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断层亚失稳模型指出,在临震亚失稳阶段中各种物理量存在规律性的时空演化特征,控制这些物理参数变化的根本原因是震源的力学过程。为深入观测和分析该过程,文中介绍了一套自主研发的64通道、16位分辨率、4MHz采样频率、可并行连续采集的超动态变形场观测系统(UltraHi DAM),首次实现了在4MHz频率下对应变信号和声发射信号的同步采集。依托该系统对断层失稳变形的全过程,特别是失稳前几s到若干μs的瞬态变形过程,即亚失稳准动态阶段进行了精细、深入的观测,解析了相关的震源力学问题,获得以下认识:1)伴随断层局部卸载而出现的应变局部化加速是进入亚失稳准静态阶段的近场判据;2)亚失稳准动态阶段的应变场特征(应变调整)表现为以应变逐点的逐次加速和往复传递;3)准动态过程中每个子阶段都存在短暂的准备期,其可能有助于临震预测;4)一次断层失稳事件(实验室地震)可以伴随发生多次震源应变高频震荡以及对应的多次声发射事件。 相似文献
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亚失稳阶段是断层临近失稳的最后阶段,识别断层亚失稳状态,对评估断裂区内的断层失稳危险性具有重要意义．含平直走滑断层的岩石样品在卧式双轴伺服控制压机上加载产生黏滑,同时用高速相机以1000帧S_的速度记录样品变形,失稳过程中的数字图像,然后采用数字图像相关分析方法计算样品表面变形场,并通过定义表征断层位移累计值相对离散程度的协同化系数来描述断层失稳过程的协同化特征,结果表明：（1）局部预滑区进入亚失稳阶段之前,扩展速率非常缓慢;进入亚失稳I阶段后,扩展速率有所增加,但仍很缓慢,属于准静态扩展;在亚失稳II阶段,在占整个亚失稳阶段～1．5％的时间段内,断层先是以～0．9mS。的速率扩展,继而快速贯通整个观测区域,此时断层已转为准动态扩展．（2）在亚失稳I阶段断层位移协同化系数降为进入亚失稳前的一半,在亚失稳II阶段这一系数再降为进入亚失稳前的四分之一．这一系数持续下降意味着断层位移协同化作用的加强,亦可作为断层进入亚失稳阶段的特征之一．（3）此外,在断层失稳滑动阶段,观测区内断层出现三次整体滑动：初始滑动,快速滑动和调整滑动．断层在三次滑动之间存在两次短暂的停顿过程． 相似文献
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作为构造地震的基本物理模型,断层失稳是否可以被简单地划分为应变积累的粘滞阶段与应变快速释放的地震滑动阶段两个部分,并用弹簧滑块组合来解释是一个根本的问题。近几十年来,对失稳前断层状态的研究反映出很多研究者已经意识到这个阶段的复杂性,例如成核相、临界扩展尺度、局部化等研究的出现。亚失稳模型的提出把临震阶段的研究推向了深入,指出临震亚失稳阶段之中各种物理量存在规律性的时空演化特征,控制这些物理参数变化的根本原因是震源力学过程的时空演化规律。为此,需要研发高速多通道多参数并行连续记录的实验观测系统,依托这个系统对断层失稳变形的全过程,特别是失稳前几秒到微秒级别的瞬态变形过程,以及失稳滑动瞬态过程进行精细深入的观测,解析相关的震源力学问题。我们研发了一套64通道,16位分辨率,4 MHz采样频率并行连续采集的超动态变形场观测系统,首次实现了应变信号和声发射信号的同步采集。该系统在技术上处于国际同类实验室领先水平。基于该系统完成了多组实验,共获得209个失稳滑动事件,记录到约42 TB应变和声发射实验数据。实验证明,该系统具有很好的稳定性,为开展预滑、亚失稳、动态加速过程、失稳滑动瞬态过程等研究提供了一个全新的技术平台。以此系统为基础对断层失稳全过程进行观测,对断层亚失稳阶段,特别是亚失稳准动态阶段以及瞬态失稳阶段的变形场信息进行了精细深入的观测。获得以下结论:(1)伴随有断层局部卸载而出现的应变局部化加速是进入亚失稳准静态阶段的近场判据。在理论模型的描述中,亚失稳阶段的开始以样品宏观变形的应力曲线进入峰值后为标志。从沿断层的应变观测可以确认,峰后的整体应力下降在样品内部体现为个别段落的卸载,也就是说,从以全场稳态变形为主的应力积累阶段转变为局部卸载为主的亚失稳准静态阶段。在这个阶段中,断层各段通过相互加卸载作用使局部化进一步加强,该特点可作为进入亚失稳阶段的近场判据。(2)亚失稳准动态阶段存在应变波动的往复传递。亚失稳准动态阶段以逐点应变波浪式的往复传递为表现形式,在本文研究分析的实验中,准动态阶段可以分为3个子阶段(AA1、A1A2和A2A3阶段),每个子阶段对应一次应变波动的传递事件。第一阶段,应变波动的传递开始于断层中部并向上端的高应变区逐点释放;第二阶段,在上次应变传递的终点,一个新的应变波动出现并向断层下端反向传递,影响范围超过了第一阶段波动的起始位置并到达断层下端;第三阶段,在第二次应变波动到达的断层下端位置,再次出现新的向断层上端反向传递的应变波动。最后一次应变波动的传递贯穿了整条断层并到达断层上端的高应变区,使得累加应变达到了局部的剪切强度。最终从高应变区开始,整条断层带周边的应变能快速释放,造成"地震"。3个阶段中,应变波动传递的周期越来越短,速度越来越快,平均速度依次成几十倍递增。第一阶段,应变传递时间约7 s,平均速度约为16 mm/s;第二阶段,应变传递时间约0.16 s,平均速度约为920 mm/s;第三阶段,应变传递时间约0.017 s,平均速度约为17 600 mm/s(17.6 m/s)的速度扩展至整条断层。(3)准动态过程每个子阶段都存在短暂的准备期。准动态过程中,每个子阶段的应变传递开始前,在上一次应变传递的停止区域,会出现一个短暂的应变准备期,随后才能进入下一阶段的应变波动传递过程。第二子阶段的应变波动传递开始之前,在第一子阶段波动传递终点区域出现一个时长约为100 ms的应变准备期,随后开始第二阶段的应变波动传递;同样地,第三子阶段的应变波动传递开始,在第二子阶段应变波动传递终点区域出现一个时长约为25 ms的应变准备期,随后开始第三子阶段的应变波动传递;最终,在断层整体快速应变释放前,在第三子阶段应变波动传递终点区域出现一个时长约为3 ms的应变准备期,随后断层整体应变快速释放,发生"地震"。断层出现过渡带的原因可能是传递到端点的应变波动释放的应变并不足以引发断层整体滑动,需要重新积累应变直至产生下一次波动事件。应变准备期的出现,特别是断层瞬态失稳前的短暂应变准备期,可能为临震预测提供依据。(4)断层瞬态失稳初期存在同震高频应变震荡。在断层瞬态失稳初期,存在数次高频应变震荡,频率约为2 k Hz,频谱上限约为15 k Hz,单次应变震荡周期约为0.5 ms。每次高频振荡都伴随有一次实验室地震(声发射)事件,称其为同震高频应变震荡。虽然每次高频震荡在时间上存在一定的先后关系,但是由于在测点等间距的情况下走时时差不同,且存在应变波反向传播的情况;另外,各点应变波振幅水平大致相同,没有从震荡初始位置向两侧振幅衰减的特征。所以各点之间并不表现为应变波的传播关系。(5)存在毫秒时间尺度的同震子事件。在断层失稳阶段,如果出现"双震",每次"子地震"都对应一个或数个高频同震应变振荡波。同时,各次高频震荡的发震位置可能不同。这与中频系统所看到的多点震源情况类似,也就说明在不同的时间尺度上都可以观测到多点震源的情形。(6)断层整体止滑前存在应变波动的反向传递。在数次高频震荡结束后,出现一个相对低频的反向应变波动从断层另一端传递至发震位置,本次反向脉冲并不伴随有声发射现象。此后,断层整体同震阶段结束,各点开始在自己的应变水平上进行阻尼式的高频震荡。这个反向传递的应变波动可能包含着地震停止和断层止滑的重要信息。(7)浅震源环境下的三轴试验验证。与此同时,为了验证亚失稳阶段和瞬态失稳阶段在浅震源压力环境下是否符合类似规律,在三轴围压容器内完成多组实验。浅震源环境下的断层失稳实验表明,亚失稳阶段和复杂的断层瞬态失稳阶段在浅震源压力环境下依然存在,其进程与在双轴加载系统环境下的观测结果相符。 相似文献
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正地震过程伴随着岩体的破裂与断层的摩擦滑动失稳过程。断层的扩展与失稳过程一直是地震学研究的基本问题,观测变形过程物理场演化特征,建立失稳模式,对于理解和认识地震机制具有重要的参考和应用价值。地震过程可以简单地划分为地震孕育阶段、地震发生阶段和震后调整阶段。3阶段中,地震发生过程瞬间的记录尤其缺乏,特别是对地震瞬间的近场力学过程所知甚少。但是,短时间内,大面积提高现场地震力学过程瞬态场的观测具有相当难度。因此,在实验室模拟断 相似文献
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雁列式断层变形过程中物理场演化的实验研究（一） 总被引：21，自引：3，他引：21
在双轴压缩条件下对挤压型和拉张型雁列式断层变形破坏过程中声发射、断层位移及应变场的时空演化进行了实验研究。研究表明，两类雁列式断层具有类似的变形破坏过程，即前期以雁列区的破裂贯通为主，后期以沿断层的滑动为主。但挤压型雁列区内可积累较高的应变能，有较强的应变释放和声发射活动，雁列区对滑动始终起着阻碍作用；而拉张型雁列区内难以产生快速的应变释放和较强的声发射活动，雁列区对后期的滑动也无明显的阻碍作用。两类雁列区贯通所引起的失稳均有明显的前兆，而在随后滑动过程中失稳前兆的出现，取决于断层不同部位或段落之间是否有应变传递 相似文献
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断层三维扩展过程的实验研究 总被引：3，自引：0，他引：3
实验研究三维断层的形成和扩展对于理解实际断层作用过程具有重要意义．在双轴压缩条件下开展了断层三维扩展过程的实验研究,利用多通道数字化高密度应变观测和基于可见光图像分析的数字散斑相关测量技术对岩石样品应变场的详细结构进行了动态观测和分析,同时利用多通道声发射全波形三维定位系统对样品内部微破裂的发育过程进行了观测．实验结果表明,断层在三维空间的扩展模式与二维明显不同,表现出更复杂的空间展布形态和变形机制．断层的三维扩展过程可以划分为3个基本阶段：第一裂纹扩展阶段——翼裂纹扩展阶段、转换阶段——花瓣裂纹活动阶段和第二裂纹扩展阶段——贝壳断面形成阶段．不同阶段具有不同的主导裂纹扩展方式,并对应不同的变形场和微破裂分布．其中,花瓣裂纹活动阶段在三维断层的发育过程中至关紧要,它是从表面似二维扩展向三维扩展转换的关键,也是三维断层扩展区别于二维断层的核心所在。 相似文献
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实验研究断层黏滑过程的变形演化,尤其是失稳黏滑瞬间的断层位移演化特征,对于了解地震从孕育到发生的全过程具有重要意义.本文基于数字散斑相关方法(digital speckle correlation method, DSCM),用三套图像采集系统(两套低速和一套高速图像采集系统)搭建了断层黏滑过程的多观测区域、多时间尺度的变形场测量系统,并用此系统对一种花岗岩双剪滑动模型的黏滑过程进行了实验研究.对间黏滑期和黏滑期断层位移演化特征进行深入分析的结果表明:间黏滑期断层位移演化体现出空间上的非均匀性和时间上的"趋同化"特征,断层滑动趋同化也许是断层错动匀阻化的一种宏观表现形式;断层黏滑动态过程持续时间非常短(本文300 mm断层黏滑过程持续时间约在1 ms量级),黏滑失稳前会出现预滑,预滑出现到黏滑失稳发生所经历的时间与黏滑失稳过程所用时间相差一个量级;断层的一次黏滑由若干个滑动速度不同的、小的失稳滑动组成,黏滑失稳过程中断层的滑动速度呈现出波动性,整个滑动过程中断层经历了多个高速滑动和低速滑动的交错. 相似文献
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使用双剪粘滑模型模拟自发地震和诱发地震的区域加载过程,利用应变观测系统多点连续观测发震断层附近的局部应变变化。在应力与应变空间上描述了地震过程的区域应力路径和局部应变路径。结果表明,局部应变路径与应力宏观路径的形态差异较大,但两者的转换阶段对应,存在一定映射关系。断层局部变形路径的走向标明了断层所处在的变形阶段。自发地震的应变路径可以划分为3个部分:应变积累阶段、剪应变的线性偏离阶段和失稳滑动阶段。诱发地震的应变路径包括4个阶段:正斜率的应变积累阶段、负斜率的稳态滑动阶段、亚稳态应变僵持阶段、扰动失稳滑动阶段。自发地震与诱发地震有各自的路径模式,可以从应变路径上判别断层稳定性与可能的地震类型。 相似文献
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日本9.0级地震引起的应变阶分析 总被引：5，自引：0，他引：5
利用93个钻孔应变台站记录的日本9.0级地震的观测资料,计算出各个台站记录的面应变的应变阶,通过同震应变阶的张压性变化显示,日本9.0级地震可能对华东、华北和东北地区的影响以张性变化为主.利用稳定时段的观测资料进行理论固体潮标定,得到实际应变阶,利用同震应变阶分析中国大陆主要活动断裂可能受到日本9.0级地震的影响程度时... 相似文献
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作为地壳形变监测的一种手段,地应变观测可监测微尺度下的地表应变变化,其分辨率一般为10-9。目前地震地球物理观测台网在网运行的洞体应变观测台站有111个,分量钻孔应变观测站59个,钻孔体应变测站有68个,产出数据包括原始观测数据、台站预处理数据和产品数据,可为地震研究、地球动力学研究提供重要的数据支撑。 相似文献
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武都分量钻孔应变在汶川MS8.0级地震前的异常变化分析 总被引：1，自引：1，他引：0
通过对武都应变台多年应变资料的处理分析后发现,在汶川8.0级地震发生前,武都台应变有显著的前兆异常变化,它与昆仑山口西8.1级地震前出现的异常有很高的相似度.昆仑山口西地震和汶川地震前都有“α-β-γ”形变阶段,在不同的前兆异常阶段,异常形态有明显的差异,而且各具特点.尤其在β1阶段,EW道、面应变、差应变的异常变化（中期异常）都出现在震前2-3年,持续时间约1年多,而且异常都非常显著.本文详细分析了武都台应变在各个阶段的前兆异常变化特征,并就其原因进行了初步分析. 相似文献
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循环加载高压流变实验中塑性应变分析 总被引：1，自引：0，他引：1
在三轴应力下的流变实验中，通过循环加载方法测出轴向应变，轴向塑性应变和弹性模量随差应力的变化，再根据多孔介质有效弹模理论，计算出岩石变形中孔隙度的变化，在假定岩石骨架不可压缩下，得到体积膨胀应变，然后通过总塑性应变与扩容机制和位错机制应变的关系，分解出位错应变，结果表明：在低围压下（＜100MPa），扩容应变占优势，并伴随着部分位错应变，在高围压下（＞100MPa），位错应变占优势，只有较小的扩容应变。 相似文献
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Design parameters for borehole strain instrumentation 总被引：3，自引：0，他引：3
The response of a borehole strain meter to hydrostatic and shear deformations in an isotropic medium is calculated to facilitate optimum instrument design and produce instrument response factors for parameters typically encountered in installed instruments. Results for an empty borehole are first compared with results for an instrument in intimate contact with the surrounding rock. The effects of the grout used to install the instrument are then examined. Where possible, analytic forms for the response factors are given. Results for typical installations are then presented in graphical form for optimizing instrument design in an environment of known elastic parameters. Alternatively, the results may be applied in the measurement of unknown strain signals, to correct for instrument response or to provide in-situ estimates of the elastic properties of the environment by examination of observed strain response to known strain signals. 相似文献
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钻孔应变在新疆地震预报中的应用实践 总被引：3，自引：0，他引：3
简要总结了新疆十几年来,利用钻孔应变资料进行地震预报的实践。指出用钻孔应变资料预报地震是可能的,尤其是短临预报更是行之有效。实践证明打破年变规律是大震应变异常的主要特征。指数曲线是临震异常的具有规律性的可靠依据。压一张一发震的力学过程是应变异常的动态特点。 相似文献
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选取易县地震台YRY-4型分量式钻孔应变仪2012—2020年观测数据,进行Venedikov调和分析,并对2015—2020年四分量数据S1、S2、S3、S4进行自洽检验,发现应变观测数据连续性、可靠性较高。选取该台2018—2019年钻孔应变原始数据S1、S2、S3、S4,利用面应变S1 + S3、S2 + S4相关系数,分析河北省3次ML≥4.0地震前数据异常变化,并利用剪应变S1 - S3、S2 - S4的大小,分析受抽水干扰的NE分量主应力方位角,判断干扰源方位,结果发现：①面应变与剪应变在地震发生前均会出现异常变化,且剪应变异常变化幅度较大,应与震中相对于观测井的位置有关;②对于受抽水干扰的钻孔应变NE分量,利用剪应变固体潮数据推算主应力方位角,可得干扰源在钻孔应变观测室NW80.96°方位,与实际位置存在一定偏差。 相似文献
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利用花岗岩和砂岩拼合样品，进行双轴加压单面直剪试验，结果表明，对于力学性质差异很大的两种岩石的拼合岩样，破裂孕育过程中岩样上的应变是不均匀的，有的地方很高，有的地方很低。在大破裂发生前，应变在一些点沿原趋势加速上升或下降，在一些点则与原趋势相反，转而下降或上升，还有的点则基本平稳不变。应变场变化的共同特征是：①先出现高应变巾心，接着这个中心沿未来剪切缝从砂岩边缘向拼合岩样中部转移，而原先的高应变中心却逐步变成低应变区——应变空区。②主破裂不是发生在高应变中心，而是在应变空区或高应变中心转变而成的低应变中心处，直至主破裂发生。③微破裂和宏观破裂都由砂岩向花岗岩方向发展。 相似文献