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为了深入理解断层带摩擦滑动速度依赖性转换及其机制,利用双轴摩擦实验对干燥及含水条件下岩盐断层带摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥岩盐断层带在0.1~100 μm/s的速度范围内表现为速度弱化,增大σ2会使断层带向速度强化转变;含水条件下岩盐断层带在1~100 μm/s的速度范围内表现为速度弱化,而在0.1~0.01 μm/s的速度范围内表现为速度强化,速度依赖性转换出现在0.1~1 μm/s,其中断层表现为振荡或应力释放时间较长的黏滑事件;岩盐断层带在干燥条件下表现出很强的声发射活动,每个黏滑均对应一丛声发射事件,而在含水条件下一次黏滑只对应一个声发射事件.显微观察表明,局部化的脆性破裂是速度弱化域的主要变形机制,分布式的碎裂流动是干燥岩盐断层带在速度强化域的变形机制,颗粒边界迁移以及压溶作用的塑性变形是含水条件下岩盐断层带在速度强化域的主要变形机制,而脆性破裂和塑性变形共同控制着速度依赖性转换域断层带的变形.水的存在促进岩盐发生塑性变形,进而导致断层带从速度弱化向速度强化转换.上述结果有助于理解断层带上地震活动的特征和慢地震的机制. 相似文献
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为更好地理解层状硅酸盐对断层强度、滑动速度依赖性及地震活动特征的影响,利用双轴摩擦实验对含白云母岩盐断层带在干燥及含水条件下摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥条件下含白云母岩盐断层带在0.1 ～ 100μm/s的速度范围内表现为黏滑和速度弱化,增大σ2会使断层带从速度弱化向速度强化转化,速度依赖性转换出现在0.1 μm/s,其中断层滑动表现为稳滑或应力释放时间较长的黏滑事件;含水条件下含白云母岩盐断层带在0.05 ～0.01μm/s的速度范围内表现为速度强化,0.1 ～10μm/s的速度范围内表现为速度弱化,50～100μm/s的速度范围内又转换为速度强化行为.含白云母岩盐断层带在干燥条件下一次黏滑伴随一个或一丛声发射事件,而在含水条件下与稳滑相对应,滑动过程中并未记录到声发射事件.显微结构观察表明,速度弱化域的主要变形机制是岩盐颗粒的脆性破裂和局部化的滑动;干燥条件下,速度强化域的主要变形机制是岩盐颗粒的均匀破裂;含水条件下2个速度强化域对应不同的微观机制,高速域的速度强化受控于岩盐颗粒在白云母相互连结形成的网状结构上的滑动及其均匀碎裂作用,而低速域的速度强化还受岩盐的压溶作用控制.通过与岩盐断层带摩擦实验结果对比可知,白云母的存在对于燥岩盐断层带摩擦滑动方式和速度依赖性没有显著影响,而在含水条件下白云母的存在使得岩盐断层带滑动趋于稳定.实验结果为分析含层状硅酸盐断层的强度和稳定性提供了依据.此外,在速度依赖性转换域上观察到的应力缓慢释放的现象进一步证实了在岩盐断层带摩擦滑动过程中观察到的现象,这对慢地震机制研究具有参考意义. 相似文献
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基于速率-状态摩擦定律,速度弱化是断层失稳的必要条件,速度弱化向速度强化的转换控制着断层从不稳定滑动向稳定滑动的转换.因此,断层摩擦滑动的速度依赖性转换是涉及断层带上地震活动特征、地震成核深度等的重要问题. 相似文献
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基于岩石摩擦的速率-状态摩擦定律,速度弱化是断层失稳的必要条件,速度弱化向速度强化的转换控制着断层从不稳定滑动向稳定滑动的转换.因此,断层摩擦滑动的速度依赖性转换涉及断层带上地震活动特征、地震成核深度以及慢地震机制等重要问题. 相似文献
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为了研究下地壳主要造岩矿物之一的辉石在摩擦滑动中的力学性质,本文选择辉石中的透辉石作为实验样品,在约200 MPa有效正应力（30 MPa孔隙水压）及100~600℃的热水条件下进行了速度阶跃摩擦滑动实验,在滑动开始后将剪切滑动速率在0.122 μm·s-1和1.22 μm·s-1之间进行切换来确定摩擦滑动对速度变化的响应.通过实验发现：透辉石在102~200℃表现为速度强化,随着温度升高,在约215℃附近从速度强化转变为速度弱化.在310℃以上,速度弱化的程度受温度的影响不大,而且摩擦本构参数a值和b值随温度的变化趋势相同.对变形样品的显微观测发现,与其速度强化行为相对应的微观变形主要以数条平行的R1剪切为主,卸样时造成的裂纹集中在R1剪切内部,形态长而曲折;与其速度弱化行为相对应的断层泥内部,剪切带变窄且数量明显增加,在内部互相连接,在边界附近多发育B剪切,卸样时形成的裂纹大量存在于B剪切带与R1剪切附近,形态短且平直. 相似文献
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为探究脆塑性转化带断层的力学性质和滑动稳定性，本文采用干燥的Carrara大理岩预切断层(saw-cut)样品，在气体介质三轴高温岩石力学实验仪上开展了摩擦实验研究，实验温度70～400℃,围压30～100 MPa,位移速率在0.08μm·s-1, 0.4μm·s-1, 2μm·s-1之间切换.实验力学数据揭示，不同围压下Carrara大理岩断层摩擦系数随温度变化规律不同：低围压(30 MPa)下，摩擦系数随温度升高先增大后减小，中高围压(≥70 MPa)下摩擦系数则表现为随温度先减小后增大.断层摩擦滑动行为在100～300℃的范围内表现出由稳定的速度强化转化为不稳定的速度弱化，且在400℃左右重新转变为稳定的速度强化.实验后断层滑动面形貌和微观结构分析表明，稳定滑动断层面为高反射镜面，擦痕清晰；黏滑断层面为有光泽的凹凸不平的表面；最高围压下蠕滑的断层面粗糙无光泽，擦痕不可辨别.本文认为受温度激活的塑性变形过程逐步主导了岩石变形，对断层激活发生不稳定滑动至关重要，而高围压则会抑制断层的不稳定滑动.本研究结果不仅为识别野外... 相似文献
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蒙脱石的脱水作用对断层摩擦本构行为的影响 总被引：4，自引：3，他引：4
利用高温双轴摩擦装置，研究了含蒙脱石的断层带在不同温度下摩擦滑动的速度依赖性，以期了解脱水作用对摩擦行为的影响。结果表明，断层带摩擦强度随温度而升高，而速度依赖性较为复杂，以１．４ｕ／ｓ为界，室温和１００℃时，低滑动速率下表现为微弱的速度弱化，高滑动速率下则表现为速度强化；２００℃时均为速度强化；３００℃时高滑动速率下仍为速度强化，但低滑动速率下转变为速度弱化；４００℃以上，均为明显的速度弱化。摩擦行为的变化与脱水过程及相应的断层物质变形方式的变化密切相关 相似文献
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断层同震滑动的实验模拟——岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展 总被引：1，自引：0，他引：1
岩石摩擦实验是断层力学和震源物理实验研究中主要的手段之一.传统低速率的岩石摩擦实验与以之为基础建立的速率状态变量摩擦本构关系理论体系,对于认识断层摩擦滑动稳定性和地震成核等地震成因机制问题具有重要意义.近20年来,断层力学领域兴起了用于模拟断层同震动态滑动的岩石高速摩擦实验.这种新的实验模拟方法揭示出断层同震滑动存在明显的摩擦生热效应,断层的力学性状主要表现为显著的滑移弱化和速度弱化,断层带物质在断层高速滑移过程中经历了各种复杂的物理化学变化.这些研究成果对于认识和评估断层同震弱化机制、断层带强度、地震能量分配、断层破裂模式、断层愈合等问题均具有重要启示.本文对岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展进行了总结,提出了目前的前沿性问题和值得开展的工作. 相似文献
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为探索断层岩石摩擦特性对于断层力学性质的影响,我们采集了龙门山汶茂断裂韧性剪切带中的富含层状硅酸盐矿物的糜棱岩样品进行了水热条件下摩擦滑动实验研究.实验在三轴压机之上完成,实验温度为100~600℃,有效正压力100MPa,孔隙水压分别为30MPa和130MPa.为获得摩擦滑动的稳定性参数(a-b),剪切滑移速率在1.22μm·s-1,0.244μm·s-1和0.0488μm·s-1之间切换.实验发现在200~500℃的温度范围内,摩擦系数随着温度的增加而显著增大(约0.56~0.72).在200~300℃范围内,随温度的升高糜棱岩的摩擦滑动表现出由稳定的速度强化向不稳定速度弱化转变的趋势.在有效正压力不变的情况下,孔隙水压的增大会促进糜棱岩的摩擦滑动在500~600℃温度范围内由不稳定的速度弱化向稳定的速度强化的转变.实验给出的断层在原地深度处的脆性和塑性变形机制的转变,有助于理解断层深部的地震成核机制以及成核的温压条件. 相似文献
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地震是断层的摩擦失稳过程.摩擦本构关系对断层的破裂成核、破裂传播、破裂速度、能量释放、破裂终止等起着至关重要的控制作用.为了比较不同摩擦关系在断层自发破裂动力学过程中的影响,文中引入目前应用最为广泛的4种典型摩擦本构关系,它们分别是：滑移弱化摩擦关系,速率弱化摩擦关系,以及速率-状态相依摩擦关系中的老化定律和滑动定律.研究中利用有限单元方法对上述4种摩擦关系控制的断层自发破裂过程分别进行模拟计算,模拟结果显示：当模型参数相同时,不同摩擦关系模拟的破裂行为总体上具有一致性,都可以产生亚剪切破裂或超剪切破裂,并且破裂传播速度的大小与摩擦本构关系的类型无关.此外,它们之间还存在着较大的差异：（1）速率弱化摩擦关系可以模拟脉冲型破裂;而其他3个摩擦关系只能模拟裂纹性破裂.（2）不同摩擦关系模拟的超剪切破裂转换长度不同,速率-状态相关摩擦关系的老化定律相比其他摩擦关系需要更大的转换长度才能实现亚剪切破裂转变为超剪切破裂;而速率弱化的摩擦关系的超剪切转换长度可以为0,即不需要转换距离就直接产生超剪切破裂.（3）速率弱化摩擦关系模拟的破裂速度自成核后很快就达到稳定值;而其他类型摩擦关系模拟的破裂传播则要经历由缓慢破裂到逐渐加速直至达到稳定破裂的过程.值得特别指出的是,本文所使用的4种摩擦关系都不能完整地反映实际大地震破裂过程的摩擦属性,需要进一步深入研究. 相似文献
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为了探讨大陆地壳断层深部的力学性质,我们选择了采自红河断裂带的糜棱岩作为实验样品,进行热水条件下的高温高压摩擦滑动实验.实验在一个以气体为介质的高温高压三轴实验系统中进行.实验条件是：有效正应力为200 MPa;孔隙水压为30 MPa（在400 ℃到600 ℃之间为超临界水条件）;温度为100 ℃到600 ℃;轴向加载的速率范围从0.04 μm/s到0.2 μm/s再到1 μm/s.实验结果表明：（1）当温度小于300 ℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而增大;当温度大于300 ℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而减小.这种趋势和以往花岗岩的摩擦滑动数据基本一致;（2）糜棱岩在200 ℃和400 ℃时表现为速度弱化,其余温度下为速度强化;（3）糜棱岩与已有花岗岩的摩擦滑动数据并不完全一致;（4）花岗质糜棱岩速度弱化向速度强化转变的温度在430 ℃附近,以此我们可以推测：在变形机制为摩擦滑动的深部条件下,地震成核的深度范围可以比以往的估计更深. 相似文献
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黑云母是自然界常见的层状硅酸盐矿物,其摩擦系数不高且化学稳定性好,对其摩擦性质的关注可能会对弱断层的研究有所帮助.本次工作选取的实验温度条件对应于典型地壳强度模型中脆塑性转化带的范围,为300 ℃和400 ℃.有效正应力为200 MPa,孔隙水压包括10 MPa和30 MPa,在此条件下对黑云母模拟断层泥进行摩擦实验研究.实验得出黑云母的摩擦系数平均在0.36左右.速度依赖性随温度升高速度弱化的程度增强,表现为300 ℃为十分微弱的速度弱化,而在400 ℃出现了黏滑行为,代表了更强的速度弱化.显微结构中同时出现了脆性剪切变形和塑性扭折变形,但决定宏观力学性质的显然是脆性剪切变形.在黑云母存在的情况下,本研究的实验结果有助于理解大陆地壳脆塑性转化带中地震的可能性和弱断层深部的变形机制、宏观力学行为以及地震活动. 相似文献
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ShengLi Mi ShunYun Chen PeiXun Liu XiaoYan Hu KaiYing Wang YuanMin Huang 《中国科学D辑(英文版)》2008,51(10):1436-1445
Studying the effect of geometrically irregular bodies on the mechanical behavior of fault activity is of significance in understanding the seismic activity along a fault zone. By using rock mechanics ex- periment with medium-scale samples, we have studied the effect of fault jogs, the most common irregularity along fault zones, on frictional behavior. The research indicates that extensional fault jog can be easily fractured because of its low strength and the fractured jog has no obvious resistance to fault sliding, and the micro-fractures occurring in the jog are indicative of stick-slip along the faults. The fault zone containing extensional jogs is characterized by velocity weakening and can be described by rate and state friction law. Compressional fault jog makes fault sliding more difficult because of its high fracturing strength, but the micro-fractures occurring in the tensile areas around fault ends at higher stress level can provide necessary condition for occurrence of stick-slip along the faults before the jog is fractured and thus act as precursors of fault instability. Compression jog can be taken as a stable indicator of fault segmentation until the jog is completely fractured and two faults are linked. 相似文献
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郯庐断裂带是中国东部最大的一个活动构造带,其内部结构非常复杂,不同区段表现出不同特征的构造样式.本文采用浅层地震反射波成像技术对郯庐断裂带宿迁段的近地表结构进行了高分辨率成像,利用该区已有的深地震反射剖面数据,采用初至波层析成像方法获得了郯庐断裂带的浅层P波速度结构.结果表明,郯庐断裂带宿迁段是一个由多条断裂以及凹陷和隆起构成的复杂构造带,且新生代地层厚度和地震波速分布明显受到断裂的影响与控制.郯庐断裂带的东、西两侧为基底隆起区,近地表速度结构呈现为明显的高速特征,新生代地层厚度小于200m.郯庐断裂带总体显示为低速凹陷结构,新生代地层厚度在300～600m之间变化,最厚处位于宿迁市的陵城镇附近.郯庐断裂带宿迁段主要由5条断裂构成,从这些断裂的上断点埋深和第四纪活动特征来看,郯庐断裂带的东边界断裂F_1和西边界断裂F_4的活动性相对较弱,为第四纪早期活动断裂.断裂F_2和F_3控制了郯庐断裂带内部的新生代凹陷,两者的活动时代分别为中更新世和晚更新世.安丘—莒县断裂F_5位于断裂F_1和F_2之间,由2条相向而倾的分支断层F_5和F_(5-1)构成,其活动时代分别为全新世和晚更新世.研究结果为进一步认识郯庐断裂带宿迁段的近地表特征及其活动性提供了新证据. 相似文献
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CHARACTERISTICS OF TECTONIC STRESS FIELD OF THE XIAOWAN RESERVOIR BEFORE AND AFTER THE IMPOUNDMENT 
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下载免费PDF全文 Using the seismic waveform data of Xiaowan seismic network and Yunnan seismic network, we determined the focal mechanisms of 36 earthquakes(ML ≥ 3.0)from Jun. 2005 to Dec. 2008 and 51 earthquakes(ML ≥ 2.5)from Jan. 2009 to Dec. 2015 by generalized polarity and amplitude technique.
We inverted tectonic stress field of the Xiaowan reservoir before impounding, using the focal mechanisms of 36 earthquakes(ML ≥ 3.0)from Jun. 2005 to Dec. 2008 and CAP solutions of 58 earthquakes(ML ≥ 4.0)collected and the solutions in the Global Centroid Moment Tensor(GCMT)catalog; We inverted local stress field of the reservoir-triggered earthquake clustering area, using 51 earthquakes(ML ≥ 2.5)from Jan. 2009 to Dec. 2015.
Focal mechanisms statistics show that, the Weixi-Qiaohou Fault is the seismic fault. Focal mechanisms were strike-slip type in initial stage, but normal fault type in later stage. Focal depths statistics of 51 earthquakes(ML ≥ 2.5)show that, the average value of focal depths in period Ⅰ, period Ⅱ and period Ⅲ are 8.2km, 7.3km and 7.8km respectively and the standard deviations are 4.3km, 3.5km and 6.0km respectively. The average value of focal depths is basically stable in different period, only the standard deviation is slightly different. Therefore, there is not positive connection between focal depth and deviation of focal mechanisms. What's more, there are 2 earthquakes(number 46 and number 47 in Fig.5 and Table 3)with almost the same magnitude, epicenter and focal depth, but they have different faulting types as normal and strike-slip. The focal mechanism of event No.46 is strike:302°, dip:40° and rake:-97° for plane Ⅰ, however, the focal mechanism of event No.47 is strike:292°, dip:82° and rake:140° for plane Ⅰ. Likewise, earthquake of number 3 and number 18 have similar characteristic. Therefore, the obvious focal mechanism difference of similar earthquake pair indicates the complexity of Weixi-Qiaohou Fault.
Considering the quiet-active character of reservoir-triggered earthquakes, we discussed the change of local stress field in different period. The σ1 of tectonic stress field was in the near-south direction, with a dip angle of 14° before the impoundment, however, the direction of σ1 of local stress field changed continuously, with the dip angle getting larger after the impoundment. The direction of σ1 of local stress field of reservoir-triggered earthquake clustering area is close to the strike of Weixi-Qiaohou Fault, and reservoir impoundment increased the shear stress in the fault, so the weakening of fault was beneficial to trigger earthquakes. Comprehensive analysis suggests that fluid permeation and pore pressure diffusion caused by the water impounding, and the weakening of fault caused by local stress field are the key factors to trigger earthquake in the Xiaowan reservoir. 相似文献