1999年度中俄合作岩石破裂实验研究

１９９９年１１月～１２月,俄罗斯科学院圣彼得堡Ｉｏｆｆｅ技术物理研究所Ｖ．Ｓ．Ｋｕｋ－ｓｅｎｋｏ教授等专家应邀来华,与中国地震局地球物理研究所和中国科学院地球物理研究所合作,在震源物理实验室开展分米级尺度岩石破裂实验研究。实验中采用了ＳＤＡＥ－８型系统,进行声发射地定位和实时显示。实验采用了多种典型构造模拟和加－卸载方式,取得了丰富的成果。该实验开辟了国际间实质性合作的新途径。     

三维初始破裂的理论与实验研究及其在解释断层现象中的意义

简述了受压表面(半椭圆)裂纹的三维破裂实验结果,并对三维破裂的应力判据理论进行了研究。对弥合初始破裂的方法进行了改进。指出Palaniswamy和Knauss提出的极值(EV)方法存在重要缺陷,主要是只考虑了两个欧拉角(2EA),忽略了第三个欧拉角的变化。如果将三个欧拉角(3EA)全部考虑进去,其弥合效果会有质的变化,能够弥合成实验观测到的曲面,而不是平面。提出了法向矢量法(NSDV),并证明和3欧拉角法(3EA)等效。证明法向矢量法(NSDV)可以进一步优化为求最大主应力的主面集合法(CFPDP)。用主面集合法的计算结果可以很好地弥合已有的三维破裂实验中观察到的初始破裂曲面。主面集合法可以用于椭圆裂纹模型弥合埋深断层的滑动段破裂。三维破裂研究的结果,可以用来解释地震断层中大量的跨尺度破碎现象,解释板缘断层在低剪切力作用下地震的发生以及孕震过程中EDA(张性扩容各向异性)裂隙引起的介质各向异性机理。     

由动态裂纹退化得到的静态裂纹解

用一个二维裂纹沿自身所在的平面扩展, 作为断层的模型。在Kostrov(1975)的经典模型(线弹性断裂力学模型)的通解的基础上, 采用动态解退化的方法, 得到了三种类型的二维裂纹的静态解。本文采用的退化方法有两个便利之处:①对于三种类型裂纹的解, 可以用统一的方法求出: ②避免了采用物理意义不明显的位移势和应力函数。本文所得到的结果与以往作者采用对平衡方程积分变换得到的结果完全一致。本文说明:①静态解和动态解不可分割, 因为静态解同样具有持续时间的含义: ②临界裂纹的静态解与动态解需要满足同一组判定条件, 它的转化必须以某种形式的附加扰动为前提。因此, 在计算临界裂纹的起始破裂问题时, 必须给出一定形式的扰动量。      

由离散块体模型导出的旋转颗粒状子结构的非对称微极矩张量

使用离散刚性块体模型为单个滑动事件和多个滑动事件的平均值定义了非对称矩张量,用来说明颗粒介质的脆性变形。对于脆性地壳,颗粒被视为断层边界的块体。经过数次滑动事件,永久变形在块体的边界上积累。用两个独立运动来描述变形:块体矩心的局部相对运动和块体围绕自身矩心的局部刚性旋转。取一个体积内多个滑动事件的每个局部运动的平均值,将其定义为宏观变形和微旋转,其中宏观变形包括宏观应变和宏观旋转。分别由局部和平均运动定义不对称局部微极矩张量和不对称微极矩密度张量。本文提出的模型说明:(1)微极矩张量的对称部分取决于块体矩心的定容局部剪切应变或其平均当量——宏观应变;(2)反对称部分取决于被定义的客观量,像与矩心变形有关的旋转分量和局部块体旋转之间的差分,或者它们的平均当量宏观旋转和微旋转;(3)使用标准地震震源机制的微极反演,可以推断出微极矩密度张量的对称和反对称部分的标量幅度。3个区域的检验结果说明了与理论的一致性,但是确定性的检验仍然受到定量信息不充分或数据的分辨率不足等因素的限制。     

地震破裂的集结及其前兆意义

有关集结相的争论提醒我们需要重新全面理解nucleation的含义．Nucleation的本来含义就是突变过程的集结、成核、起始等,因而,需要研讨如何针对不同领域准确进行翻译．地震集结的基本含义,是指岩体内微破裂的集结导致局部弱化和岩体失稳．狭义集结理论对于解释断层摩擦行为有一定意义,但不应夸大其适用范围．从热力学的角度看,地震集结实际是岩体多种状态参量的变化过程,是跨多学科的研究课题．本文评述了损伤理论、断裂力学、地震破裂动力学和摩擦本构关系的研究,及其在地震集结问题中的应用．介绍了近期若干课题的进展,包括构造环境对地震集结过程影响的研究;利用波速各向异性,特别是剪切波分裂方法测量微破裂集结引起的介质各向异性研究,以及地震集结的辐射温度场的遥感接收的实验研究等．讨论了大地震集结的特征,以及上述研究在强地震前兆中的意义．      

应正确评估地震活动图像的信息量

1993年 ,Lockner[1] 在一篇有关岩石破裂声发射 (acousticemission ,AE)的论文中给出了微破裂与AE活动性之间一致性的结果。这项工作由国内的一篇综述性文章[2 ] 所报道。该有关报道是这样写的 :“……Lockner(1 993)还表述了他们关于微破裂与AE活动性之间一致性的看法。他们综合两种数据得出结论 ,认为所检测到的AE数目不到花岗岩样品中微裂隙破后数目的 1 %,暗示AE测量并未能完全表征破坏的全部过程。Lockner等人的上述工作被认为是美国该研究领域 1 991～ 1 994年期间最重要的进展之一 (Karatoetal,1 995)。”这段话和Lockner原文…     

滑动弱化模型下的库仑应力变化与远程触发问题

地震断层破裂在周围固体介质中能产生静态附加应力场.当依据库仑破裂准则和破裂模型推测构造应力变化,用以判断能否触发某处断层破裂时,这种应力变化称作"库仑破裂应力变化".一次地震产生的"库仑应力变化"被认为能影响下一次地震的发生.讨论了计算"库仑应力变化"所采用的不同模型,指出伏尔泰拉错动模型不能真实反映震源参数,因而所给...     

地震学百科知识(二)——震源物理(上)

1 震源机制(focal mechanism) 震源机制是指引起地震的震源处地球介质的运动或变形方式.通常所说的震源机制是指天然构造地震发生的机制. 20世纪初叶,人们根据地质和地形变的观测结果提出了构造地震的断层成因说.至20世纪中叶,对地震辐射的地震波的观测发现,初始P波的初动方向、振幅大小和初始S波的偏振方向和振幅大小等,在震源周围均呈现出4象限分布的特征.震源处分隔4象限的相互垂直的两个平面就是辐射P波振幅为零的节平面,但P波节平面处恰是S波振幅大的方向.接着,又发现辐射面波的强度也存在4象限分布特征.     

震源物理研究的回顾与展望

震源物理的研究是岩石力学、位错理论，断裂力学、电磁学和非线性动力学等学科的渗透与结合。地震的孕育、发生重复的动力学过程是震源物理研究的重要内容。     

高围压下岩石材料的断裂力学实验

近年来,岩石断裂力学理论和实验发展非常迅速、并在许多大型工程的设计与施工中得到广泛的应用.1988年关于岩石断裂韧性实验测试方法的国际标准也已正式公布(ISRM,1988).与此同时在地球物理学及地震学界,岩石断裂力学的研究工作也日趋增多.并取得了许多新的研究成果(Das,et al.,1986;Atkinson,1987).