雄安新区现今地应力环境及其对构造稳定性影响研究

雄安新区是一项"千年大计"的国家战略,查明雄安新区及邻区现今地应力环境,评价其构造稳定的动力背景,对保障新区的规划、建设和未来安全具有重要的意义.为此,综合考虑雄安新区及其外围区域构造地质背景、岩体条件等,在雄安新区外围顺平县关键构造部位燕山期隐伏花岗岩中开展620 m深孔水压致裂地应力测量和压磁电感法地应力实时监测.结果表明:在测量深度范围内,最大水平主应力(SH)大小为13.23~29.42 MPa,最小水平主应力(Sh)大小为9.28~19.73 MPa;三个主应力大小关系为SH>Sh>SV;最大水平主应力方向为NW20°.引入应力积累系数(μm)、断层摩擦系数(μ),依据库伦断层滑动失稳摩擦准则和Byerlee定律对保定—石家庄、牛东和徐水—大城三条主要隐伏断裂的稳定性进行计算分析,结果显示:在目前地应力条件下,雄安新区三条主要隐伏断裂不会滑动失稳、构造是稳定的,但地壳浅表层应力积累水平中等偏高,建议加强长期地应力实时监测,分析其稳定性的动态演化过程.     

海洋白浪与海面摩擦速度的直接同步测量及其结果分析

本文报告首次进行的海洋白浪、泡沫和沫流带与海面摩擦速度的直接同步测量结果.由此结果得海洋白浪覆盖率W_c与海面摩擦速度U_*的经验关系为W_c=1.34×10^-5U_*^1.93.这一关系式支持白浪覆盖率正比于海面风应力的论断;显著不同于白浪覆盖率正比于摩擦速度3次方的物理分析结果.基于此经验关系式,还对白浪在海-气交换中的作用进行了讨论.     

闭合裂纹面相互作用的实验研究

为了研究地震过程中断层面的相互作用,设计了四类裂纹面状况不同的断裂力学实验。实验结果表明,裂纹面的状况对于含裂纹材料的σc(21/2)值有强烈的影响,并利用断裂力学的原理对结果进行了分析。 实验中解决了如下技术关键: 1.可用三点弯曲、局部受拉、单面启裂、双面贯穿的方法,在脆性材料板状试件（玻璃板、岩石板）以及有机玻璃板中预制中心穿透裂纹。 2.在裂纹端部预计裂纹扩展的区域内粘贴电阻应变片,用以判断并测量裂纹初始扩展及其相应的破坏应力σc的方法。     

单轴压缩下干燥和饱水岩石中超声P波的衰减

根据脉冲传播和频谱比方法的基本原理建立了一套超声波衰减和波速测量系统。研究了单轴压缩下超声P波在干燥和饱水的小浪底砂岩和房山大理岩中的衰减和速度。常压下,水饱和样品的Q_P值低于干燥样品。初始加载时,在大多数情况下,Q_p值明显增加即衰减减小;当应力水平达破裂强度50—60％后,岩石开始膨胀,Q_p减小即衰减增加;临近破裂Q_p减至最小。Q_p的变化量达一个数量级。单轴压缩下,在干燥和饱水的砂岩、大理岩中,V_p分别增加为27％和28％,44％和11％。径向Q_p和V_p随单轴压力的变化比轴向小得多,呈现明显各向异性。在本实验条件下,波在裂纹表面的摩擦耗散是主要的衰减机制,水的作用主要是潮湿和润滑裂纹表面,促进滑动,增加衰减。     

金刚石—岩石摩擦付和正常钻进的条件

提出了金刚石－岩石摩擦付的概念 ,认为应用摩擦学理论来研究岩皮碎的钻进过程。根据岩石破碎比功评价法,提出了利用轴压Ｐ、钻头转速Ｖ或钻头每分钟转数n的乘积,即功率 Ｎ＝ＰＶ或Ｎ＝Ｐn来研究钻探工艺规律性,认为“轻压、快转、充足水量”符合这个规律性。     

摩擦热-机械碎岩钻进技术试验研究

摩擦热－机械碎岩钻进技术是利用钻头与岩石产生的摩擦热能加入弱化岩石，然后利用钻头上的切削元件切削碎岩。由于大部分岩石在高温和交变热应力作用下其强度、硬度以及磨蚀性都大幅度降低，因此提高了钻进效率。钻头摩擦元件采用了新型的耐摩擦耐高温的赛隆陶瓷材料，耐磨性是YG6硬质合金的3~5倍，而价格仅为硬质合金的1/10；对钻具和钻头的结构也进行了详细的论述；钻进试验表明：热机碎岩钻具摩擦元件能产生足够高的温度场(大于600 ℃)；热机碎岩钻进技术是切实可行的，能提高钻进效率，降低钻进成本。     

影响HDPE膜与砂土接触面摩擦特性因素的斜板试验研究

使用斜板仪量测了HDPE膜与砂土接触面的摩擦特性参数。为了分析影响摩擦特性的因素,试验中使用3种粗糙度的HDPE膜和3种状态的砂。为了模拟低应力条件下的接触特性,斜板仪的正应力控制在1.0～9.0 kPa之间。试验结果表明接触面的尺寸、HDPE膜的粗糙程度、砂的干湿状态和密实度对接触面的摩擦特性有影响,其影响分别为：(1) 接触面尺寸越大,摩擦角越大;(2) HDPE膜越粗糙,摩擦角越大;(3) 潮湿砂土与HDPE膜接触面的摩擦角大于干燥砂土的;(4) 松散砂土与HDPE膜接触面的摩擦角小于密实砂土的。     

热水条件下斜长石和辉石断层泥的摩擦滑动研究

在热水条件下对辉长岩的2种主要组成矿物斜长石和辉石进行了摩擦滑动实验研究。结果表明:1)斜长石在整个实验温度范围内(<607℃)显示速度弱化,而辉石除了在200℃附近表现出微弱的速度强化外,在其他温度范围也都表现为速度弱化;2)斜长石在低温时强度随温度的升高而略有增加,高温时强度则随温度的升高而降低。辉石的摩擦强度随着温度的增加没有系统性的变化,在0.74上下波动;3)在热水条件下辉长岩的摩擦性质并不是这2种主要矿物的叠加,有可能是辉长岩中的次要矿物的存在导致了辉长岩的速度强化;4)本实验所得热水条件下的实验结果与干燥条件下的结果有很大差异,再一次表明水的存在极大地影响了岩石的摩擦稳定性     

龙门山北端青川断层附近应力测量与断层稳定性

汶川8.0级地震后, 余震是否沿青川断裂向汉中方向发展, 是否还会发生强烈余震成为社会关注的问题。为了查明汶川8.0级地震后青川断层库仑应力的变化, 判明余震的发展趋势, 2008年6月2日~28日我们在青川断裂中段阳平关一带开展了断层附近原地应力测量研究, 在3个钻孔中分别用水压致裂法和解除法得到了断层上下盘构造应力的大小、方向和分布特征。根据实测的地应力资料, 断层附近最大水平主压应力方向为NE-NEE向, 与区域构造应力SN-NNE向主压应力方向有一些差异, 说明受断层活动影响, 断层附近的应力状态与区域应力场已经发生了改变。青川断层是一条逆冲兼右行走滑的活动断裂, 在汶川大地震中虽未见其活动, 但其阻隔了余震向北发展, 表明该断层是一条重要的边界断层, 既是区域构造分区的界线, 也是区域应力场的分区标志线。利用地应力实测资料研究了断层的活动性, 在测量深度域内水平和铅直应力的关系为σ_H>σ_h>σ_V, 该应力状态有利于逆断层活动, 与地质资料反映的以逆断层活动及近期在断层附近发生的地质异常现象一致。利用库仑摩擦滑动准则, 摩擦强度取0.6~1.0进行分析, 断层附近的现今地应力状态接近产生逆断层摩擦滑动的临界值, 其中断裂东段发生逆断层活动的可能性较小, 相比而言, 青川断裂带西段危险性更大。      

微震仪设计试验中的一些问题

一、前言我国在地方性微弱地震的研究中,主要是使用烟紙記录的581型微震仪。从数年来野外观測的結果表明:在設备条件較差的情况下,仪器性能有所降低,因而有改进的必要。今对观測中出現的一些問題,即放大倍率的稳定性、頻带的展寬、笔尖摩擦影响和时間服务等問題作了一些討論,并在此基础上制作了改进的模型。