利用岩石声发射活动性的应力履历效应估计地壳应力

引言 岩石的声发射活动性能够“记忆”岩石所受过的最大应力,这种效应称为凯赛效应。它是Kaiser,J.1953年在金属材料的拉伸试验中首先发现的。后来Goodman(1963)、金川忠等(1977)在岩石压缩试验中也证实了凯赛效应的存在。金川忠等(1978)认为,利用定向钻孔岩芯制备的定向试件声发射活动性的变化,可以确定地壳应力状态。这个应力状态与同一地点的套芯法和水压致裂法原地应力测量结果相比较,有可能估计测量地区应力状态的变化趋势。这对于判断天然断层的稳定性具有十分重要的意义。这个     

用孔壁崩落法测定冀中平原地区地壳应力方向

本文叙述了孔壁崩落应力测量方法。分析和讨论了冀中平原地区的10口深孔地层倾角和四臂测井资料,得出该地区的孔壁崩落的方向是V12°W。由此确定的最大水平主应力方向为N78°E。此外,还与其它几种应力测量方法所取得的结果进行比较,表明具有良好的一致性关系。最后根据在冀中平原地区所取得的应力方向的结果,说明该地区应力方向是受着同一构适应力场的作用,其动力源是来自太平洋板块向西俯冲的结果。     

唐山地区地壳裂隙各向异性

根据相关函数分析方法，利用唐山地区强地面运动数字台网的资料，进行了剪切波分裂的分析和研究，讨论了唐山地区的地壳中的裂隙各向异性.在1982——1984年的3年里，流动台网中所属21个台站中的16个台站记录到可供研究的地震事件．通过对131个有效记录的计算和分析，得到了唐山地区剪切波分裂的慢剪切波时间延迟和快剪切波偏振方向Paz，并进而计算了该地区的裂隙密度．分析表明，唐山地区的应力场非常复杂，有很强的局部区域特征．由于复杂的断裂分布，16个台站呈现不同的剪切波分裂特征，值分散，Paz各不相同，并且在不止一个台站上观测到以小时为时间间隔的尺度下，和Paz同样是离散的．通过计算，唐山地区，Paz和的平均结果分别为0.007 1 s/km、100和0.022．      

应力历史与岩石声发射关系的实验研究

本文从实验角度对岩石声发射的凯塞效应进行了研究,研究工作分三个方面1°应力水平对凯塞效应的影响;2°蠕变—疲痨对岩石变形的加速作用;3°高应力下应力作用时间对凯塞效应的影响,实验证明:低应力下岩石凯塞效应清晰,当应力升高,岩石发生体积膨胀以后凯塞效应变得模糊起来,实验对产生这一现象的原因进行了研究.并证明经过适当处理后使记忆效应保持清晰是有可能的.     

根据钻孔崩落椭圆确定唐山地区深部地壳应力方向

本文论述了钻孔崩落椭圆与地应力之间的关系,指出崩落椭圆的形成,是由于孔壁附近应力集中而引起的崩落现象,其长轴方向与最小水平主应力方向相平行。 根据在唐山地区2000—4000米深度范围内的三口石油钻孔中的测量结果,得出钻孔崩落椭圆的平均长轴方向为 N 7°W,由此确定的区域地壳最大水平主应力方向为 N 83°E。 最后,我们把钻孔崩落椭圆的结果同该区的震源机制、地应力解除和水力压裂的结果进行了比较,表明均具有良好的一致性。     

唐山地区深部应力测量

在唐山东约20公里的东矿区黄坨苗圃356米深钻孔中,在300米以上深度成功地进行了11次水压致裂应力测量,取得了主应力大小及其方向随深度变化的资科。测量结果表明,现在唐山地区的应力水平很低,在接近300米的深度上最大水平主应力仅7.8兆帕,最大水平剪应力值也仅1兆帕。最大主应力方向在180米以上变化较大,180米以下的三次测量结果一致性很好,最大主应力方向为北81°西到北86°西,与华北地区应力测量的总体方向是一致的。文中还将水压致裂应力测量的结果与应力解除与用声发射凯塞效应法测得的结果作了对比。     

岩石在不同应力条件下的声发射

本文比较了岩石在不同应力条件下的声发射,发现岩石受引张或张剪应力作用与岩石受压剪应力作用相比,出现声发射时的作用应力与破裂强度的比值不同。在引张或张剪应力作用下,直至作用应力达到破坏应力的百分之九十时,才有声发射出现。在压剪应力作用下,不管采用何种应力途径,只要有应力变化,就有声发射出现。如果认为声发射幅度仅由应力条件和破坏尺度决定,上述不同应力条件下的声发射特点,可能对应着不同类型的地震。引张或张剪应力条件下的大震。可能完全没有微震前兆。     

不同应力变化过程岩石的声发射q值

在单轴应力条件下对不同应力变化过程岩石的声发射b值或m值进行了研究。所用的岩石为济南辉长岩和房山大理岩。实验的方式有三种:(1)重复加载实验;(2)递增加载实验;(3)应力增减实验。实验表明,应力减小过程的声发射b值比应力增加过程的声发射b值低。重复加载时声发射率显著下降但声发射b值变比不大,声发射b值对岩石的应力历史的记忆效应也不及声发射率的记忆效应明显。     

确定岩石中先存应力状态的声发射法

对经过三向预加压的石灰岩试件所进行的试验研究表明,其声发射活动的特点与单向受力时的情况完全不同。此时,在一个试件的一次加载过程中会出现两次Kaiser效应,分别对应于载荷达到预加压时所施加的轴压与围压值之时。利用回归分析的方法来处理试验数据,可以使声发射活动对应力的响应关系用三条回归直线来近似。这三条直线的两个交点所对应的应力值,可以确定出预加压时岩石试件承受的应力状态     

地壳中的负荷应力

本文给出由于地壳莫霍面起伏及地壳外动力作用产生的一种负荷均衡应力的计算。计算结果指出,这种负荷应力在某些地壳类型地区会产生数量可观的壳中应力,因此不容忽视。根据我国在华北地区进行的一系列地壳测深结果,发现华北地区莫霍面存在一系列近似正弦波型的起伏,波浪起伏的埋藏深度为-30至-40公里左右,幅差约10公里,波浪起伏单元的构造宽度为50至100公里左右,波浪构造的长度为百公里以上,面积为数千至万余平方公里     

不同应力途径三轴压缩下岩石的声发射

在不同加载方式的三轴实验中,观测了济南辉长岩和北京昌平花岗岩的声发射(围压达1.3千巴).当最大主应力增加使岩样破坏时(A型),平均声发射率逐渐增加,离破裂强度约几百巴时声发射急剧增多.而当岩石处于一定的高应力状态,通过减小围压使岩样破坏时(B型),声发射的急剧增加仅出现在离破裂差应力20-30巴的情况下,而且这种破裂过程声发射总数只有 A 型的1/3左右.在 B 型加载情况下,从应力场的球张量部分(流体静压力)来看,是一个卸载过程,而从偏张量部分来看,是一个加载过程.这种卸载过程的存在很可能是造成声发射不同特征的主要原因.     

地壳应力观测与研究

概要介绍了全球地壳应力观测与研究的新进展,重点阐述了深部地应力测量研究的现状和测试方法以及用于地震观测和工程监测的地应力测量新技术,并分析了我国地应力测量及研究工作与国际上存在的差距,以期引起人们对这一问题的关注。     

声发射与地震

近年来,在各个领域都在研究声发射现象,并已引起人们的注意。实际上,这种现象早就以各种完全不同的思路、在不同的领域进行过研究。1960年,笔者开始从实验地震学的立场,以不同于国内外研究的方式,测定岩石及其他不均匀固体材料在加力情况下发生的微破裂振动。地壳(地球表层约30公里的部分)是构造不均匀的材料,它因为受力而发生局部破裂,从而引起地震。因而,向这类不均匀材料加力时发生的微破裂振动,可以说就是人工地震。这种地震的发生方式,在一些重要之点上,与我们过去在自然界观测到的地震是共同的,所以,如能有效利用实验研究可以自由控制各种     

用改变原长的加力方式测定地壳绝对面应力

本文研究用改变探头加力体原长的加力方案来改变对井壁施加的面应力，以测定改变加力后的面应变固体潮，用测出的面应力和面应变固体潮的数值来求定测点水平地层的绝对面应力。     

三轴应力下花岗岩声发射P波Q值的变化

50×50×100mm3盈江花岗岩样品在σ3=30MPa、σ2=60MPa时增加σ1直至破裂,用波传播和谱振幅比法测定破裂孕育过程中σ3方向和σ2方向声发射P波Q值。结果表明:1.在σ1<0.07σ1P(最大破裂压强)时,σ3、σ2方向都保持高值,在0.2σ1P≤σ1≤0.551P期间,两个方向的Q值呈现出比较平稳的状态,其平均值Q3大约10至20,σ2方向Q2大约20至30。在σ1>0.55σ1P后,σ3方向Q3值起伏增长较大,而σ2方向Q2值仅在σ1>0.7σ1P后,才起伏增长,幅度不如σ3方向大。2.随压力的增加,在σ3、σ2两方向,低频成分明显加大。3.当σ1>0.951P后,出现一种记录畸变现象,对同一源点声发射,从沿同一方向两道记录上看出,早到波形振幅小,而晚到波形其振幅反而大     

声发射矩张量反演

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发射波长,且声发射由微破裂产生,声发射源的尺度很小时,P波矩张量反演可采用远场近似.本文首先针对声发射的特点,实现根据远场P波反演声发射矩张量的算法,并通过人工声发射实验对算法的正确性和可靠性进行了检验.最后,用声发射矩张量反演方法对花岗岩单轴压缩实验的声发射源特征进行了分析.结果表明：对于纯剪切破裂模式,声发射矩张量反演可得断层面;对于非纯剪切破裂模式,如纵向挤压导致的横向张性劈裂,由于存在多解性不能得到断层面,但可通过矩张量的迹区分破裂模式.     

天山地震带地壳应力状态

地球动力作用取决于地球内部因素，但对某些地质原则问题（例如，构造现象的全球特征和同步性并未能很好地解释）。所以，为了论证这些作用，许多学者提出了第二种假说－宇宙能源对地球的作用。宇宙因素加入了地球内部能量形成过程，在地球内部随时间积累起来的能量只引起较小的应力，这些应力加上地球内部应力继续快速作用，对构造活动韵律起调速作用。对于月球，构造作用力是被动的，宇宙力在现代断层形成时起主要作用。本文研究了     

地壳不同深度温压条件下花岗岩变形破坏及声发射时序特征.

不同深度温压条件下的三轴压缩实验结果表明,花岗岩强度随深度持续增加直至30ｋｍ左右．在地壳浅表部位,岩石破坏表现为低压突发或准突发失稳,破坏前后有分布大体均匀的声发射（acoustic emission,以下简称AE）事件发生;向下进入以渐进式破坏为特征的深度范围时,破坏前基本没有或仅有很少的、随时间逐渐稀疏的AE分布,破坏后也仅有极少的AE被记录到;在更深的以高压准突发失稳为特征的深度范围,破坏前依然AE极少,但破坏后伴随不等周期粘滑应力降的产生而有较多的AE被记录到;在更高的温压条件下（约26ｋｍ）,破坏形式为高压突发失稳,破坏前即有逐渐密集、累积频次呈指数增加的AE活动;在35ｋｍ 深度附近,岩石强度急剧降低,样品表现为半延性、延性渐进式破坏,无AE记录．声发射b值随深度增加似有减小的趋势,并且b值在岩石破坏前略小于破坏后．声发射时间序列奇异性强度因子的数值分布范围在18ｋｍ 左右深度的温压条件下最宽,表明其标度类型最多,结构最为复杂、无序;在浅部及更深部位的温压条件下均变窄．因而,当温压条件模拟真实的地壳深度向下改变时,微破裂时间序列奇异性强度因子的分布范围可能会经历由窄变宽、再由宽变窄的变化过程．     

地壳水平应力与垂直应力随深度的变化

地壳上部的应力特征 1958年,瑞典学者哈斯特首次报道了采用套心法在瑞典等地测量地壳应力的成功试验。随后,他在欧洲、非洲等地进行了测量,试验证明,这种方法是可靠的。哈斯特对各地测量结果进行了统计分析,发现地壳中的水平应力大于垂直应力,某些地区甚至大于垂直应力几倍到十几倍。这一结论与当时流行的传统观点恰恰相反。因此,学术界对这一发现产生了强烈反映。