平面应变条件下粗粒土的变形特性试验研究

使用河海大学TSW－40型真三轴仪,对粗粒土分别进行平面应变和常规三轴压缩试验,研究了粗粒土在平面应变条件下的应力-应变关系及各种应变之间的关系,包括：主应力差? 1-? 3(? 2-? 3)与大主应变?1、主应力比? 1 /? 3(? 2 /? 3)与大主应变?1、球应力p与体积应变?v、偏应力q与偏应变? s、广义应力比q/p与广义剪应变? s、小主应变? 3与大主应变?1、体积应变? v与广义剪应变? s之间的关系。试验结果表明,对于相同的? 3,平面应变试验的(? 1-? 3)(或? 1 /? 3)-ε1曲线位于常规三轴压缩试验相应曲线的上方;? 3大的(? 1-? 3)(或? 2-? 3)-? 1曲线在上方,而? 3大的? 1 /? 3(或? 2 /? 3)-? 1曲线在下方;对于相同的? 3,在相同的? 1下,平面应变条件下的小主应力方向膨胀量要比常规三轴压缩条件下的大;产生相同的? s时,? 3越大,? v越大,对于相同的? 3,平面应变条件下的? v要比常规三轴压缩条件下的大;粗粒土在平面应变和常规三轴压缩条件下加荷时,具有归一化的双曲线应力-应变关系。研究表明,采用非线性弹性模型计算粗粒土的平面应变问题时,有必要考虑弹性模量E和泊松比? 的各向异性。     

煤层气羽状水平井数值模拟模型的交替隐式算法

煤层气开采过程中通常采用数值模拟方法进行生产指标预测,其中的数值模型普遍采用三维全隐式差分法求解,模型涉及的参数变量多,求解难度大,计算复杂。根据煤层气的储气特征、吸附特征和解吸机理建立了反映煤层气解吸、扩散及渗流过程的气、水两相流动煤层气羽状水平井三维数学模型,模型考虑了煤层非均质各向异性的影响,运用块中心差分格式,对气、水相偏微分方程进行空间差分和时间差分,采用交替隐式(ADI)法求解,实现了煤层气羽状水平井开发数值模拟计算。交替方向格式可以把二维问题转化成一维问题,对x,y两个方向的迭代矩阵均为三对角矩阵,结构相同,易于编程计算。所建立的差分格式具有计算量小,稳定性好等优点,数值试验的结果表明效果良好。     

青藏高原西部叶城-狮泉河地区岩石圈各向异性研究

对青藏高原西部新疆叶城—西藏狮泉河地区宽频地震探测记录到的剪切波进行了各向异性分析,计算结果给出了该地区上地幔各向异性的特征:西昆仑地区各向异性大都沿北东方向分布,总体方向变化不大,各向异性整体走向与青藏高原和塔里木盆地北缘各向异性空间分布一致。由此得出:印度板块向北推进的构造运动是形成本区岩石圈剪切波各向异性的主要原因,青藏高原各地体的各向异性在较大的东西向范围内保持稳定,各地体岩石圈固有的各向异性方向为北东向;作为羌塘地体和拉萨地体的分界线,班公怒江断裂带是主要的地表分界位置,在深部,无论西部剖面还是中部剖面,印度板块岩石圈的各向异性在该断裂带上均没有变化。     

Pressure dependence and anisotropy of P-wave velocities in ultrahigh-pressure metamorphic rocks from the Dabie–Sulu orogenic belt (China): Implications for seismic properties of subducted slabs and origin of mantle reflections

The compressional wave velocities (Vp), pressure derivatives (Vp′) and anisotropy (A) of three types of eclogites and country rocks from the Dabie–Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt, China, have been measured under confining pressures up to 800 MPa. Type-1 eclogites, which are coarse-grained and subjected to almost no retrograde metamorphism, experienced recovery-accommodated dislocation creep at peak metamorphic conditions (in the diamond stability field). Type-2 eclogites are fine-grained reworked Type-1 materials that experienced recrystallization-accommodated dislocation creep under quartz/coesite boundary conditions during the early stage of exhumation. Type-3 eclogites are retrogressed samples that were overprinted by significant amphibolite facies metamorphism during a late stage of exhumation within the crust. Type-1 eclogites are richer in Al₂O₃ and MgO but poorer in SiO₂ and Na₂O than Type-2 and Type-3 eclogites. Anisotropy of Type-1 and Type-2 eclogites is generally low (<4%) because volumetrically important garnet is elastically quasi-isotropic, while Type-3 eclogites can exhibit high anisotropy (>10%) due to the presence of strongly anisotropic retrograde minerals such as amphibole, plagioclase and mica. The transition of the pressure dependence of velocity from the poroelastic to elastic regimes occurs at a critical pressure (P_c), which depends mainly on the density and distribution of microcracks and in turn on the exhumation history of rocks. The Vp–pressure relationship can be expressed by Vp=a(lnP)²+blnP+c (P≤P_c) and Vp=V₀+DP (P≥P_c), where P is the confining pressure, a and b are constants describing the closure of microcracks below P_c, c is the velocity when P is equal to one (MPa), V₀ is the projected velocity of a crack-free sample at room pressure, and D is the intrinsic pressure derivative above P_c. When data are curve-fit, pressure derivatives and anisotropy as functions of pressure are determined. The average Vp of the eclogites in the linear regime is 8.42+1.41×10⁻⁴P for Type-1, 7.80+1.58×10⁻⁴P for Type-2, and 7.33+2.04×10⁻⁴P for Type-3, where Vp is in km/s and P in MPa. The decrease in V₀ and increase in D from Type-1 to Type-3 eclogites are attributed to a decrease in garnet content and an increase in retrograde minerals. The NE–SW trending, NW-dipping, slab-like high Vp anomaly (8.72 km/s at a depth of 71 km) which extends from the Moho to at least 110 km beneath the Dabie–Sulu region, can be interpreted as the remnant of a subducted slab which is dominated by Type-1 eclogites and has frozen in the upper mantle since about 200–220 Ma. Such relic crustal materials, subducted and preserved as eclogite layers intercalated with felsic gneiss, garnet–jadeite quartzite, marble and serpentinized peridotite, could be responsible for regionally observed seismic reflectors in the upper mantle.     

橄榄石集合体的简单剪切形变实验研究

本文利用高精度Paterson气体介质变形装置对富铁橄榄石集合体(Mg0.5,Fe0.5)2SiO4进行了高温简单剪切变形试验。试验在温度1473K和围压300MPa的条件下进行,差应力为64~153MPa, 应变率为10-5~10-3s-1。 一共进行了三组试验,试件的剪切变形量分别为89%, 131%和200%, 通过对变形后试件的反射光学显微结构分析,得到富铁橄榄石集合体动态重结晶的微观机制,由结晶各向异性分析给出晶格最优取向和波速各向异性的分布及随应变的增加而表现出的演化特征。     

密集台阵背景噪声成像揭示郯庐断裂带潍坊段地壳浅层速度结构及变形特征

郯庐断裂带是中国东部最重要的一条走滑断裂带,历史上发生过多次破坏性大地震,而潍坊段（沂沭断裂带北部）有历史记录的地震较少,未来发生大地震的可能性尚不清楚.因此,研究潍坊段地壳浅层精细结构,将对该地区的地震危险性评估提供重要的参考模型,同时也将有助于深入了解郯庐断裂带潍坊段的动力学过程.我们利用302个短周期流动台站组成的密集台阵在2017年8—10月期间记录的垂向分量连续背景噪声数据,通过预处理、计算噪声互相关函数、手动提取频散曲线并进行质量控制,共得到17614条0.6~6 s周期的Rayleigh波相速度频散曲线.然后基于面波直接成像法反演了该区域地下0~7.5 km的三维各向同性和方位各向异性横波速度模型.研究结果显示,断裂带东边界条带状低速异常从近地表延续至地下4 km深度,表现出明显的高低速异常过渡的构造边界特征.地壳浅部的速度结构与地表构造单元一致性较好,其中凹陷区和隆起区分别显示低速和高速异常.0~4 km深度的快波方向主要为NNE向和NE向,且集中分布在低速异常区,可能与断裂带的左旋走滑有关.4~7.5 km深度,研究区出现大范围的NEE向和近EW向快波方向,可能与白垩世地壳NWW-SEE向伸展变形和现今华北地区最大主压应力场（NEE-SWW向和近EW向）的共同作用有关.潍坊凹陷处0~4 km呈现特殊的环绕凹陷边界的"圆环状"快波方向,可能与新生代岩浆活动形成的熔岩沿凹陷边界溢流和断裂带受EW向挤压作用而发生右行平移有关.     

基于P波接收函数资料的华南大陆东部地壳结构研究

华南大陆是由扬子块体和华夏块体拼合而成,并经历了多期次的后期改造,研究块体间的深部结构差异对于理解华南大陆的构造演化历史具有重要意义.本文基于布设在华南大陆东部的流动宽频带地震台阵资料,计算了远震事件的P波径向接收函数,并利用Pms谐波分析方法获得了地壳各向异性分布.结果显示,研究区地壳各向异性具有明显的横向分段特征.JSF（江绍断裂带）附近与断裂带走向一致的地壳各向异性快波方向指示断裂带可能切穿整个地壳.在大别造山带、扬子块体和华夏块体南部,地壳各向异性快波方向与区域主压应力方向近垂直,指示该区域地壳变形可能受菲律宾海板块俯冲和太平洋板片俯冲后撤的远程效应的影响.此外,本文利用新的H-κ-c叠加方法获得了测线下方地壳厚度及平均波速比.结果显示,扬子块体的地壳厚度薄于两侧的华夏块体和大别造山带,速度比也较低（约1.7）,指示地壳以长英质和酸性岩石为主.Airy地壳均衡理论预测的地壳厚度指示29°N以南的地壳密度要低于以北的区域.以南的低密度及低波速比可能与菲律宾海板块北西向俯冲和太平洋板块西向俯冲后撤导致的地壳物质垂向分异拆沉有关.

     

横波分裂和纵波方位各向异性在油气勘探中的应用

本文首先回顾了横波分裂和纵波方位各向异性应用于油气勘探的发展历程; 在此基础上重点讨论了二者在上地壳中的分布情况、相互关系及应用条件.横波分裂是地震波传播经过裂缝时所独有的横波双折射现象, 40年的科学研究及生产应用表明这一物理现象在上地壳中广泛存在, 并主要存在于近地表1200 m以浅.纵波方位各向异性从浅到深在上地壳中分布差异较大; 应用于检测裂缝时仅对含气裂缝发育区敏感, 对含其他流体的裂缝区不敏感.针对裂缝发育区的预测, 本文利用理论和实验数据分析论证了横波分裂与纵波方位各向异性的关系; 阐明在油气勘探中横波分裂分析与纵波方位各向异性预测裂缝储层须首先消除近地表的影响, 这在一定程度上限制了二者的应用.同时阐明二者的应用还需要满足近地表相对简单、裂缝储层相对较厚等条件; 且需采集非零偏或环形垂直地震剖面(VSP)资料进行标定.即多分量地震数据品质、近地表地震地质条件及储层方位各向异性发育程度是影响横波分裂及纵波方位各向异性应用效果的3个关键因素.

     

青藏高原东北缘基于W2度量的全波形成像

本研究收集青藏高原东北缘区域114个宽频带地震台站记录到的50个区域地震事件波形数据, 采用基于二次Wasserstein(W2)度量的全波形成像方法, 获得了10~100 s频带下该区域的高分辨率壳幔结构图像.结果显示, 秦岭造山带中下地壳呈高速特征, 表明高原内部弱物质未流入此处; 而从松潘—甘孜地块跨过昆仑断裂至秦祁地块内的中下地壳呈现低S波速、正径向各向异性(V_SH＞V_SV)和高泊松比异常, 暗示深部地壳物质存在水平流动.在秦祁地块中部, 深部地壳高速特性及负径向各向异性(V_SH＜V_SV)和低泊松比异常表明地壳流在此处已终止.此外, 龙日坝断裂在深部岩石圈表现为显著的结构异常分界线, 其可能代表了扬子块体西向楔入青藏高原的最前缘.

     

青藏高原东南缘三维S波速度和径向各向异性及泸定MS6.8和芦山MS7.0地震孕震环境探讨

利用青藏高原东南缘布设的684个流动地震台和150个固定地震台的连续背景噪声波形数据, 提取了周期5~50 s的Rayleigh波和Love波相速度频散, 并反演获得了该区域下方0~70 km三维S波速度和径向各向异性结构. 结果表明: (1) 受川滇地块南部高速体的阻挡, 东南缘中下地壳内存在两条空间分布独立的低速带.西侧(L1)从川滇地块北部向南延伸至滇西南地块, 其中下地壳平均V_S小于3.4 km·s^-1并表现为正径向各向异性结构, 反映了高原中下地壳可能存在部分熔融和韧性变形; 东侧低速带(L2)沿着小江断层南北分布, 受到红河断层的阻挡, 弱物质不太可能进入滇西南地块, 该区域下地壳和上地幔顶部均显示较强的正各向异性, 推测其更可能是沿小江断层相互驱动的块体在横向挤压过程中引起的地壳部分熔融而导致. (2) 芦山M_S7.0地震位于龙门山逆冲断层南段, 泸定M_S6.8地震位于鲜水河走滑断层东南段, 两者都发生在地壳浅层高低速异常过渡带上, 但其深部孕震环境有所不同. 芦山震区西北部中下地壳低速体为负各向异性, 推测韧性物质沿着龙门山下方陡倾断层向上运移, 上地壳积累应力并通过薄弱区域释放导致了芦山地震的发生; 泸定震区为正各向异性的中下地壳韧性变形促进了川滇地块SE向的水平运动, 受刚性的四川盆地阻挡, 加剧了上地壳发震断层的滑动变形和应力积累, 脆性上地壳突然破裂导致了泸定地震的发生.