地应力对裂隙岩体渗透特性的影响

提出了地应力场中岩体不连续面变形的本构关系，讨论了渗流与应力耦合条件下裂隙岩体渗透张量的计算方法，阐述了地应力对裂隙岩体渗透特性的影响．研究表明，地应力对岩体渗透特性的影响主要是通过改变不连续面的开度和不连续面网络的水力传导路径而产生的；裂隙岩体渗透性随岩体埋深的增加呈负指数减小，随侧压系数的增大呈双曲线减小．渗流场与应力场的耦合理论可望应用于水库诱发地震的研究中     

粘弹性介质中初始构造应力对钻孔应力相对测量的影响

讨论了在粘弹性介质中用长圆筒式探头测量地应力相对变化时初始构造应力对测量值的影响．用地层、水泥环和探头圆筒组成的三层线性粘弹性介质模型来模拟整个测量系统，利用对应原理得到了在初始构造应力作用下探头内壁径向位移解．计算表明；① 初始应力的影响表现为探头内壁径向位移随时间逐渐增大，但其增长率逐渐减小，最终达到一恒定值；② 对于地应力变化量的测量结果来说，如不考虑初始应力的影响，则将在地应力变化量上引入主应力大小为(c0+c1e－1t+c2e－2t)io、方向与初始主应力相反的误差．其中，c0，c1，c2和1，2只与地层的力学性质有关，io(i=1，2)是初始构造应力的两个主分量．最后指出，在地层比较软和初始应力比较高的情况下，初始构造应力对地应力相对变化的测量有相当大的影响.      

成层自重弹性-粘弹性半空间内膨胀源引起的地表形变和重力变化s

研究了两个弹性层覆盖于一个Maxwell半空间模型内膨胀源(Mogi模型)引起的地表形变和重力变化．着重研究了数值计算方法和Maxwell半空间介质流变特性对地表垂直位移和重力的影响．研究结果表明，Maxwell半空间介质流变特性对地表垂直位移和重力的空间分布和量级都有影响，尤其当源处于岩石层的地壳以下时，介质流变特性对位移和重力有较大影响；当膨胀和岩浆侵入地壳内时，半空间流变特性的影响较小．并且，地表重力与垂直位移的比值不是常数，而是随时间变化．本文的模型和数值方法，可以用于模拟火山区、地壳隆起区、地震区和地热场等长期地表形变和重力观测结果．      

地球物理场中煤岩瓦斯渗流研究现状及展望

煤层瓦斯渗流是煤与瓦斯突出研究中的一个重要方面,由于煤层处于复杂的地质环境中,煤层瓦斯渗流必然受到地球物理场的影响.本文基于国内外煤层瓦斯渗流研究现状,综合论述了地应力场、地温场、地电场对煤层瓦斯渗流的影响,以及多场耦合作用下的煤层瓦斯渗流,并从实验研究、理论分析、工程实践论证相结合的角度,展望了该研究领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势.     

不同尺度下岩层渗透性与地应力的关系及机理

无论是地应力场宏观控制区域水文地质条件, 还是微观影响含水介质的渗透特性, 都有其深刻的内在发生机制, 生产实例和实验室试验表明: 在宏观地质大尺度下, 岩层以破碎、位移适应地应力场变化并为地下水的富集及运动提供场所, 地下水则以流动和压力传递来调整含水空间、扩张岩石裂隙实现流固宏观耦合, 尽管地质历史时期构造应力场经历多起叠加改造, 但形成区域主要构造骨架时的地应力场与渗流场具有相当的一致性, 主渗透方向与最大水平主应力方向一致; 在宏观地质中尺度下, 应力变化剧烈区、极低地应力区、应力集中区、剪应力集中区等往往与含水介质的主干裂隙相一致, 地应力均匀变化区则与基质的三重含水介质对应; 在微观地质小尺度下, 岩石空隙为三重孔隙介质, 包括基质孔隙、裂缝孔隙和管道状孔隙, 孔隙度和渗透率是有效应力的函数, 孔隙岩块的孔隙度和渗透率随有效应力的变化关系符合指数型数学模型, 裂缝型岩石宜用幂指数型数学模型描述, 毛细管型岩石则用二次抛物线数学模型描述较为恰当. 裂纹有效压缩系数、闭合压力计算揭示了裂缝性岩芯的渗透率和孔隙度损失较孔隙性岩芯损失大的机理, 裂纹有效压缩系数计算还说明同一介质渗透率变化总是大于孔隙度变化; 厚壁筒理论证实, 实验得出的毛细管型岩石孔隙度和渗透率损失与有效应力的二次抛物线关系正确.     

地下岩体应力场-渗流场-热场三场耦合作用的数值模拟研究初探

在地下岩体变形、地震的孕育与发生过程中,多种物理场、化学场是同时存在并相互影响的,其中应力场、渗流场和热场是其最重要的物理场.文中综述了近40年来地下岩体应力场-渗流场-热场三场耦合作用的研究现状,基于渗流场与热场、应力场与热场、以及三场耦合作用的研究,从场与场之间相互影响关系入手,综合分析了从以变量为媒介到以场为媒介,从松散耦合到强耦合,从观测统计模型到数值模拟的发展历程,并阐述了地下岩体三场耦合存在的问题和发展趋势.     

增强型地热系统热流耦合水岩温度场分析

增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,简称EGS)作为深层地热资源开采最有效方法已成为国际研究热点.其中多场耦合是EGS研究中的关键部分,但目前对最基础和最重要的热流耦合研究仍不充分,特别是对热流耦合下热传导过程和采热效率的研究还不透彻.本文构建了针对EGS单裂隙热流耦合的数学模型,模型主要控制热流耦合时水岩温度场的演化,以展现热流耦合下的热传导过程,并以此计算了裂隙宽度和裂隙水流速率对水岩温度场的影响,分析了裂隙特征对采热效率的影响.计算表明,在特定的开采条件下,都有相应的岩体温度场影响半径;热量从高温岩体传至裂隙流体的过程显示为进水口为低温区,以水流方向为轴,向两侧岩体对称展开的三角形热传导模式;裂隙宽度和裂隙流体速度对裂隙两侧的岩体温度场和采热半径产生明显影响,但裂隙长度总体上对采热率表现为正效应,而裂隙宽度和裂隙流体速度在一定范围内对采热率表现为负效应;裂隙宽度与裂隙流体速度对水岩温度场具有完全一致的影响效果.模型的对比验证确认了本模型的合理性和优越性.文中最大的创新点和亮点是首次推导给出了EGS热流耦合水岩温度场演化特征的简明数学表达式,另一亮点是基于岩体热传导系数来考虑耦合过程的热传导量.     

邢台震源区及相邻地区地壳上地幔速度结构研究

通过邢台震源区的两条相互垂直的折射剖面所揭示的壳幔速度结构和深部构造显示出的异常变化，Pg波在震区表现出随距离的强烈衰减；隆尧至太行山山前地带观测到21.0 km深度上的一组强反射，而通常以强振幅出现的Pm波在该段不明显．震区的下方及其西侧，地壳呈高低速相间的结构特征；上地幔顶部的速度由华北平原向山西高原递减．地壳厚度由华北平原向山西高原加厚了11 km．莫霍面在震区局部隆起．震区的超壳断裂和莫霍面不连续地段可能是岩浆入侵的通道和区域．上地幔的隆起和岩浆的侵入是形成震区异常壳幔结构和产生扩张盆地及发生邢台地震的主要原因．      

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。     

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明：当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。     

用双节点有限单元模拟渗流模型中的断裂与裂隙

将岩石结构力学中的三维节理单元的概念引入含裂隙系的渗流模型中,提出双节点渗流单元,用于模拟断层在地下岩体渗流场中的影响与作用,分析其物理意义,给出具体的单元渗流矩阵表达式     

电磁波层析成像——图像的一致性及地下水探测.

在井间电磁波层析成像中，发射机的原地辐射常数无法标定，且实测量中包含着感应场的影响．因此，由常规图像重建方法得到的吸收系数分布仅为相对量，直接影响着连续剖面图像的一致性．本文给出了计入感应波动场影响的正演公式，提出了计算原地辐射常数E0值的交替追赶方法，开展了水中标定试验和岩性测试，对EW-1和JWQ-3型仪器的标准读数给予了准确定义，并就频率规范和连续剖面的边界光滑问题进行了探讨．探测内蒙古唐公塔地下水的连续剖面得到了一致性良好的层析图像，吸收系数的绝对数值合理可靠，与岩样测试结果相吻，较准确地找出了含水层的深度、延展方位及含水程度，指导找水取得成功．      

岩体结构面动态剪切试验研究现状评述

针对岩体结构面动态剪切问题,总结了国内外能用于测试岩体结构面动态剪切强度特性的直剪试验仪和相关室内试验研究现状:目前国内外能用于测试岩体结构面动态剪切强度特性的仪器不多,且仪器指标参数如剪切速率、法向应力加载条件以及试样尺寸变化范围等无法完全满足相关试验要求;对于剪切速率较低的定速率剪切试验,人工岩体结构面峰值抗剪强度随剪切速率的变化而变化,且变化趋势因结构面硬度等物理力学性质的不同而不同,变化幅度随法向应力的增大而增大、随初始起伏度的增大而增大、随循环次数的增加而减小;天然岩体结构面动态剪切试验较少,较高剪切速率和变速率剪切试验数据不足,未见尺寸效应和壁岩强度对结构面动态剪切强度影响的试验成果.研发新的岩体结构面动态剪切强度特性测试的室内试验系统是未来岩体结构面动态剪切问题研究的必由之路.     

云南禄劝地震余震分裂S波的变化<

从1985年云南禄劝MS6.1地震后桂泉台三分向数字记录中分析出了S波分裂．100余个余震的S波分裂参数随时间的变化分为局部应力时段和区域应力时段．在局部应力时段，似乎是两个交叉约50～60的直立平行裂隙系对S波传播施加影响，局部应力略强于区域应力．随着余震活动逐渐趋于平静，局部应力减弱或消失，恢复到区域应力状态．分裂快速S波偏振方向及其时段变化，与震源机制独立测出的震源主压应力轴方位变化完全相同，说明S波分裂是应力场所控制的EDA裂隙各向异性的效应．分裂慢速S波的延迟时间，除了在两个时段的差异外，还发现在两个时段内强余震前后变化的例子，震前在数小时之内上升，震后在数日之间下降．      

地震前兆场物理模式与前兆时空分布机制研究(一)——坚固体孕震模式的由来与证据ns 100% secura

首先针对地震前兆场物理模式建立 项目的需要，阐述了该项目的研究思路与必须研究的若干科学问题，强调了强震孕育条件与过程的研究是其中的核心．文中先对笔者80年代提出的坚固体孕震模式的由来与发展作了概述；进而从深部构造、力学分析、破裂实验三个方面论证了该模式的合理性．从华北北部层析成像研究结果看出:强震震源都分布在高速块体内，或高速块体与低速块体接触地带，但偏于高速体一侧．通过硬、软包体力学模型研究，确认:硬包体(即坚固体)是大量应变能高度集中的重要条件．岩石失稳条件的理论与实验研究一致表明:只有震源体的刚度大于环境刚度时才可能导致岩体失稳、突然破裂与应力降的产生．      

地震动反应谱与相位差谱的关系

研究了地震动相位差谱与反应谱的关系，从中发现相位差谱通过影响单自由度体系反应时程的形状来影响地震动反应谱．在相位差谱均值一定的前提下，减小其方差将使反应谱增大，反之将使反应谱减小．在相位差谱方差固定时，增大其均值的斜率将使反应谱值减小，反之将加大反应谱．相位差谱作用于反应谱时阻尼在其中起着重要作用，随着阻尼的增大，相位差谱对反应谱影响越来越明显．阻尼的增大使得相位差谱对放大倍数谱的影响逐渐减小．      

初始地应力场分析方法的研究

岩体初始地应力场是地震预测和岩体工程设计的重要依据之一,根据实测地应力资料,采取一定的数值分析方法,反演出整个计算区的初始地应力场。本文综述了国内外地应力场的研究现状,介绍并分类归纳了几种典型的地应力场研究方法,并对每个方法的适用范围进行了评价,对以后地应力研究的发展方向提出了建议。     

北京－丰镇DSS剖面S波资料的解释和推断

利用北京——丰镇及其邻区三分向宽角反射/折射DSS剖面(总长340.0 km)所获信息和利用数字处理技术,充分识别、提取了地壳和上地幔顶部的多种S波折射、反射震相(波组)．结合P波解释结果,计算了包括S波速度vS和泊松比在内的二维物性结构,并综合近垂直反射、地质及其它地球物理等资料,给出了该区内深部构造轮廊和相应的解释推断:该剖面的地壳厚度由东边顺义的35.0 km左右向西呈增加之势,至丰镇以东为42.0 km左右,壳内于延庆以东的下地壳和延庆至涿鹿间的中地壳以及天镇以西的上地壳内各存在一低速体;地壳中由东向西有一厚约5.0～9.0 km的壳幔过渡带;大部分地区上、中地壳的值为0.25,下地壳的值一般为0.27,上地幔顶部的值为0.28．表明了该区上、中地壳整体呈脆性,下地壳和上地幔顶部整体呈塑性的特征;延庆至涿鹿间,上地壳的低值,可能反映该处岩体裂隙(孔隙)发育且呈干燥充气状态,而中地壳的高值,则可能反映该处岩体充液(或呈部分熔融状);根据震相特点、值的横向变化特征,确定了该区数条深部断裂．地震大多发生在断裂附近,即值显著变化处,并集中于值较低一侧的脆性岩体中．      

壳内流体演化及地震成因(三)

根据对地壳和上地幔电性结构的研究，提出了地下岩体势能-动能转换地震成因学说．此学说不仅认为地下岩体间弹性应变能的积累对地震的孕育非常重要，而且认为地壳岩体重力势能和深部流体演化对一些地震的孕育和发生起了关键作用．本文根据前两篇文章(徐常芳，1996a，b)提出的依据，建立了拉张盆地地壳电性结构及流体演化模型，并据此对历史和现今大量地震过程中出现的异常和地壳排气现象进行了解释．      

引发1966年邢台地震的地热涡分析

以大范围地温场为背景，结合中小尺度地温场的演变，讨论了1966年邢台地震的发生过程．指出:对邢台地震的４个地热涡的合并及合并后的加强是引发此次地震的基本原因之一．值得注意的是，对有些地震前兆（如地温），并非距震中愈近愈清楚．强调对时空连续变化要素的长期监测和综合分析是地震预报工作的当务之急．