Seismicity and fault aseismic deformation caused by fluid injection in decametric in-situ experiments

Seismicity induced by fluid perturbations became an important societal concern since felt earthquakes (M_w up to 6) occurred after anthropogenic activities. In order to mitigate the risks associated with undesired seismicity, as well as to be able to use the micro-seismicity as a probe for in-depth investigation of fluid-driven processes, it is of crucial importance to understand the links between seismicity, fluid pressure and flow. We have developed a series of in-situ, decameter-scale experiments of fault zone reactivation by controlled fluid injection, in order to improve the near-source geophysical and hydromechanical observations. The deployed geophysical monitoring close to the injection allows one to cover the full frequency range of the fault responses from the static deformation to the very high-frequency seismic emissions (up to 4 kHz). Here, we focus on the microseismicity (M_w ∼ –4 to –3) recorded during two fluid injection experiments in low-permeable shale and highly-fractured limestone formations. In both experiments, the spatio-temporal distribution of the seismic events, the energy balance, and the seismic velocity changes of the fractured medium show that most of the deformation does not actually emit seismic signals. The induced deformation is mainly aseismic. Based on these high-resolution multiparametric observations in the near-field, we therefore proposed a new model for injection-induced seismicity: the seismicity is not directly induced by the increasing fluid pressure, but it is rather triggered by the stress perturbations transferred from the aseismic motion caused by the injection.     

黄河三角洲粉质土海床临界起动切应力影响因素研究

在黄河口潮滩和室内环形土槽模拟新沉积的海床土体,观测固结过程中沉积物临界起动切应力的变化及对应的土体重度、含水率、贯入阻力、剪切强度指标值的变化,分析黄河三角洲粉质类土临界起动切应力的影响因素与变化规律。研究发现：黄河三角洲粉土的临界起动切应力与重度、贯入阻力和抗剪强度之间呈正相关关系,而与含水率呈负相关关系,并且与干密度、抗剪强度之间具有非常好的定量关系。将黄河三角洲粉土临界侵蚀切应力的试验结果与其他学者建立的计算公式进行了比较,发现在固结开始试验与计算结果间的吻合性较好,随着固结时间差异性变大,表现出黄河口粉质土的独特性。     

振冲法处理淤泥土体的研究

18层住宅楼建在天然地基中的含淤泥土层上, 地基采用振冲法处理。通过对各楼不同层位处的载荷试验和主体施工中的沉降观测得出: 较厚淤泥层上的高层建筑地基采用振冲法处理可以取得经济可靠的效果; 加大振冲器功率可使基础沉降效果明显减小; 振冲桩复合地基中附加应力扩散现象随软土层上部相对硬层强度增加而增加, 但以上部土层厚度影响为主; 对于筏板基础, 载荷试验曲线初段受深度影响不能真实反映复合地基的压缩性。     

不同干密度非饱和膨胀土的三轴试验研究

重塑非饱和膨胀土的结构特征是影响其强度和变形等性质的重要因素。在不同初始干密度下击实的试样具有不同的初始结构。吸力和净围压的作用使得试样结构产生变化,从而呈现出不同的剪切特征。进行了一系列的控制吸力的三轴试验,试验结果表明,吸力和净围压的增加使得试样的抗剪强度提高,剪胀性减小;初始干密度大的试样也有更高的强度,且呈现出明显的剪胀现象。     

1960—2019年西北地区气候变化中的Hiatus现象及特征

1998—2012年全球地表平均温度发生变暖停滞（Hiatus）,然而Hiatus现象是否在全球各地均存在尚有争议,其在西北地区的表现及特征缺乏深入研究。本文基于1960—2019年气温地面观测数据,利用累积距平曲线、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验及Yamamoto检验进行气候突变分析,结合线性倾向估计进行气候变化趋势分析,对西北地区气候变化中的Hiatus现象及其特征进行了探讨。结果表明：① 西北地区年均气温在1986年、1996年和2012年分别突变,1996年突变升温后在1998—2012年间保持高位震荡;② 1998—2012年间西北地区年均温变化率为-0.20 ℃/10a,呈现明显Hiatus现象,分季节看,冬季降温幅度最大,夏季仍保持升温,春季均温比秋、冬季提前1年开始和结束停滞期,从空间上看,西北地区东南部降温最显著,青藏高原不存在Hiatus;③ 2012年Hiatus结束后西北地区气温普遍快速升高,季节上以冬季升温最快,空间上以南疆升温最快。综合来看,1998—2012年的Hiatus现象在除青藏高原外的西北地区表现明显,停滞后的快速升温值得高度关注。     

Sensitivity test of the geodetic network in Las Cañadas Caldera, Tenerife, for volcano monitoring

A 17-benchmark geodetic network in the volcanic area of the Teide Caldera, Canary Islands has been utilised several times since 1982 to detect crustal movements associated with volcanic activity within the network, as well as a procedure for solving configuration problems. The network is located on the mid-western side of the Caldera, where there are two different morphological zones that both have benchmarks. The authors performed a sensitivity test of this geodetic network for volcano monitoring purposes. To do so, we use a deformation model to calculate surface displacement caused by a dike intrusion in a homogenous half space. The depth and location of dike are changed to study the variation of the effects produced (displacements). The size and location of the intruded dike are found to play a major role in determining both the displacement pattern and magnitude. When the dike is close to the surface, there is an inversion of the surface displacement pattern and very large surface displacement at certain benchmarks. Such phenomena can serve as precursors of such dike eruptions. Our study show a clear need to extend the existing geodetic network to cover the full island for volcano monitoring purposes.     

地震台JCZ-1与JCZ-1T甚宽频带地震仪对比观测分析

采用成都基准地震台JCZ-1型和JCZ-1T甚宽频带数字地震仪同一时间段记录的地方震、近震和远震的地脉动噪声做功率谱分析.结果表明,JCZ-1和JCZ-1T型甚宽频带地震仪在主要频带内对地噪声的响应程度是一致的.在高频端和低频端JCZ-1T型地震计分辨率更高,且信噪比更高,高出10 ～ 20 dB.JCZ-1型地震计由于长期使用导致材料老化以及受环境温度或气流微量变化的影响,地震计的噪声较高,可能对地震波记录的幅值产生5％左右的影响.JCZ-1T型地震计在安装过程中所采取的保温、防气流扰动等各种防护措施是可靠的.     

煤岩水力压裂裂缝扩展形态试验研究

通过室内水力压裂物理模拟试验系统,对大尺寸原煤进行了水力压裂模拟试验,根据水力裂缝的空间展布形态分析了煤岩储层水力裂缝的延伸规律,揭示了网状裂缝的形成机制。结果表明：水力裂缝易在弱层理处分叉和转向,发育的层理和裂缝系统等结构面为压裂形成裂缝网络提供了前提条件。泵压曲线呈现出的频繁波动是煤岩内产生网状裂缝的一个显著特征。水力裂缝的起裂与延伸有4种基本模式,裂缝网络的形成多为这4种基本模式的组合。地应力差异系数和泵注排量对煤层水力裂缝形态有较大影响。较小的地应力差异系数更利于网状裂缝的形成;较高的压裂液排量易形成相对简单的裂缝形态,导致压裂改造效果较差。该试验方法和试验结果可为现场水力压裂参数设计和优化提供参考和依据。     

压力型锚索力学机理现场试验研究

通过现场试验研究了岩质边坡中压力型锚索的受力和破坏机理。试验锚索采用130 mm孔径,6束标准钢绞线,符合实际工程的常用锚索规格。严格控制锚固段与非锚固段尺寸,设置了不同的锚固段长度用以研究锚索的抗拔力学性能。试验获得了岩质条件下足尺压力型锚索的荷载位移全曲线。用应变砖测试了锚固段注浆体在受力过程中的应变规律,测试结果与理论计算的结果吻合。对试验结果进行分析发现,在较软岩条件下,试验锚索的最佳锚固长度在2 m左右。压力型锚索的位移延性性能非常优秀,在锚索整体位移较大时还能维持较高的承载力,可以提供良好的破坏预警。根据实测的轴向应变发现,随着锚固长度的增加,应力传递长度也略有增加。提出压力型锚索的破坏要经历局部塑性,整体塑性两个阶段。     

GNSS多天线基线网单历元模糊度同步解算法

提出多天线基线网单历元模糊度同步解算法,其具体实现步骤为:1)根据宽巷组合模糊度易于固定的优点,采用附加已知基线长度约束法同步解算各基线的宽巷模糊度,得到dm～cm级精度的近似基线分量;2)将解算得到的各近似基线分量作为约束,同步解算各基线的基频模糊度,以获取mm级精度的基线矢量。该方法的关键在于检验各历元宽巷模糊度解算的正确性,以获取可靠的近似基线分量,为解算各基线的基频模糊度提供准确的基线先验信息。由于动态情况下各历元观测信息比较少,单纯依赖ratio检验不可靠,提出结合基线误差、单位权中误差、基线网模糊度闭合环及ratio值等对多组宽巷模糊度进行检验,避免ratio值设置不当导致模糊度检验中发生纳伪和弃真问题。实测数据结果证明,该处理方法使得模糊度解算的成功率提高1%～2%,可以获取移动平台更丰富的导航信息,提高其服务能力。