fracture. This geometry is analyzed using finite-size scaling. The spanning probabilities and percolation probabilities of the metal casts are calculted as functions of observation scale. Under the highest stresses of 33 MPa and 85 MPa there is a significant size-dependence of the geometric flow properties for observation scales smaller than 2 mm. Based on this data, the macroscopic percolation properties of the extended fracture can be well represented by relatively small core samples, even under normal stresses larger than 33 MPa. The metal casts also have rich multifractal structure that changes with changing stress.     

地壳岩石的渗透性状及孔隙水对岩石力学性质的影响

本文概述地壳岩石渗透性状和孔隙水对岩石力学性质影响的研究现状及已取得的成果;指出孔隙压的形成及分布,孔隙度、渗透率与孔隙压的关系。孔隙压的有效应力,孔隙压对岩石形变。破裂机制的影响以及从断裂力学观点考察孔隙压的作用等系今后该领域研究的主要课题和发展方向。     

Appropriate Domain Size for Groundwater Flow Modeling with a Discrete Fracture Network Model

When a discrete fracture network (DFN) is constructed from statistical conceptualization, uncertainty in simulating the hydraulic characteristics of a fracture network can arise due to the domain size. In this study, the appropriate domain size, where less significant uncertainty in the stochastic DFN model is expected, was suggested for the Korea Atomic Energy Research Institute Underground Research Tunnel (KURT) site. The stochastic DFN model for the site was established, and the appropriate domain size was determined with the density of the percolating cluster and the percolation probability using the stochastically generated DFNs for various domain sizes. The applicability of the appropriate domain size to our study site was evaluated by comparing the statistical properties of stochastically generated fractures of varying domain sizes and estimating the uncertainty in the equivalent permeability of the generated DFNs. Our results show that the uncertainty of the stochastic DFN model is acceptable when the modeling domain is larger than the determined appropriate domain size, and the appropriate domain size concept is applicable to our study site.