1605年琼山M 7½级地震区现今地应力动态变化特征及对东寨港沉陷的指示意义

文章利用1605年琼山7½级地震区不同区块布设的3个地应力监测台站应变观测数据,进行了地应力动态变化分析并对其记录的应力突变信息进行了提取,分析了2016年3月—2018年5月地应力变化与构造活动情况,并探讨了东寨港地貌演化趋势及其沉陷机理。结果显示:研究区总体受北西向挤压应力场作用,使得位于马袅-铺前断裂与铺前-清澜断裂上盘的演丰和大致坡地区以拉张应力场为主,位于断层下盘的锦山地区以挤压应力场为主;马袅-铺前断裂和铺前-清澜断裂在区域应力场作用下,不断进行非震活动来调整局部应力场,其中,马袅-铺前断裂在2016年3—7月、2017年10月和2018年4月有过多次活动,铺前-清澜断裂在2017年10月和2018年4月有过2次活动,马袅-铺前断裂较铺前-清澜断裂活动能量强;应力场变化趋势指示以铺前-清澜断裂(F13-1)为界,东部有逐步抬升趋势,西部的东寨港可能还会持续沉降;断层活动趋势指示以马袅-铺前断裂(F2-2)为界,东寨港北部演丰地区的沉降速率应该大于南部三江地区;此外,体应变监测数据也指示了位于海南岛南北地震带下部的岩浆活动痕迹。综合研究认为,东寨港沉陷主要受深部岩浆上涌导致的马袅-铺前断裂与铺前-清澜断裂的正断活动控制,并受到全新世海平面变化与软土沉积地层性质导致软土流滑、砂土液化以及海水侵蚀等多方面影响。文章创新性的将钻孔应变观测技术应用于探索海岸带地区典型震陷地貌演化规律与趋势研究,在地应力监测与构造地貌研究领域都有着重要的学术价值,同时,该成果对东寨港地区红树林保护、城镇规划建设等方面亦具有重要的应用价值。

DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪关键技术与应用

文章简述了DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪(简称“钻孔应变仪”)的理论基础,攻关了微位移感知、降噪、控温、性能测试、标定等关键技术,并通过了性能测试,标定结果表明:该应变仪达到了高分辨率(≥5×10^(-11)ε)、宽频带(10~100 Hz可选)、大动态范围(≥1×10^(-3)ε)、24位AD记录、低功耗(<3 W)等技术指标,其性能优于同期美国PBO和日本同类钻孔应变仪,是一款国际领先的地壳运动长期观测仪器,基本能够满足地壳长期应变缓慢积累的蠕变运动和短期应变快速变化的地震火山活动等观测需求。2008年以来,通过20余个地应力台站的应用,该钻孔应变仪记录到大量的地壳形变、断裂活动、同震应变波、应变阶跃、矿压活动等应变信息,并以北长山地应力台站应变监测数据自洽性检验和土耳其地震映震能力分析为例发现:北长山地应力台站电容传感器1#+3#和2#+4#元件应变曲线总体平稳,相关系数R2达到0.95;1#-3#和2#-4#元件的差应变年变化速率为10-8量级,反映出长岛地区以剪切应力为主,且处于地震活动相对高的应力环境;利用该应变仪观测到2023年2月6日土耳其M 7.8级和M7.5级两次地震明显的同震应变响应,尤其是获取了M7.8级主震面波周期为50~60 s,呈现出面波异常,理论上可分辨出100 km范围M0.74级地震产生的应变波,达到了应用示范效果。该钻孔应变仪在地球动力学研究、内动力地质灾害监测等领域具有较好的推广价值和应用前景。

TY系列高精度体应变仪研制及映震能力分析与应用

文章综述了钻孔体应变仪的发展历程,针对体应变仪目前存在的稳定性和带宽不足、标定精度低等问题,创新与改进液压传感器、控制电路、标定方法等技术,研制出TY-2B型钻孔体积应变仪。改进的液压传感器提高了仪器精度,缩小了仪器体积;改善了控制电路,提高了仪器采样率、带宽及稳定性;创新的压电陶瓷标定技术提高了监测数据可靠性。测试结果表明改进型的TY-2B型体应变仪功耗低,小于3 W;长期稳定性好;灵敏度高,分辨率达到10-11ε;高频特性和低频特性好,采样率10~100 Hz,可采集完整地震应变波波形,固体潮波形清晰稳定;体积小重量轻,外径缩小至Φ89 mm,适用于Φ100 mm钻孔,长度1300 mm,重量45 kg,运输和安装方便。经室内检验、野外台站15年的测试,获取了良好的监测数据,体现了高灵敏的映震能力,龙门山北段体应变台站对2010年玉树地震及2023年土耳其地震的观测响应表明TY系列高精度体应变仪不仅是静态应变仪,还是宽频应变地震仪,具有动-静态标定能力,且相对于摆式地震仪有着极宽响应频带的独特优势,既可以观测地壳长期缓慢变形及其积累的特征,还可观测地壳破裂变形的瞬态细微特征。汶川地震以来青川—汉中地区体应变台站及2021年以来广州台站获取的监测曲线长期变化趋势与地震、构造地质等资料所反映的区域地质特征相符,表明TY-2B型体应变仪可在地球动力学研究、地质灾害预测预警等领域推广使用。

东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析

为获取东构造结关键构造部位地应力特征、分析其构造稳定性,采用水压致裂法开展了墨脱断裂带西让段1个地应力孔、11个测试段的原位地应力测量工作。结果表明:61.43~121.34 m测试段最大、最小水平主应力值(SH、Sh)分别为3.05~14.50 MPa和2.16~9.87 MPa,垂向主应力值(Sv)为1.63~3.31 MPa,即SH>Sh>Sv;测点处应力场以水平挤压作用为主,均处于逆断层应力状态,且其主应力值随深度增加而逐渐增大,测点的最大水平主应力优势方位为北东东向;在整个地应力测量深度范围内,侧压系数值(Kav)为1.39~4.38,最大水平应力系数值(KHv)均大于1,且比值随深度的增加而增大,该关键部位区域应力场以水平应力为主导,方向性较强,所有测试段水平应力系数值(KHh)为1.23~1.66,与林芝-通麦段地应力特征参数计算结果基本相似;测点位置98 m以浅地层水平构造应力作用程度较小,应力积累水平较低,保持断层稳定所需的摩擦系数值小于实际断层的临界摩擦系数值,构造环境相对稳定,超过98 m深度地层由于水平构造应力起主要作用,保持断层稳定所需的摩擦系数值接近于实际断层的临界摩擦系数值,存在小概率发生断层失稳滑动的风险;区域强震在墨脱断裂带断层面上造成的左旋走滑方向上及逆冲方向上的库仑应力变化值的叠加量均为负值,抑制了断层的滑动,未能增加墨脱关键区域断层活动的危险性。

地应力作用下鸭绿江断裂带活动对丹东五龙背地热温泉的影响初析

鸭绿江断裂带为郯庐断裂系的重要分支,现今构造活动强烈,沿断裂带出露温泉60余处,地热资源丰富。为查明断裂带南段五龙背地区的现今地应力状态和断层的活动性,研究断裂活动对温泉地热水体的控制作用和远期影响,采用水压致裂法对该区开展了12个测段的原位地应力测量。测量结果显示,在测段深度36.80~215.50 m范围内,最大、最小水平主应力及垂直主应力值(SH、Sh、Sv)分别为6.00~13.52 MPa、3.18~7.26 MPa和0.97~5.7 MPa,总体而言,3个主应力值呈现随深度的增加而逐渐增大的趋势,最大水平主应力方向以北东向为主;断裂带中段(198.60~207.80 m),主应力关系为SH>Sv>Sh,有利于走滑型活动,具有一定潜力的富水导水条件,断裂带上段(36.80~196.63 m)及下段(215.50 m),SH>Sh>Sv,有利于逆断层活动,热流通道纵向连续性欠佳,导水条件较差;根据现今应力场特征与断裂活动的关系推演,五龙背地区温泉水位下降可能是因为断裂在压应力作用下活动,导水系统空间受挤压逐渐缩小,其他方向径流排泄增多,导致温泉水源供给减少;基于库仑摩擦失稳理论,断裂带36.80~113.20 m深度范围内的地应力值达到了其活动需要的应力临界值下限,将来有可能发生错断活动,温泉地热水体的补给通道可能受到断裂活动的影响而发生改变。研究成果在断裂对温泉地热水体控制作用研究方面具有一定的理论意义,并积极探索了断裂带附近地应力测量在地热研究领域中的应用思路。

海洋地质调查工作班报记录辅助软件的开发与应用

班报记录是海洋地质调查工作的重要工作内容,随着海洋地质调查技术的发展,数据采集的自动化程度极大提高,但是班报记录技术没有得到相应的提高,相对增大了工作人员的劳动强度,不利于海洋地质调查外业工作的开展。根据海洋地质调查工作需求设计了一套班报记录辅助系统,为手工记录班报提供辅助,降低外业工作人员的劳动强度,提高海洋物探工作的质量和效率。

深孔空心包体法地应力测量仪及其应用实例

介绍用于深孔地应力测量的深孔空心包体法地应力测量仪的组成结构及辅助工具,并给出该仪器的应用实例。传统的应力解除仪器只适用于浅孔,不适用于深孔。深孔空心包体地应力测量仪将原来井上应变仪、井下空心包体应变计、电子罗盘等集成于一体,制成无电缆微型探头,测量时将微型探头安装到孔内预定位置进行测量。用该仪器在上海市浦东地震监测中心张江观测孔进行实际应用,获得365和385 m深处的三维地应力实测数据,测量结果显示张江观测孔最大主应力近水平,方向为近EW向,最大主应力值为8.5～9.0 MPa,最小主应力近于铅直,大小与上覆岩层压力相近。实测表明深孔空心包体地应力测量仪适用于深孔三维地应力测量。

赵楼煤矿1000m深孔水压致裂地应力测量及其应力场研究

赵楼煤矿是目前国内开采最深的非金属矿山之一,处于曹县—郓城活动断裂带上,区内地质构造较为复杂。为了掌握矿区原岩应力场分布规律,应用深孔水压致裂地应力测量技术开展地应力测量工作,获得该矿区2个钻孔中16个测段的应力状态。测量结果表明:矿区最大主应力随深度增加基本呈线性增大,且在800 m深度处应力值有所变化,最大水平主应力为28.45～45.75 MPa,方向NEE,反映出矿区地应力场以水平应力为主导的特点,测量结果可为矿山建设和开采设计提供科学依据。

龙门山北端青川断层附近应力测量与断层稳定性

汶川8．0级地震后，余震是否沿青川断裂向汉中方向发展，是否还会发生强烈余震成为社会关注的问题。为了查明汶川8．0级地震后青川断层库仑应力的变化，判明余震的发展趋势，2008年6月2日～28日我们在青川断裂中段阳平关一带开展了断层附近原地应力测量研究，在3个钻孔中分别用水压致裂法和解除法得到了断层上下盘构造应力的大小、方向和分布特征。根据实测的地应力资料，断层附近最大水平主压应力方向为NE-NEE向，与区域构造应力SN-NNE向主压应力方向有一些差异，说明受断层活动影响，断层附近的应力状态与区域应力场已经发生了改变。青川断层是一条逆冲兼右行走滑的活动断裂，在汶川大地震中虽未见其活动，但其阻隔了余震向北发展，表明该断层是一条重要的边界断层，既是区域构造分区的界线，也是区域应力场的分区标志线。利用地应力实测资料研究了断层的活动性，在测量深度域内水平和铅直应力的关系为σH〉σh〉σv，该应力状态有利于逆断层活动，与地质资料反映的以逆断层活动及近期在断层附近发生的地质异常现象一致。利用库仑摩擦滑动准则，摩擦强度取0．6-1．0进行分析，断层附近的现今地应力状态接近产生逆断层摩擦滑动的临界值，其中断裂东段发生逆断层活动的可能性较小，相比而言，青川断裂带西段危险性更大。

山丹地应力监测站体应变仪的地震效应

本文简要介绍了山丹地应力监测台站的概况,用多种方法对该台站安装的TYB-2000A体应变仪在2007年8月至2008年7月记录的174次MS4.0~MS8.6地震数据进行了处理与分析,其中汶川地震及余震共85次,并与其他台站记录的地震资料进行比对,对记录的应变地震波、同震应变阶跃、地震前后地球自由振荡的变化及其所包含的物理意义等信息深入分析,揭示出地震前后应变波的变化规律,为今后的地震预测和灾害防治提供了科学依据。

琼州海峡古河道及其工程地质评价

为评价琼州海峡跨海通道工程稳定性,利用单道地震探测技术开展了海峡地质灾害调查,发现在地震反射层Ⅰ和层Ⅲ之间埋藏着两条古河道,沿现今海槽两侧的岸坡区发育。北侧古河道沿海峡北侧岸坡灯楼角至海安港一线发育,呈弧形绕雷州半岛西南玄武岩台地分布。南侧古河道分布于临高角至东水港一线。结合区域地质资料,确定它们具有形成较晚的年代学特征。北侧古河道形成年代至少晚于中更新世,南侧古河道可能为全新世。古河道几何特征分析显示其具有北缓南陡的不对称"U"型几何特征。按照钻探资料,古河道填充物具有软土、砂层互层沉积特征。因此,在地震、海浪和潮流及重大工程建设施工等外部动力联合作用下,古河道极易触发顺层滑塌、砂土液化、软土震陷等地质灾害。使得古河道工程地质条件及稳定性成为跨海通道无法规避且必须解决的地质问题之一。

新疆西部北天山深埋特长隧道工程区应力场数值模拟

采用隧道工程区应力实测数据、北天山地区现代震源机制解、区域地质构造资料以及岩体物理力学参数作为物理模型边界条件和载荷,对北天山隧道工程区进行三维应力场数值模拟,获得了整个工程区特别是隧道工程重要部位岩体应力分布规律,并依据隧道区应力场模拟结果,结合地质资料进行了隧道工程稳定性分析。

琼州海峡西线跨海通道工程地质评价

为开展琼州海峡跨海通道地壳稳定性评价,避免潜在的地质灾害对跨海通道工程安全性产生不利影响,利用侧扫声纳、单道地震、多波束等地球物理探测方法对琼州海峡海底展开了地形地貌调查,获得了琼州海峡跨海通道工程区海域活动断层分布、西线规划区地形地貌及地质条件等基础地质资料。工程地质评价认为西线线路断裂、地震、火山活动性弱,海底水深小、地形较为平坦、地貌简单,上新世望楼港组低液限粘土及上新世浅海相砂层作为基础持力层,岩土工程力学性质尚可,利于开展跨海通道桥梁方案施工。规划线路穿越1处侵蚀沟槽,影响长度约5 km,地形高差达60 m,且线路东临1处海釜,分布有陡坎,且部分地段分布有滑塌堆积。建议西线线路北段局部西移约1.5 km,同时关注西口潮流侵蚀沟槽、规划区南部淤泥质软土、古河道砂性土沉积、海峡谷底活动沙坡等不良地质作用影响。

差应变法地应力测量——以汶川地震断裂带科学钻探WFSD-1钻孔为例

岩心差应变分析法是汶川地震断层科学钻探(WFSD)项目地应力测量的主要手段之一,该技术通过高压容器对取之于钻孔不同深度的实验样品施加围压,观察先前由于失去地层应力而膨胀产生的裂纹重新闭合,并通过裂纹闭合过程差应变曲线分析,确定主应力大小和方向。WFSD-1孔12个岩心样品的DSA测试结果表明:断层上下盘的应力状态有明显差异,区域地应力不仅随深度增加,还与地质结构和岩石的物理性质等因素有关。

ARM嵌入式系统在海底大地电磁信号采集中的应用研究初探

按照现代地电探测仪器的特点和技术要求，首次将 ARM 嵌入式系统引入地电信号探测领域，建立了基于ARM 的海底大地电磁数据采集系统．面向系统开发过程，提出 ARM 嵌入式系统实现的硬件和软件设计方案，初步尝试实现了地电信号数据采集仪器的低功耗、小型化和智能化．

WFSD地应力台应变特征及其同震效应分析——以日本MW9.0级特大地震为例

2011年3月11日在日本东北部海域发生MW 9.0级强烈地震,汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)项目设在陕西汉中地区的体应变仪记录到了完整的应变数据。通过采集数据的分析,探讨了日本MW 9.0级特大地震发生时的同震变化以及地震前后固体潮异常变化过程,分析了地震孕育、发生过程中应变固体潮的趋势性异常及畸变等各种异常现象,并针对这些应变异常进行分析,以期成果能为中国未来地震趋势的预测研究有所帮助。

侧扫声纳在琼州海峡跨海通道地壳稳定性调查中的应用

为开展琼州海峡跨海通道地壳稳定性评价,利用Sonar Beam S-150D侧扫声纳系统在琼州海峡海底开展了地形地貌调查,获得了琼州海峡跨海通道工程区的侧扫声纳影像。通过数据分析、图像判读,分析了地质灾害类型及其可能的危害。在琼州海峡海底发现软土、活动沙波、岸坡及活动构造等微地貌单元,跨海通道工程施工、运行阶段都将遭受相关地质灾害的危害。这些资料和分析为跨海通道工程地壳稳定性评价提供了基础资料,为工程规划线路优选、建设实施提供了技术支撑。研究表明侧扫声纳技术可应用于海底地壳稳定性调查与评价工作中。

屯1井差应变分析法地应力测量

介绍了差应变分析法(DSA)原地应力测量技术原理,并采用此法对河南省洛阳—伊川盆地屯1井岩样进行了测试,结果显示该井1153.4～1167.8 m处最大水平主应力为北西向(141°—157°),与钻孔崩落椭圆长轴方位统计得到的最大水平主应力方向一致;最大水平应力数值小于铅直应力,属于正断层应力状态;主应力随深度线性增大。对该区域注采井网布局给出了建议,即本区注采井网布设应避免与141°—157°方向平行。

岩石非弹性应变恢复(ASR)地应力测试方法中柔度研究进展评述

本文通过分析国内外非弹性应变恢复(ASR)法地应力测量研究现状,并对ASR法中重要的柔度参数作了系统整理,认为该测量方法在理论上逐渐趋于成熟,在技术应用上有广阔的前景,但该地应力测量原理中,针对温度、应力环境(作用应力)对ASR岩石柔度影响的研究相对较少,还存在一些缺陷,为此提出了该地应力测试方法有待改进或补充的建议,为完善ASR法地应力测量原理指明了研究方向,对今后ASR地应力测量技术的完善和发展具有重要的意义。

龙门山断裂带WFSD数字地震台网监测能力及动态范围分析

5.12汶川特大地震后,为了监测地震的发展趋势,探讨大范围的构造应力场作用,在龙门山断裂带上及时布设临时数字地震台网。数字台网由11个数字地震台组成,遍布龙门山断裂带的北东缘和南西端。为了分析WFSD数字地震台网监测能力及其动态范围,随机抽取一定数量台站观测数据,通过傅立叶变换和功率谱密度分析,获得台基地动噪声均值,进而分析观测系统的动态范围和台网监测能力。根据计算结果与记录的大量微震对比研究,表明在龙门山断裂带上,WFSD数字地震台网具有监测ML 1.5级微地震的能力,且与中国地震局台网中心发布的地震结果基本吻合。因此,WFSD数字地震台网可为龙门山断裂带变形机制研究提供基础的观测资料。