现今的地幔流动及其与板块构造的相互作用:从观测证据得到的推论

地震波速度结构层析成像和地震各向异性分析,是推测现今地幔流动的主要观测依据．从已有研究结果看,全球尺度的地幔流动的两个主要边界驱动力是顶部的冷却和底部的加热,地幔的密度和粘度控制流动速率．沿海沟由消减板带动的地幔下沉,和沿热点下面幔柱及洋中脊的地幔上升,是地幔垂直向流动的表现．GPS等测量显示的全球板块运动在一定条件下反映地幔顶部的水平流动．地幔柱可能有不同的根源深度,沿幔柱上升的地幔流在200—350km深度转变为水平流动．消减带附近有复杂的地幔流动格局,表明局部构造条件对地幔流动的影响．大陆下一般出现两个地幔各向异性层,较深的可能反映地幔流动,并与大陆根的状态有关．在不同构造环境下,地幔流动与板块构造之间有不同形态的相互作用关系,它可能驱动板块运动,也可能对板块运动产生阻力。     

焦石坝地区页岩各向异性及其影响的分析研究

黑色富含有机质页岩由于沉积方式的特殊性,一般具有较强的各向异性。但现有大部分研究是基于各向同性理论开展页岩储层预测工作,这与页岩的实际地质特点不符。文中联合利用实验室岩石力学测试数据以及各向异性参数经验公式计算焦石坝地区页岩的各向异性参数,并进一步探讨了各向异性对页岩岩石速度、储层AVO响应特征以及岩石力学参数计算的影响。结果表明,各向异性对页岩速度、脆性指数预测结果影响较大,在地层倾角较大时进行速度分析及页岩可压性预测时应考虑各向异性参数的影响;同时,AVO正演结果表明地震反射入射角小于40°时,各向异性算法与各向同性算法计算的页岩AVO响应差异较小,利用各向同性叠前反演方法进行页岩储层预测具有可行性。     

页岩单轴压缩应力-应变特征及能量各向异性

层理对页岩力学性质和应变能的积聚和耗散具有重要影响,以不同层理面角度下龙马溪组页岩为研究对象,开展电镜扫描试验和单轴压缩试验,研究起裂、扩容和峰值特征点的应力-应变、弹性模量和泊松比的各向异性特征,分析其页岩变形破坏过程中输入应变能、可释放弹性应变能和耗散应变能的变化规律,揭示输入应变能与层理面角度和抗压强度的关系。结果表明：龙马溪组页岩脆性矿物含量达到72.58%,微观结构各向异性明显;随层理面角度增加,起裂、扩容和峰值特征点的应力和应变都先减少后增大,在 30°时均达到一个最低值,总体上呈现两边高、中间低的U型变化规律;随层理面角度增加,起裂、扩容和峰值特征点的输入应变能、可释放弹性应变能和耗散应变能也先减少后增大,在 30°时均达到一个最低值;各特征点的应力、应变和应变能各向异性敏感性明显,0°≤ ≤30°和30°≤ ≤60°内各向异性的敏感性大于60°≤ ≤90°;起裂应力和扩容应力均与峰值应力呈线性相关,同时峰值应变能与抗压强度存在相应的二次非线性关系,这为页岩气钻井、储层压裂改造和井壁稳定性预测预警提供了根据和参考。     

从各向异性的角度解释和模拟土的非共轴特性

从发挥面的角度出发,分析论证各向异性是引起岩土材料出现非共轴现象的根本原因,得到与材料力学一致的结论。当共轭的两发挥面与沉积面的夹角不相等时,主应力面上将出现塑性应变增量的切向分量,所以塑性应变增量的主方向与应力的主方向非共轴。按照这一结论,对非共轴的数值模拟,也应当根据各向异性本构模型进行。为考虑各向异性影响新近提出的各向异性变换应力法,改变了各应力分量的相对大小,得到的各向异性变换应力张量与真实应力张量的主方向不一致,因此也能反映非共轴。利用各向异性变换应力法,能够在现有的弹塑性本构模型的框架下,描述土的非共轴现象。以各向异性UH模型为例,预测各种加载条件下的非共轴变形,验证了该方法的有效性。     

基于地壳介质各向异性分析乳山地震近场区构造应力特征

利用乳山台阵和乳山台记录的资料,采用剪切波分裂方法分析乳山地区地壳各向异性参数,获得该区域应力环境特征。研究结果显示,乳山地区地壳介质各向异性受到区域构造应力和局部构造活动的双重影响,台站DSDC的快剪切波偏振优势方向近NW方向。结合地震序列展布方向及较大地震震源机制推测,该台附近存在近NW方向的活动断裂,该断裂可能为乳山地震序列的发震断层;台站BSTZ和CXZX的快剪切波偏振优势方向近EW方向,附近可能存在近EW方向的活动断裂。     

浅谈电阻率法在地震预测中的应用

电阻率法测地震是当今世界预测地震所用的主要方法之一。40年来国内外对电阻率法测地震进行了不懈的研究,本文主要简述了室内研究,实验方面研究对象从对小块岩石发展到大块岩石,压力环境不断向地层条件贴遗,数值模拟也经历了由简单到复杂,由静态到动态的发展。本文对此简单介绍分析,并对电阻率法测地震的未来发展趋势作了展望。     

Generalized anisotropy parameters and approximations of attenuations and velocities in viscoelastic media of arbitrary anisotropy type – theoretical and experimental aspects*

Seismic anisotropy in geological media is now widely accepted. Parametrizations and explicit approximations for the velocities in such media, considered as purely elastic and moderately anisotropic, are now standards and have even been extended to arbitrary types of anisotropy. In the case of attenuating media, some authors have also recently published different parametrizations and velocity and attenuation approximations in viscoelastic anisotropic media of particular symmetry type (e.g., transversely isotropic or orthorhombic). This paper extends such work to media of arbitrary anisotropy type, that is to say to triclinic media. In the case of homogeneous waves and using the so‐called ‘correspondence principle’, it is shown that the viscoelastic equations (for the phase velocities, phase slownesses, moduli, wavenumbers, etc.) are formally identical to the corresponding purely elastic equations available in the literature provided that all the corresponding quantities are complex (except the unit vector in the propagation direction that remains real). In contrast to previous work, the new parametrization uses complex anisotropy parameters and constitutes a simple extension to viscoelastic media of previous work dealing with non‐attenuating elastic media of arbitrary anisotropy type. We make the link between these new complex anisotropy parameters and measurable parameters, as well as with previously published anisotropy parameters, demonstrating the usefulness of the new parametrization. We compute the explicit complete directional dependence of the exact and of the approximate (first and higher‐order perturbation) complex phase velocities of the three body waves (qP, qS1 and qS2). The exact equations are successfully compared with the ultrasonic phase velocities and phase attenuations of the three body waves measured in a strongly attenuating water‐saturated sample of Vosges sandstone exhibiting moderate velocity anisotropy but very strong attenuation anisotropy. The approximate formulas are checked on experimental data. Compared to the exact solutions, the errors observed on the first‐order approximate velocities are small (<1%) for qP‐waves and moderate (<10%) for qS‐waves. The corresponding errors on the quality factor Q are moderate (<6%) for qP‐waves but critically large (up to 160%) for the qS‐waves. The use of higher‐order approximations substantially improves the accuracy, for instance typical maximum relative errors do not exceed 0.06% on all the velocities and 0.6% on all the quality factors Q, for third‐order approximations. All the results obtained on other rock samples confirm the results obtained on this rock. The simplicity of the derivations and the generality of the results are striking and particularly convenient for practical applications.     

欧亚大陆及西太平洋边缘海地区瑞雷波群速度结构与各向异性分布

根据欧亚大陆及西太平洋地区102个数字化台站记录的近万次地震事件的长周期垂直向瑞雷波资料,利用时频分析方法测量并筛选后共得到11213条质量较高的基阶瑞雷波群速度频散资料.纯路径频散的反演中同时计算方位各向异性,反演获得了欧亚大陆及西太平洋边缘海地区(10°E—150°E,10°S—80°N)8—200s共28个周期的瑞雷波群速度及各向异性空间分布图象.瑞雷波高分辨率层析成像表明,30—60s周期,以青藏高原为中心呈极低速分布;100—120s周期,速度差异幅度较大,在东亚东部及西太平洋边缘海,自北向南显示出一条宽2500—4000km,长约8000km的巨型低速异常带.相对海洋来说,欧亚大陆各向异性强度较弱且快波方向较复杂.由于受到印度板块与欧亚板块的碰撞,中国大陆西部的各向异性强度明显大于东部.     

土体塑性各向异性的微宏观机理分析

基于微观土力学理论框架推导了宏观应力解析,将各向异性的微观机理归结为微观接触力各向异性和微观组构各向异性的两方面因素。应用基于微观理论的应力解析构建了土体各向异性强度准则,并结合既有的微、宏观试验及理论成果,研究加载条件对硬化定律的影响机理,进而揭示了变形非共轴性的微观理论基础。研究表明,着眼于微观理论机理,强度各向异性和塑性变形各向异性本质上都是微观组构各向异性的宏观表现。其中,强度各向异性起源于土体微观组构的固有各向异性,而塑性诱发各向异性依赖于塑性硬化过程中微观组构各向异性的演化规律。在比例加载条件下土体表现为等向硬化和共轴塑性,而非比例加载条件下表现为等向-运动硬化和塑性非共轴性     

长江中下游成矿带及邻区地壳剪切波速度结构和径向各向异性

收集了安徽、江西、浙江、江苏、湖北和河南6个省的区域地震台网138个宽频地震台站以及中国地质大学(北京)在长江中下游成矿带布设的19个流动宽频地震台站的三分量背景噪声数据,利用背景噪声面波层析成像方法,获得了长江中下游成矿带及其邻区地壳三维剪切波速度结构和径向各向异性特征.首先获得了5~38s周期的瑞利波和勒夫波相速度,结果显示短周期(16s)的瑞利波和勒夫波相速度与研究区内的主要地质构造单元具有良好的相关性,但在中长周期(20~30s)瑞利波相速度显示大别造山带东部为明显低速特征,而勒夫波相速度并未表现出异常特征.研究区域地壳三维有效剪切波速度和径向各向异性结果显示:苏北盆地和江汉盆地上地壳都表现为低速和正径向各向异性特征,华北克拉通东南部也表现为正径向各向异性,这可能与盆地浅部沉积层的水平层理结构相关.大别造山带中地壳显示为弱的正径向各向异性,同时其东部下地壳显示为低剪切波速度和强的正径向各向特征,可能是由于其在造山后发生了中下地壳的流变变形,引起各向异性矿物近水平排列所导致的.长江中下游成矿带内的鄂东南和安庆—贵池矿集区中地壳弱的负径向各向异性可能是由于深部岩浆向上渗透时所产生的有限应力导致结晶各向异性矿物的垂直排列所引起的.整个长江中下游成矿带下地壳都表现出正径向各向异性特征,可能是由于在伸展拉张的构造作用力下,下地壳矿物的晶格优势水平排列所引起的.