Microcrack networks in granite affected by a fault zone: Visualization by confocal laser scanning microscopy

Microcracks in the Cretaceous Ryoke-type granite in Japan were investigated by using deep drilling core samples collected in the Mizunami Underground Research Project of the Japan Nuclear Cycle Development Institute (JNC). The granite body suffered brittle deformation associated with Tertiary thrust movement. Based on core-scale and microscopic deformation features, the drill core from a depth of 300 to 700 m is divided into four domains, i.e. (A) undeformed granite, (B) granite intruded by cataclastic seams, (C) fractured granite in the fault damage zone, and (D) foliated cataclasite at the fault center. To characterize microcrack geometries in each domain, we employed the impregnation method using a low-viscous acrylic resin doped with fluorescent agents and captured the microcrack images by confocal laser scanning microscopy (CLSM). The CLSM image in the fault damage zone revealed anisotropic development of microcrack networks related to the fault movement. Both CLSM observation and porosity measurements reveal a drastic increase of micro-pores in the foliated cataclasite, possibly caused by fragmentation, and granulation and crack sealing in the fault zone.     

地脉动及特殊波形的频谱特性在地震预报中的应用

利用功率谱和Ｓｏｍｐｉ谱分析方法,对大震前地脉动及震前特殊波形等记录进行了比较深入的研究,结果表明：（１）较大地震前短周期地脉动及震前特殊波形频谱的峰值频率ｆｍ,拐角频率ｆｃ相对频带宽度△ｆ相对峰值Ｓｍ／Ｓ０,高频段的斜率绝对值│ｂ│及Ｓｏｍｐｉ谱的卓越频率ｆｄ等特征量均可能出呈现出较明显的下降（少数为上升）异常变化。（２）各频谱特征量呈现异常的时间基本上同步,并与波速异常发展趋势基本相符,（３）     

台风激发的第二类地脉动特征及激发模式分析

0.003~1 Hz频段的地脉动主要来源于海浪运动与固体地球的耦合作用,台风引起的强烈海浪运动往往可使地脉动能量显著增强.由于涉及大气-海洋-固体地球三个圈层之间的复杂动量传递与耦合过程,迄今为止,关于台风激发地脉动的具体源区位置及激发机制尚存在争议.本文选取日本、中国东南沿海及台湾地区的地震台站波形连续记录,研究了2008年台风"森拉克"和"黑格比"激发地脉动的时频特征,开展相应数值模拟,并与观测数据进行了对比分析研究.结果表明台风激发第二类地脉动存在两种主要模式:(1)近岸源区激发,即台风引起波浪入射至海岸反射并与后续来波相互作用形成驻波作用于海底而激发;(2)台风中心附近源区激发,即台风中心移动过程中不同时期激发的同频率波浪相向传播、相互作用产生驻波作用于海底而激发,源区位置主要集中于台风中心左后方.此外,结合波浪再分析数据、台风风场特征,我们进一步对第二类地脉动激发过程中的影响因素进行了分析,发现:第一种模式激发的地脉动与近岸源区波浪场强度、观测点至源区距离及台风中心至海岸线距离等因素相关;而第二种模式激发的地脉动则主要受台风中心附近波浪场的频率成分与传播方向影响.     

2016年台风“尼伯特”激发微地动的频率特征分析

台风可以改变海面波浪状态并激发出微地动信号，该信号可以传播至陆地并被宽频带地震仪记录到。本研究以201601号台风"尼伯特"为例，利用短时傅里叶变换，分析了7月3日12时至7月9日0时台风期间中国台湾和日本114个宽频带地震仪垂向分量信号功率谱特征。分析结果发现，在7月5日至7月7日之间，当台风距离台站1500~2000km时，中国台湾、琉球群岛及屋久岛的33个地震台站的地振动信号功率谱密度值显著增强，7月5日前后，在0.4Hz频率左右出现功率谱密度值增强的现象，之后由高频转至低频，7月7日左右功率谱密度值增强频率变化至约0.2Hz。利用全球地震背景噪声能量辐射模型模拟KGM台站所在位置（128.22°E，26.76°N）的双频微地动功率谱，结果表明7月5日至7日0.2~0.4Hz功率谱密度值增强，频率由约0.4Hz变化至0.2Hz的现象为海岸线反射效应所致。     

致密砂岩衰减岩石物理图板分析:储层微裂隙预测

致密砂岩储层普遍具有孔隙度低、微裂隙发育的特点,岩石内部常含有强烈的结构非均质性.致密砂岩发育的微裂隙使储层具有良好的连通性,促成高饱和气的天然气成藏.针对川西某探区须家河组高含气饱和度致密砂岩,本文选取致密砂岩岩心样本,进行了不同围压下的超声波实验测量.考虑储层完全饱气情况下的粒间孔隙、微裂隙双重孔隙结构,采用Biot-Rayleigh双重孔隙方程,构建致密砂岩岩石物理模型,进而分析了裂隙含量对纵波频散和衰减的影响.基于地震波衰减,构建了致密砂岩多尺度岩石物理图板.采用谱比法和改进频移法估算致密砂岩样本及储层衰减,对超声和地震频带下的图板进行校正.将校正后的图板应用到研究工区,选取二维测线和三维区块,进行储层孔隙度和裂隙含量的定量预测.对比实际资料进行分析,结果显示,本文预测的孔隙度和裂隙含量与三口测井的孔隙度曲线和实际产气情况基本吻合,基于孔隙-裂隙衰减岩石物理模型有效地预测了优质储层的分布区域.     

波形模板匹配定位方法在北京地区的应用

在地震学研究中，高效的微震检测方法是既重要又具有挑战性的问题。本文对波形模板匹配检测方法、匹配定位技术、波形自相关检测技术进行详细介绍和对比，对国内外应用实例进行总结，并展望微震检测方法应用前景和发展趋势。利用基于图形处理器加速的匹配定位技术和双差地震定位法，对北京地区19个台站记录的2015年连续地震资料进行分析。基于中国地震台网中心提供的地震目录，筛选出245个地震事件作为模板事件，检测得到1229个地震事件，约为地震台网原始地震目录数量的5倍。精定位结果可显示小震沿黄庄-高丽营断裂周边小断裂分布形态特征，本文微震检测和定位结果可为研究北京地区地震活动性与发震断层深部构造提供基础数据支撑。     

Microscopic observation and contact stress analysis of granite under compression

To study the damage process of microscale to macroscale in coarse-grained granite specimen under uniaxial compressive stress, we have observed micro-damage localization and propagation by using a newly developed experimental system that allows us to observe the damaging process continuously.

The results showed that pre-existing microcracks lead to macroscopic shear fracture through the damage development process. The mechanism of micro-damage initiation in a granite specimen under uniaxial compressive stress may be considered for two cases. One is that two grains such as quartz and feldspar contact each other in the same direction as the axial stress, and the other is that a biotite grain inclined to the axial stress direction is surrounded by feldspar grains. The homogenization theory was applied to verify numerically the micromechanics of stress-induced damage in the mineral contacts. Local stress distribution in the periodic-micro structure was also calculated by the homogenization theory. It is shown that this analysis, which takes into account the initial state of the specimen, is well adapted to the behavior of two grains for which microcracking is the fundamental mechanism of damage.     

基于中国内陆大孔径地震台阵的Rayleigh面波噪声源分布特征研究

Rayleigh面波地震背景噪声成像技术已被成功运用到全球范围不同尺度的地球内部结构的研究中,并以背景噪声场是时空均匀分布为前提假设.然而真实的噪声源分布的时空非均匀性将导致经验格林函数提取存在偏差,最终影响噪声成像结果的精准性.近年来,噪声源分布特征研究逐步成为提高噪声成像精准度、深化地震背景噪声成像的关键问题.本文利用频率-波束域分析法对中国西北地区的一个大孔径台阵(WuTan Array,简称WTA)在2014全年的垂直分量连续记录做了聚束分析,研究了Rayleigh波噪声源分布特征.结果显示:WTA台阵成功探测到了10～20s周期范围的来自于全球不同方位的Rayleigh波噪声信号,其源区分布具有明显的季节变化特征:冬季集中分布在北大西洋方位,而夏季则转为印度洋方位噪声信号最强.此外,Rayleigh波噪声源区空间分布还表现出一定的频率依赖性,即在较低频段(0.0488～0.0635Hz)在北大西洋、北太平洋、印度洋及西太平洋四个方位均有分布;而在频率较高频段(0.0928～0.1025Hz)则集中分布于西太平洋方位.Rayleigh波噪声源时空分布特征和频率依赖性与海洋活动本身的季节性变化和频谱特征有关.并初步推测本文所观测到的Rayleigh波是由加剧的海浪运动直接作用于海岸、大陆架或海底而激发产生的第一类地脉动噪声信号.     

脆性材料强破裂前兆的初步研究

本文依据现有的实验结果初步研究脆性材料在破坏孕育过程中发生的强破裂的前兆特征.以应变(形变)突变、破裂弹性波限幅等物理变化特征确定强破裂;研究总结了不同试样、两种加载方式的破坏试验中的多个强破裂的前兆特征变化:一类为包括定点和场的应变变化特征,另一类为包括声发射率(破裂频度)、b值、波谱及微破裂时空分布等的声发射变化....     

云南地区地脉动噪声特征分析研究

对地震台站记录到的长时间背景噪声进行互相关可以得到台站间的格林函数, 进而可以对地下介质波速结构和波速变化进行研究。 对背景噪声来源方向和时空演化规律的分析, 是提高结果可靠性的重要基础。 本文利用分布在云南境内的43个宽频带固定台站2008—2010年的垂直分量记录, 计算了两两台站之间的互相关函数, 并用平均能量流的方法研究了云南地区5~10 s以及10~20 s两个频段内地脉动噪声能量的空间分布和时间演化。 研究结果表明, 云南地区5~10 s的地脉动噪声能量优势方向存在明显的季节性变化, 夏季优势能量方位角为180°~210°, 冬季则为70°~100°。 而10~20 s的地脉动噪声优势方向方位角较为稳定, 为180°~210°。 在这两个频段内噪声能量的强度都表现出了较强的季节性变化。 同时发现在5~10 s频段瑞利面波之前存在视速度接近30 km/s的前驱信号, 并对其可能来源进行了分析。