工程岩体物理模拟研究中实验材料的选择与应用

工程岩体物理模拟实验是岩体工程问题研究的重要方法,其中物理模型材料的选择对于实验成功与否至关重要。为了提高岩体物理模拟的选材效率及实验准确性,在总结前人大量工程岩体(边坡工程、地下工程和地基工程)物理模拟研究进展的基础上,对不同类型的物理模拟模型材料应用情况进行综合分析。结果表明:传统相似材料模拟软岩骨料最常用的是河砂和石英砂,模拟硬岩骨料则是在河砂和石英砂的基础上进一步掺入重晶石粉用以调节级配及强度,胶结剂通常都是水泥、石膏或者两者混合的复合材料;新型相似材料的选用更多是根据所需解决的问题进行设计,常采用铁粉、熔融石英砂及陶瓷等作为骨料,高分子聚合物、酒精和松香等作为胶结剂。整体而言物理模拟实验材料的骨料粒径越大,强度也越大,但是相似模拟中不能使用粒径过大的骨料;材料的强度随着砂胶比的增大而减小。研究不同工程对象时还需根据其自身特点进行实验设计,在研究显著节理裂隙等对岩体破坏机制的影响时,需掺加煤粉、云母碎、珍珠岩以及发泡剂等辅助材料,以控制试样的节理、微裂隙、结构面和孔洞等。笔者等对工程岩体物理模拟实验材料的分析综述可为相关工程岩体物理模拟研究提供实验参考。

霍山震群区三维地壳速度结构与孕震环境

霍山震群可能是反映华东地区乃至青藏高原地震活动的重要窗口,其孕震环境与发震机制备受关注。文中手动拾取获得了1987个地震的7706条P波、394条PmP波、9263条S波和557条SmS波共计17920条震相到时数据,采用多震相体波层析成像方法反演获得了霍山震群区下方深至30km的地壳三维P波速度(V_(P))、S波速度(V_(S))及纵横波速度比(V_(P)/V_(S))模型。结果显示,霍山震群区附近存在弱高V_(P)/V_(S)结构特征,但在震群区下方存在强高V_(P)/V_(S)结构特征,且该结构特征沿晓天-磨子潭断裂向深延伸至30km深度,推测霍山震群区下方存在流体作用。该流体作用可能降低断层面有效正应力,从而导致在晓天-磨子潭断裂与落儿岭-土地岭断裂交会的薄弱区发生霍山震群活动。这些流体的来源与太平洋板块在地幔转换带滞留脱水所形成的“大地幔楔”结构中的地幔热物质上涌有关,但还可能与青藏高原壳幔物质沿大别山造山带E向挤出有关,共同影响了霍山震群活动特征。文中成果也为深入理解霍山震群区的构造活动与华东地区及青藏高原构造活动的关联性提供了地震学证据。

中国地震断裂带氢气观测研究现状

中国地震断裂带氢气观测的分析手段主要有气相色谱仪和数字化高精度测氢仪2种。文中基于这2种不同分析手段及大量震例,整理了地震断裂带氢气观测的研究进展。断裂带地壳逸出氢气的浓度在地震前几个月或几天内呈几倍、几十倍甚至百倍的异常升高,与地震有良好的对应关系,是重要的地震短临预报指标。文中总结了地壳逸出氢气形成的3种机理:地下应力改变导致地下裂隙连通使氢气逸出、岩石发生水岩反应生成氢气及温度梯度致使氢气逸出;进而对比分析了不同观测点氢气浓度的其他影响因素,对于不同的地质和气候条件,影响因素所起作用大小也不同。断裂带地壳中逸出氢气的地球化学特征是很好的地震短临预报参考指标。

同位素地球化学在地震监测预测研究中的应用进展

随着新观测技术和理论的进一步发展,同位素地球化学方法在地震监测预测研究中发挥了越来越重要的作用。通过同位素地球化学方法确定地下流体来源,研究地下流体循环特征,分析地震前兆异常的成因,评估地质构造活动的程度,开展地震预测研究。同位素示踪技术还可以结合深源流体监测和地球物理方法,揭示地震孕育、流体与震源之间的关系。此外,同位素地球化学还可以构建断裂带流体地球化学背景特征,用于地震监测点映震效能的评估,提高地震监测预测的准确性,为地震新监测点的布设和震情跟踪提供技术支撑。通过对现今同位素在地震监测预测中所使用的方法、技术及国内外应用情况的总结分析,力图全面认识同位素地球化学在地震监测预测应用中的现状及发展趋势。

2023年2月6日土耳其两次7.8级地震引起的井水位同震响应对比分析

2023年2月6日,土耳其发生的两次7.8级地震引起了新疆乌鲁木齐地区新04井、新10井和新11井的同震响应,但同震变化形态各有不同。本文对比分析了这三口观测井水位的同震响应特征,探讨了地震引起的井水位同震响应机理。结果显示,本研究中的三口观测井水位的同震响应类型有振荡、同震下降和同震上升三种。其中,新10井表现为振荡,而新04井和新11井则分别表现为同震下降和上升,表明井水位同震变化机理的复杂性。两次地震在同一观测井的同震响应形态一致,不同观测井水位同震变化与井孔所在位置的渗透性结构改变有关。

山西断陷带上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性成像

本研究拾取了中国数字测震台网固定台站记录的2008—2019年期间发生在山西断陷带及邻区2级以上天然地震事件及陕西神木、府谷等3级以上非天然地震事件共25304条高质量Pn到时数据,反演了山西断陷带及邻区上地幔顶部高分辨率Pn波速度结构与各向异性.研究结果显示,山西断陷带及邻区Pn波速度结构差异较大,大同火山及以南区域、忻定盆地、太行山造山带、华北盆地南部和吕梁山局部地区表现为显著的低波速异常,而运城盆地、临汾盆地北部、太原盆地、大同盆地北部、华北盆地北部和鄂尔多斯块体呈现明显的高波速异常.大同火山下方上地幔顶部的低波速异常与Pn快波方向呈现以火山为中心的近发散状结构特征,结合已有的远震上地幔成像结果,暗示大同火山岩浆可能来源于地幔深部,岩浆的底侵或热侵蚀作用造成了该地区岩石圈的破坏以及整个华北克拉通的“活化”,这一推论符合克拉通的热-化学侵蚀破坏模型.山西断陷带上地幔顶部速度异常形态较好的对应了研究区的地质构造,Pn快波速方向与地质构造的展布方向和SKS波各向异性的特征基本一致,说明变形形式以简单剪切为主,表明其形成和演化过程与上地幔物质运移过程有密切关系.

大同火山群及邻区中小地震重定位

文中基于中国地震台网中心在大同火山群及周边地区记录到的2008年1月-2023年1月期间3 218个地震的到时资料,采用双差地震重定位法开展了重新定位研究,获得了2 447个事件的重定位结果。结果显示,地震大多发生在16km深度以浅处,集中分布于断陷盆地内及盆地边界的断裂带附近,整体走向NE-SW,与区域活动构造的活动断裂及其控制的地堑、半地堑型断陷盆地的走向较为一致。这些地震E-W向、S-N向、垂直向的平均定位误差约为0.21km、0.22km、0.30km,平均均方根残差为0.14s。口泉断裂带附近的地震分布由南部的较深、较集中变化为北部的较浅、较分散,可能与矿山开采活动有关。大同-阳高地震震源区的地震多集中在与大王村断裂平行的东侧隐伏断层的3~16km深度处,该隐伏断层与团堡断裂和六棱山山前断裂交会,可能与大同-阳高地震的余震活动有关。火山区内部的地震活动并不强烈。结合该区域新的背景噪声层析成像结果分析发现,大多数地震发生在低速异常边界,可能暗示了这些地震的发生与热物质上涌所携带的流体上升至地壳深度,进而降低断面有效正应力密切相关。

昌平地震台钻孔应变观测数据质量分析

昌平地震台钻孔应变测项多年来积累了大量观测数据。采用调和分析及相对标定等方法,从观测数据连续率、稳定性等方面评估观测数据质量,并分析不同钻孔应变仪器的映震能力。结果表明:该台钻孔应变在运行测项稳定、可靠,在一定时间内观测资料质量整体较好。选取震中距300 km范围内历史典型震例进行分析,发现该台站体应变在华北地区多次5级以上地震前具有明显趋势异常,分量应变仪多次记录到临震异常。分析认为,昌平地震台钻孔应变观测资料能够反映其所在区域的构造活动和应变状态,可以为地震监测与研究提供可靠的基础数据。

新疆呼图壁地下储气库断层气体地球化学特征研究

Rn、CO_(2)、Hg、H_(2)等断层气体被广泛应用于断层活动性以及断层结构特征的研究。当前,研究介质中压力变化与断层气间的关系是断层气映震研究的主要技术方法之一。新疆呼图壁地下储气库自建成以来,每年以周期性循环“注入/采出”模式运行,该运行模式带来的储气库气压变化会影响周围地区的地震活动。同时,这一定期加压存储与减压释放气体的过程为研究应力变化引起的断层气变化提供了天然的实验场。通过对呼图壁储气库开展断层气定期流动测量以及定点连续观测,获取反复加载、卸载气体过程中储气库及周边区域断层气体Rn、CO_(2)、Hg、H_(2)浓度的变化特征,在储气库区域内观测到明显的Hg、H_(2)浓度高值现象,其最大值分别为190ng/m^(3)和725.40ppm,且其空间分布特征表现为在储气库加压存储过程中,储气库区域内注采井附近的气体浓度高于储气库区域外;此外,长期连续观测结果表明,断层气H_(2)与储气库的压力变化存在一定的关系,H_(2)对储气库内压力变化的响应更为灵敏。对呼图壁储气库应力变化引起的断层气变化特征进行分析,可以认识不同应力状态下断层气变化特征,为地震台站勘选与建设、震情跟踪以及异常落实等提供地球化学科技支撑。

2013年内蒙古通辽MS5.3地震震源区地壳速度结构与孕震环境

为了解2013年内蒙古通辽M5.3地震震源区地壳速度结构与孕震环境,本研究基于“中国地震科学台阵——华北地区东部”29个流动地震台站自2017年1月至2019年4月期间记录的连续波形数据,应用面波直接反演背景噪声成像方法,获得通辽地震震源区与周边地区地壳三维S波速度结构.结果显示,通辽M5.3地震震源区与周边地区地壳S波速度结构呈现明显横向不均匀性.浅层S波速度结构分布特征与地表地质构造密切相关:盆地内侧呈明显低速异常,可能反映了沉积层结构,而大兴安岭下方则呈现明显高速异常,可能反映了造山带较为致密的古生代结晶基底岩.在中下地壳,震源区低速异常向西南方向延展至南北重力梯度带.通辽M5.3地震与该区域速度结构存在密切关系,地震震中位于低速异常边缘,表明该低速异常可能代表深部流体作用降低断层面有效正应力从而触发地震.结合前人全球的和区域尺度的地震层析成像结果展示上地幔存在明显低波速异常与地幔转换带存在明显高波速异常,推测通辽M5.3地震的发生可能与太平洋板块深俯冲至我国东北地区下方地幔转换带内形成“大地幔楔”中结构与动力学密切相关.在“大地幔楔”结构中,由于地幔转换带中滞留板块脱水作用和地幔角流作用,容易形成湿热物质上涌,进而引起松辽盆地西南部岩石圈物质拆沉和携带流体的地幔热湿物质上涌至地壳后作用于断裂带、降低了断层面有效正应力,从而导致了中强度地震的发生.

昌平台钻孔应变资料观测质量及地震前兆异常分析

1研究背景。地壳应力的状态变化是引起褶皱、断裂及地震等地表变形及破坏发生的根本因素,发生在地壳表面的各种地质灾害都与地应力的作用息息相关。钻孔应变仪是揭示中短期(从数秒到数月)连续变形的仪器,作为台站形变监测的主要仪器之一,钻孔应变仪一般被安装在地下数十米甚至数百米深处,以便连续监测观测区域内地壳应力应变状态,可精细观测到地层内部应变状态的连续变化,因而在对地震发生之时和之前现象的观测中扮演着重要角色,有助于研究地震应力、应变的发展变化规律,为地震相关研究提供基础性背景。资料(李希亮等,2013)。

沂沭断裂带及周边区域Pn波速度结构与各向异性

沂沭断裂带位于鲁西隆起、胶辽隆起与苏鲁褶皱带之间,是郯庐断裂带地震活动最为强烈的部分,上地幔顶部Pn波速度结构与各向异性研究对于认识沂沭断裂带对地震活动的控制作用具有重要意义.本研究通过手工拾取与观测报告相结合的方法,最终挑选出研究区域2008—2019年期间290个台站记录到的1665个地震事件的26598条Pn走时数据,通过反演获得一个新的沂沭断裂带及周边区域上地幔顶部Pn波速度结构及各向异性结构模型.结果显示,研究区域上地幔顶部Pn波速度结构存在显著的横向变化,华北盆地南端、太行山造山带、鲁西隆起、胶辽隆起表现为低速异常,华北盆地内部速度结构存在显著的横向不均匀性,其强高速异常表现出明显的分块现象.沂沭断裂带呈现明显的分段特征,其两侧速度结构存在明显差异,表明沂沭断裂带可能延深至上地幔顶部.强震多数发生在上地幔顶部具有高速和低速异常变化特征区域上方的地壳内,说明强震的孕育发生与上地幔顶部结构有关.太行山造山带、胶辽隆起区Pn波各向异性快波方向与地质构造的伸展方向趋于一致,但与SKS波分裂结果不同,说明在岩石圈形变一定深度范围可能存在局部解耦现象.南黄海盆地Pn波各向异性快波方向与断裂走向基本一致,暗示扬子块体北向挤压在南黄海地区形成的部分断裂的深度已达上地幔成为岩石圈尺度的断裂.

地下流体台网数字化气体观测新型脱气-集气装置的研制与应用

脱气-集气装置是地震地下流体溶解气和逸出气浓度连续观测系统中必不可少的重要技术环节,装置的脱气效率和稳定性直接影响观测数据质量。根据我国地下流体观测井(泉)水位类型、水温、矿化度、流量等特征,新研制了5种脱气-集气装置,包括大流量低矿化度、小流量低矿化度、小流量高矿化度、真空脱气以及静水位井脱气-集气装置,并分别在甘肃成县台、四川姑咱海子泉、安徽庐江台、甘肃武山台、云南下关井和云南德宏芒邦井等多个台站进行了实验观测,结果表明新型脱气-集气装置基本解决了地下流体观测系统中老式脱气-集气装置易堵塞、脱气率低、脱气量不稳定等问题。

新疆北天山地区断裂带断层土壤气的地球化学特征

断层土壤气测量是揭示断层性质与断裂活动的重要地球化学方法。文中在新疆北天山2个地震危险区中的博罗科努-阿其克库都克断裂、库松木契克山前断裂、独山子-安集海断裂、霍尔果斯-吐谷鲁断裂、喀什河断裂、那拉提断裂等6条断裂带上布设了8条断层土壤气测线,共进行了6、7期测量。文中依据多期断层土壤气流动测量结果,分析了断层土壤气的空间分布特征,并分别讨论了断裂带活动性及区域地震危险性。结果表明:(1)土壤气组分Rn是研究断裂带分布、指示断裂破碎位置及判断断层活动性的有效气体,在库松木契克山前断裂和霍尔果斯-吐谷鲁断裂的测线上,除断层出露处的测点外,还存在其他测点出现Rn浓度峰值的现象,因此这2条断裂带除了断层出露处还存在其他断裂破碎位置。(2)在库松木契克山前断裂、那拉提断裂以及霍尔果斯-吐谷鲁断裂所布设的测线上,Rn浓度的最高值分别为99802Bq/m^(3)、80549Bq/m^(3)、78834Bq/m^(3),不仅高于其他断裂带测线的Rn浓度值,还高于新疆呼图壁北断裂的Rn浓度值,说明上述3条断裂的断层活动性较强。(3)北天山温泉—精河地震危险区内小地震频率相对较低,区域应力积累程度相对较高,断层活动性强,更易发生中强震,存在一定的地震危险性。未来对北天山温泉—精河地震危险区内的断层土壤气体地球化学开展监测与深入研究,对判断北天山地区的地震危险性具有重要意义。文中的结果可为分析新疆北天山地区断裂带释放气体特征及指导地震台站勘选、布设和震情跟踪等提供地球化学资料与技术支撑。

青海共和盆地地应力状态与断层稳定性分析

青海共和盆地地质构造条件复杂,断层十分发育,区域内既有地热、太阳能、矿产等资源丰富,存在龙羊峡水库诱发地震环境背景。因此,分析青海共和盆地地应力特征与地质结构易滑性对于青海东部地区防震减灾具有重要意义。对盆地及附近区域内19个钻孔、65条水压致裂数据和44条应力解除实测数据进行统计分析,并基于断层摩擦强度理论、Byerlee-Anderson理论等断层力学相关理论讨论了研究区域断层易滑性与地震危险性。研究结果表明:研究区域内应力状态在深度350 m左右由逆冲型转换为走滑型,与区域内分布北北西右旋高角度逆断层相吻合;区域内最大水平主应力优势方位为N45°~E60°;地应力场初步结果反演表明研究区域应力场以逆冲型为主,局部地区兼走滑特征,与震源机制解反演结果一致;区域内断层平均摩擦系数为0.41,断层处于稳定状态,即断层易滑性较低,侧压力系数与应力积累指标插值分析结果同样表明断层整体易滑性较低,局部浅部断层带应力积累水平较高,综合分析推测断层易沿NW-SE向滑动。

青海省共和地区农村民居特征与抗震性能分析

青海省共和地区位于柴达木—阿尔金地震带内,具备发生中强地震的构造背景,近年来该地区地震活动频繁,农村地区受经济和技术等条件的限制,造成了巨大的人员伤亡和经济损失。为深入了解共和地区农村民居结构特征与抗震性能现状,开展实地调查,基于历史震害资料,总结区域内典型农村民居震害特点,并进行震害预测,得到不同地震烈度下农村民居不同的破坏结果。结果表明:青海省共和地区农村民居中的砖混结构和砖木结构房屋数量约占48%、47%,其中约68%砖混结构房屋未设置构造柱和圈梁等抗震设防措施;该地区主要农村民居基本达到Ⅶ度抗震设防要求,仅部分建造年代久的土木结构房屋破坏严重;地震烈度为Ⅷ度时,大部分房屋以中等破坏和严重破坏为主;地震烈度为Ⅸ、Ⅹ度时,农村民居将发生大范围严重破坏,甚至毁坏。

天山和西秦岭断裂带断层气地球化学特征分析

1研究背景地球内部发生的各种物理、化学场变化以及构造体之间的相互作用,都会使地下深部气体沿着活动断裂带、板内块体边界、火山等地壳薄弱带处向上逸散。断层土壤气指沿着断裂破碎带逸出地表的地下气体,其浓度以及逸出速率值大小能灵敏、客观地反映地下应力、应变状态以及构造活动状态,因此常被用来鉴识断裂带活动状态、探寻隐伏断层以及地震危险性研究等。