砂岩单轴压缩试验P波速度层析成像及声发射特性研究

深部矿井开采极易诱发矿柱型岩爆,矿柱型岩爆严重威胁着矿山的安全高效开采,为探究矿柱型岩爆破坏机制和前兆信息,选用自贡红砂岩进行单轴压缩试验,并采用主动超声和被动声发射对破裂过程进行监测,联合主动超声与被动声发射监测数据对波速进行层析成像反演,分析试样破裂过程中波速演化规律。研究结果表明：砂岩试样在加载过程中速度模型呈现高度非均质性,在加载过程中会出现低速区,且声发射事件集中出现在低速区内部;P波速度离散度可反映全局波速变化特征,在峰值附近变化剧烈,随荷载增加P波速度离散度持续增大;声发射事件在峰前、峰后定位结果相差较大,峰前阶段声发射事件随机分布,峰后阶段声发射事件定位结果集中。此外,研究发现选用均质速度模型进行声发射事件定位会增大定位误差,试样最终失稳前b值的降低表明试样大尺度裂纹活动加剧,导致岩石非均质性增大,也间接证明了采用非均质速度模型进行声发射震源定位的必要性。该研究结果可用于现场矿柱稳定性监测,定期反演获得矿柱波速变化为矿柱型岩爆提供先兆预警信息。     

近地表隐伏断层地震波场响应特征与初至波成像应用研究

近地表隐伏断层直接影响工程安全施工。通过构建浅覆盖层下方陡立界面断层数值模型,分析近地表隐伏断层地震波场的传播与转换规律。通过工程实测数据验证了数值模拟波场响应特征的可靠性,并利用初至波走时层析成像技术对地下介质波速进行成像。研究结果表明：(1)初至波转换形成的断点绕射波具有1频率升高、速度突变的特点,可清晰指示测区内断裂带的存在,可作为现场数据采集时断层的直观反映;(2)工程实测中通过原始波形到时、频率信息可初步判断断层的存在,基于射线追踪的初至波层析成像结果与后期钻孔揭露情况基本吻合,说明初至波层析成像在浅层地震勘探中的实用性;(3)接收测线排列内布设震源的方式,两侧震源延拓距离短,无需额外为震源激发提供场地,在工程施工中具有经济、快速、高效的特点,可作为野外复杂地表条件地下浅层结构探测的有效观测系统使用。     

2022年1月8日青海门源6.9级地震的震源区结构特征和b值意义初探

2022年1月8日1时45分青海省门源县发生M_S6.9地震.本文基于青藏高原东北缘水平分辨率为0.3°的地震层析成像结果,获取了震源周边区域的地壳浅部构造信息,包括波速、泊松比以及估计的裂隙密度和饱和率的空间分布.结果表明:此次门源M_S6.9地震发生在P波和S波波速剧烈变化的区域,靠近高速体的边缘.泊松比和饱和率同样都显示,门源M_S6.9地震发生在高低值变化的过渡区.地震活动参数分析显示,震前冷龙岭断裂带的震源周边区域显示出了低b值、较低的a值和高a/b值的特征,与龙门山—岷山构造带强震之前的情况类似.裂隙密度在冷龙岭断裂两侧呈现出显著差异,北侧高于南侧,这可能是震后现场科考发现的断裂带地表破裂北侧高于南侧的构造成因.     

不同电极阵列联合反演在古墓探测中的应用

电阻率层析成像是一种广泛应用在水文、考古和地质等浅地表勘探领域的地球物理方法。为了增强电阻率层析成像的分辨率、应对复杂的地质问题,本文提出基于雅可比矩阵的不同电极阵列直流电阻率数据的加权联合反演算法,并以温纳和偶极-偶极电极阵列数据为例,在理论模型和古墓探测的野外实例中测试该算法的有效性。结果表明,加权联合反演结果的横向和纵向分辨率都优于单一电极阵列的反演结果,并在实例中缓解“U形”电极阵列的固有缺陷、减少反演模糊性、更好地约束墓室宽度的反演结果。      

地震走时层析成像方法在研究强震孕震、发生机制中的应用

选取1950年以来中国大陆内部发生的数十次6.0级以上强震的孕震、发震机制研究实例,本文回顾总结了近年来国内外学者对强震的发生与地壳介质结构不均匀性关系的研究进展情况,分析了不同研究方法的优点和存在的问题.相对定位方法获取精确的余震震源位置和地震层析成像方法,获得震源区高分辨率的三维速度结构是目前研究强震孕震构造和发震...     

甲烷气爆震源性能研究及其在粤港澳大湾区化龙断层探测中的应用

针对近年兴起的甲烷气爆主动震源,设计了不同尺寸震源装置,分别在不同激发环境下,通过比较激发信号能量及频带分布进行了震源性能研究,实现了震源参数优化.同点甲烷气爆和炸药震源成像结果研究表明,甲烷气爆震源引起的地表振动速度更小,更符合安全环保的需求.将优化后的甲烷气爆震源用于粤港澳大湾区的化龙断裂浅部结构勘查,单炮记录结果可见高信噪比初至信号.对 10炮激发记录进行初至走时拾取后进行走时层析成像发现,化龙断裂推测位置附近纵波速度在第四系下方 200～400 m深度范围明显错断.基于横波/纵波波谱比分析结果(HVSR),根据经验关系推断了该地区沉积层厚度分布,发现与走时层析成像结果中的第四系沉积底界面位置吻合良好.以上成像结果与该地区已有钻孔及早期反射地震结果高度吻合,证明了此次采用的甲烷气爆主动震源作为炸药震源的替代品,在未来城市地下结构浅勘工作中有广泛的应用前景.     

云南漾濞M6.4地震震区三维速度结构

利用2015年1月至2021年5月28日期间我国云南省漾濞县及周边地区固定台站和漾濞地震后布设的流动台站所记录到的近震资料,使用双差层析成像方法获得了该地震震区的高分辨率地壳三维速度结构和震源位置。重定位结果显示,漾濞M6.4地震序列主要沿NW?SE向展布,与维西—乔后—巍山断裂走向一致,地震主要集中在4—10 km的深度范围,呈约80°高倾角分布。结合定位结果与三维速度结构显示:漾濞M6.4地震序列的空间分布与速度结构变化具有相关性,主震位于P波、S波高低速异常交界处,这种介质物性变化的交界地带可能有利于中强地震的孕育和发生,余震主要分布在低P波速度、高S波速度和低波速比的脆性区域;沿漾濞地震序列的分布走向,主震两侧呈现完全不同的速度结构,其西北部具有明显的高P波速度、低S波速度特征,该地区高密度、强韧性的地层可能是阻挡漾濞地震的NW向破裂而呈单向破裂特征的原因。      

鄂尔多斯地块周缘三维地壳速度结构研究

正鄂尔多斯地块及周缘位于青藏高原与华北地块之间,其内部无大断裂分布,而周缘却由活跃的地震带——活动断陷带和弧形断裂带包围。因此,鄂尔多斯地块内部无6级以上大地震分布,而周缘地震活动则频度高、强度大(图1),历史上发生多次破坏性大地震,如:1654年天水南8.0级、1879年武都南8.0级、1920年宁夏海原81/2级地震等。因此,研究鄂尔多斯周缘地壳速度结构,对于研究该区地下介质结构和地震活动的关系具有重要意义。     

岩石圈—软流圈物质循环促进大陆增生的新方式

大陆动力学研究地球内能量和物质的运动和伴随的信息传播,上地幔中的软流圈是地球内部的物质运动的关键部位之一。由于观测的技术方法少,人类对软流圈内部的地质作用过程所知甚少。在青藏高原,过去地震波三维层析成像的分辨率不高,难以对地壳上地幔构造进行准确的定位。我们收集和整理了地方地震台的数字化观测数据,使地震体波三维层析成像的准确度大大提高,为解决软流圈的地质构造准确成像提供了新的可能性。根据地震体波三维层析的成像结果,在古特提斯洋和特提斯洋俯冲板块前沿的软流圈底部410 km间断面上方,存在反映古大洋俯冲板块的高速体,它们在青藏高原、苏鲁和伊朗都有出现。清晰和稳定的高波速异常的位置表明,特提斯洋俯冲板块现在已经拆沉在软流圈的底部,古特提斯洋俯冲板块也可能曾经拆沉在软流圈的底部。对比青藏高原和苏鲁的地壳上地幔波速结构推测,拆沉造成软流圈中的轻元素物质上涌,进入大陆岩石圈,造成岩浆活动。上涌还使碰撞造山带地壳厚度减小,而岩石圈厚度增加。大约100 Ma后,俯冲下去的大洋残块会被软流圈物质磨蚀交代,使岩石圈厚度增加, 形成大陆下方的大陆根,造成大陆克拉通化和体积增生。大洋板块俯冲后在软流圈拆沉是岩石圈—软流圈物质循环的一种重要方式,对软流圈中物质均衡和体积稳定也起重要作用。