矿山地震中流体的作用及其对构造地震成因的启示

在构造地震的成因研究中,流体的作用日益显现并受到越来越广泛的重视.最新的理论认为,根据矿山地震与构造地震的相似性,利用瓦斯和CO2等流体在矿震发生过程中的作用研究,有可能找出流体对矿震成因的作用证据,从而为大地震成因研究提供中尺度实验依据.     

矿山地震与瓦斯突出的相关性及其在震源物理研究中的意义

介绍了矿山地震与瓦斯突出等煤矿灾害及成因, 并通过若干煤矿瓦斯突出和矿山地震的同震现象,论述了这些灾害在动力过程中的内在关系.这些震例表明,在高瓦斯煤矿, 矿山地震与瓦斯突出存在密切的相关.认为较大矿震伴随瓦斯的低值延时响应可能是瓦斯突出的预警信号.从矿震定位、震源机制、矿震成因、瓦斯突出条件等分析了矿震与瓦斯突出相关的机理. 进一步介绍了瓦斯流体对矿震的触发作用,尤其超临界流体的特殊性质在矿震发生中的重要作用.依据矿震与构造地震在机制方面的相似性, 讨论了上述结果在震源物理研究中的意义.      

不同距离力源作用下脆性破裂的稳定性和止裂

根据断裂力学的原理, 提出了脆性破裂的止裂准则, 给出了最小止裂方程. 利用Erdogan的集中力的零频Green函数解, 分析了点力和简单分布力的位置对脆性破裂的稳定性和止裂的作用, 给出了若干典型条件下临界载荷、 失稳边界线、 止裂点的计算结果. 近距离力源引起的稳定性破裂, 对于解释一些蠕裂和构造的形成是有意义的; 不同距离力源引起的失稳破裂, 对于解释不同震级地震的发生和停止是有意义的. 强地震的发生有可能是远场力与近场力各种复合作用的结果. 本文的结果对于认识诱发地震的力学机制也有重要意义.      

岩石破裂中的电声效应

利用１６通道高速数据采集系统及三分量声发射换能器对多种岩石样品在单轴压缩及双剪破裂过程中产生的电磁辐射（ＥＭ）和声发射（ＡＥ）及其相互关系进行了实验研究．结果表明,岩样尺寸和岩石矿物成分对电磁辐射的产生及其特性都有较大影响．ＥＭ与ＡＥ的关系具有多样性,既有伴随ＡＥ出现的ＥＭ,还有不伴随ＡＥ出现的ＥＭ．这表明除微破裂产生的电磁辐射外,可能存在产生电磁辐射的非破裂机制．     

强地震前兆低频波的实验研究

声波透射实验表明，对于板状材料，声音的一部分能量可以透射到空气中。另一部分能量在板中产生简正波，使板产生较大的振幅，在空气中产生能被话筒接收到的声音信号，而信号的简正频率与板的尺寸有关。另外，破裂过程中的声发射实验证实：随着微破裂的集结和裂纹的扩展，所辐射波的频谱会逐渐向低频移动，而且当频率很低时，可以透射出岩石，被话筒接收到。根据尺度相似性原理，推广到野外，强地展前破裂集结可能会辐射出超低频波，这种超低频波不能被常规的地震仪记录到，但可以被超低频传感器或次声接收器记录到。在地震前，产生前兆的源非常复杂，大多数情况下可能并非脆性破裂，而是塑性蠕滑或者有流体的参与。而后两种情况产生的波的周期会更长，而且缺乏脆性破裂所固有的高频成分，这可能就是多数地震前缺乏前震的原因。     

关于中国地震孕育和前兆机理研究的讨论

地震预测研究面临低水平的预测与政府和公众的高期望值的矛盾。加强机理研究是根本出路之一。地震前兆观测属于广义地球物理反演,它不应照搬地球物理勘探的现成方法,而应找出新的思路。中国与美国、前苏联和日本等国家地震发生的构造背景不同,应发展适合中国大陆地质条件的震源物理理论和方法。地震前兆机理研究存在３个完备性问题：①地震前兆存在性与不存在性的正反两个方面的论证;②前兆物理量的可测性论证;③实验模拟条件的相似性论证。这３个完备性是判断该研究是否成熟的重要标志。地震预测实验场的设立,不宜采用无把握的“守株待兔”的办法。建议将实验场设立在必然有多次发生诱发构造地震可能的矿山或大型水库。     

1995年神户地震震源区层析成象:是否在震源区存在流体的证据?

对1995年1月17日日本神户的M=7.2地震震源区的地震成象显示,存在一个覆盖约300 km~2,地震波速出现-5％的低值,而泊松比出现+6％的高值的异常区,这个异常可能是由存在过压的、流体充填的和断裂的基岩所引起的,这种岩体导致了神户地震的发生。     

单轴压缩条件下房山花岗岩超声波速度成像实验研究

在实验室对房山花岗岩进行单轴压缩加载,通过布设在岩石四周的26个超声波探头,在不同变形阶段,观测了岩石的超声波速度,反演了P波速度结构。速度成像结果显示,在压实和线弹性变形阶段,P波速度逐步全局升高。最终失稳破裂前,高速区域范围逐渐收缩,同时,形成条带低速带,最终失稳破裂发生在低速带上。      

HRT地震前兆波及其机制

PS-100仪器是我们研制的抗干扰性能极强的、新一代高精密度地电测量系统.设在川滇地区的一个PS100台网于苏门答腊海啸大地震前记录到HRT前兆波动.本文将主要分析报道来自震源区的这种前兆波,特别是其传播特性.潮汐力驱动的谐和振荡波（HT波）具有与潮汐力相同的周期（如MS_f,K₁,M₂等）,但其振幅却仅在震前（约3个月）才出现异常增大;潮汐力驱动的共振振荡波（RT波）,出现主震前2天（北京时2004-12-24的10时）,RT波分为纵波与横波.初步确定其纵波波速V_l约为307 km/h,横波波速V_s约为126 km/h.它们可能是在地壳多孔岩石孔隙流体中以声模式传播的一类波.对RT波,苏门答腊主震断层系统的固有周期T₀约为5~6 h,其幅度可达2.9%（超出观测标准偏差17倍）,成为极其显著的异常.RT波通常以突然急剧变化的方式达到其峰值.震源区多孔介质的固体基质骨架与其间孔隙流体的耦合振动满足共振条件时,即从震中区同时发射出（纵、横）RT波.苏门答腊M_w9.0级地震前首次记录到RT波,此后已在20余次强震前记录到HRT波.诸强震前所记的HRT波彼此可以很好地对比,表现出一定的重复性、一致性和规律性.汶川M_s8.0级地震前,当时唯一仍在工作的红格台（距震中465 km）,也记录到HRT波.我们还在震前发现红格台于2008年5月12日凌晨（0~5时）记录到与汶川地震有成因联系的、显著临震信息.（从2004年在川滇地区增设PS100台网捕捉地方强震的短临前兆开始,到汶川地震前发现红格台记录到临震信息的）这些事实有力地证明：HRT前兆波是客观存在的;地震,特别是强震是有前兆的;是可以预测、预报的,在不太远的将来,实现强震的短临预报是可行的.如果有一布设合理的PS-100台网,根据震前所记RT波,提前1~3天定量地预测强震的三要素是可能的.