汶川地震断层岩气体和液体渗透率实验研究

以N2和水为孔隙流体在20-180 MPa围压范围内详细测量了汶川地震断裂带断层岩的渗透率,并同时测量了作为参照的砂岩的渗透率.实验结果表明,气体和液体渗透率均随围压增加而幂次衰减.在相同围压和孔隙压条件下,N2渗透率高于水渗透率接近1个数量级.将Klinkenberg效应校正后的气体渗透率（绝对渗透率）与水渗透率进行了比较.对比结果显示,砂岩的绝对渗透率与水渗透率基本一致;但断层岩绝对渗透率显著高于水渗透率,表明断层岩气体渗透率与水渗透率之差别不能完全由Klinkenberg效应解释.对实验数据的拟合分析表明,滑脱因子b值与绝对渗透率kl存在幂律关系（b=λkld）.断层岩符合b=0.2×10–3kl–0.557关系（R2=0.998）,显示绝对渗透率在10^–16-10^–20 m2范围内,控制断层岩渗透率的因素是一致的.另一方面,断层岩的d值明显小于砂岩的d值,暗示二者的滑脱效应存在差异.分析表明,断层岩中的粘土矿物颗粒表面吸附水及粘土矿物吸水膨胀导致有效孔隙尺寸减小是造成断层岩渗透率显著低于绝对渗透率的主要原因.研究结果显示,对于富含粘土矿物的断层岩,经Klinkenberg校正后的气体渗透率与水渗透率并不一致,因此采用相应的液体作为测量介质才能够更为准确和真实地揭示地下流体的渗流状况.     

汶川地震破裂带断层岩纵波速度与孔隙度关系的实验研究

分布于地震破裂带上的断层岩具有高孔隙度的特征.该特点造成了其弹性波速度与结晶岩石和沉积岩存在明显的差异.确定断层岩的弹性波速度与孔隙度和矿物组成的关系对于利用地震资料探测深部断层和测井资料的解释至关重要.在10~600 MPa条件下,本文对地震断层岩的纵波波速（V_p）和总孔隙度（φ_t）进行了测量,并深入分析了V_p与孔隙度的关系.结果表明在10~600 MPa的压力范围内,V_p（p）随着压力的增高呈现对数增加,其增长率随着压力的上升而逐渐减小,遵从∂V_p（p）/∂p=a_v/p的变化规律.断层岩中的孔隙度随着压力的增高呈对数减小.与传统的认识不同,实验发现在压力高达600 MPa以上,大多数断层岩中仍然可以残留可观的孔隙量.分析显示V_p与总孔隙度及总粘土含量呈负线性相关.该发现有助于认识深部流体的活动通道特征,有助于理解断层带中存在大量粘土矿物、断层带内的物质可被大量带出、围陷波的形成等地质和地球物理现象.     

水库蓄水与断层带流体孔隙压时-空分布的数值模拟——以紫坪铺水库为例

通过对汶川地震破裂带上的断层岩及围岩的渗透率测量,获得了研究区岩石的渗透率随深度变化的规律。依据所得到的渗透率实验数据,数值模拟了紫坪铺水库蓄水所产生的流体孔隙压的时空分布。模拟结果显示,渗透率是否随深度变化,其流体孔隙压的模拟结果也相差很大。由于断层带具有高渗的特点,因此与水库底部存在水力联系的断层带及其宽度对流体渗透的模拟结果有明显的影响。断层带越宽,下渗作用越明显,流体孔隙压的分布与断层带的产状越接近。若断层带宽度为100~300m,2008年汶川MS8.0地震发生时,其震源区的流体孔隙压为0.1~0.15MPa,与库体载荷在断层面上产生的附加正应力相当。该模拟结果可以作为进一步分析汶川地震的发生是否与紫坪铺水库蓄水存在关联的重要约束。     

周期性层状介质中超声波传播的实验研究

实验研究了韵律层结构和超声波探测频率对弹性波波速和波形的影响。实验中所使用的超声波频率为 2 4 0kHz ,韵律层由不同厚度的钢板和有机玻璃板构成。研究表明 ,当λi/di<4 (i=1 ,2 ) (λi 为超声波在介质i中传播时的波长 ,di 为韵律层中介质i的厚度 )时 ,韵律层的波速近似等于 2种介质的时间平均速度 ;当λi/di>5 (i=1 ,2 )时 ,其速度开始显著地降低 ,并趋向于有效介质波速的Reuss下限 (VRp)。韵律层的结构对于透射波的波形有显著的影响。特别是当λi/di 接近于 6时 ,透射波波形非常简单 ,并且其透射波的振幅显著地降低。因此波形简单并不一定对应着简单的介质结构。由于弹性波在韵律层中的传播速度以及波形与探测频率有关 ,因此在利用地震测深结果分析岩石圈结构 ,推断其物质组成时应该充分考虑地震测深频率和地壳结构对分析结果的影响     

二元混合系的端元Sm—Nd模式年龄及在造山带基底研究中的意义

本文提出二元混合体系的端元Sm-Nd模式年龄的计算方法,利用该方法计算二元混合体系两端元的Sm-Nd同位素组成,二端元在混源样品中的重量百分比及地壳残留时间。借助此方法,笔者计算了东秦岭褶皱带基底的Sm-Nd同位素物质组成及形成时代,并讨论了其基底演化过程。研究结果表明,南、北秦岭褶皱带的基底在物质来源和形成时代上存在明显的差别。北秦岭褶皱带基底由 3000Ma和 608Ma两个端元混合组成;而南秦岭褶皱带的基底,则由 1700Ma和 989Ma两个端元混合组成。研究暗示了东秦岭褶皱带存在二次重要的壳幔分异事件,时间分别为989Ma和608Ma。     

岩浆岩源岩化学组成的计算方法

本文从理论上建立了利用部分熔融作用的产物－原生岩浆岩及所含残留包体的化学成分计算源区岩石化学组成的方法，两个具体计算实例显示，该方法是有效，精确和简便易行的。     

关于《二元混合体系的端元Sm-Nd模式年龄计算方法》几个问题探讨

关于《二元混合体系的端元Sm-Nd模式年龄计算方法》几个问题探讨杨晓松(中国地质大学地质系武汉430074)作者在《二元混合体系的端元Sm-Nd模式年龄计算方法》一文(下简称原文)中(杨晓松等,1993),提出了端元Sin-Nd模式年龄的概念及计算方法,其目的是解决模式年龄在解释时常遇到的困境(Arndt et al.,1987)。     

中地壳韧性剪切带中的水与变形机制

利用傅里叶变换红外吸收光谱仪（FFIR）,对红河断裂带早期左行走滑期间形成的中地壳韧性剪切带中的细粒长英质糜棱岩和条带状花岗片麻岩中的主要矿物石英、长石进行了水含量分析．红外吸收谱特征表明,石英和长石中的水以晶体缺陷水为主,并且含有颗粒边界水和包裹体水．其中,条带状花岗片麻岩中长石水含量为0．05—0．15wt％,石英水含量为0．03～0．09wt％,细粒长英质糜棱岩中剪切残斑长石和石英的水含量分布在0．095～0．32wt％范围;细粒长石和石英含水含量范围为0．004～0．052wt％．这些数据表明,弱变形的粗粒长石、石英的水含量高于强烈变形的细粒长石、石英的含水量．因此,在剪切带中,强烈剪切变形导致长石、石英中赋存的水被破坏,而糜棱岩中长石和石英的水基本被脱出．     

汶川地震断裂带水岩相互作用及其对断裂带演化影响

汶川地震断层岩的矿物学和地球化学特征揭示出地震断层经历了漫长时间演化和复杂的水岩相互作用.间震期水岩相互作用导致断层岩中的破碎矿物蚀变,尤其是长石等矿物含量渐渐减少甚至消失,而黏土矿物（蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、绿泥石等）含量逐渐增高,以及如黄铁矿、石膏、重晶石、坡缕石等热液系统中常见的矿物大量出现;Mg、P、Ti、Mn、Fe等元素倾向富集在断层带中,而Si、K和Na等出现明显的亏损;元素的大量迁移导致断层带的体积巨量亏损.实验结果表明,黏土矿物的亲水性引起水渗透率比干燥气体渗透率明显偏低,并且二者偏差无法通过Klinkenberg校正消除.蒙脱石吸水膨胀和黏土矿物颗粒表面吸附孔隙流体造成孔隙度降低是导致水渗透率偏低的重要原因.断层岩碎屑结构使得其中的孔隙可能在600 MPa围压下得以保存,从而有助于流体沿断层带下渗,并在断层带深部形成高流体孔隙压.地震断层的主要矿物学及粒度分布特征并非在地震破裂过程中形成,因此利用断层岩粒度分布资料估算地震破裂能并不合适.     

人工地震反射法在超前地质预报中的应用

超前地质预报关系到隧道施工的安全和进度。实践表明,采用基于人工地震反射法的TSP203超前预报系统(以下简称TSP203系统),并结合其它探测手段的综合预报方案能较好的实现超前地质预报,并可兼顾隧道施工特点和成本。文中介绍了TSP203系统的基本工作原理,并通过该系统在大瑶山铁路隧道的应用实例,说明该系统在复杂地质条件下的具体应用情况。结合多年现场实际操作经验着重分析了预报误差产生的主要原因:客观上由于岩性和构造面本身的复杂性以及TSP203系统的局限性,该系统探测与隧道轴向大角度相交的近平面状的结构面较适合,小角度或者平行结构面则不适合,探测溶洞和地下水有较大难度;主观上与操作人员的运用水平密切相关。提出了提高数据采集精度以及结合实际地质情况和其它物探方法提高对反射体解释能力的建议