测定岩石经历的最高古应力状态实验研究
丁原辰 邵兆刚
（中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081）
摘要：当前国内外尚无测定三维古构造应力场的理想方法( 提出了一种新方法：从待测地点取大岩心或新鲜石块，从6个以上方向取岩石试样，每方向至少10个试样，以声发射的广义抹录不净现象，测定岩石经历的各主要构造运动期的最大主应力值σmt。而后，统计出岩石记忆的最高古应力状态的最大主应力值。 (由于岩石对最高古应力状态在各取样方向的正应力尚有记忆，只不过隐藏于各期较低古应力状态的最大主应力值之间，不易区分，故以σmt为目标，通过“AE反演搜索法”，则可将隐藏的各σmt搜索出来，从而计算出岩石经历的最高古应力状态。以准平面应力状态模拟实验检验了该新方法的可行性。
关键词：声发射；古应力；古构造应力场；地应力。
中图分类号：P554 文献标识码：S
文章编号：1000-2383（2001）01-0099-06
作者简介：丁原辰，男，研究员，1940年生，1964年毕业于山东大学，现主要从事地应力、岩石力学和声发射测试方面的研究。
0 引言
各国学者已提出多种三维古构造应力场定量化描述方法，其中断层擦痕反演古构造应力场法［1,2］较受青睐。但该法所求三维古构造应力状态，既不能给出其全貌（三个主应力σ1，σ2和σ3 的大小以及它们各自的方位角和倾角），又难给出其时代定位。丁原辰等[36]发现的岩石声发射（声发射的英文简称为AE）广义抹录不净现象，虽然能用于估计不同时代岩石各自经历的主要构造运动期最大主应力记忆值，但也不能给出岩石记忆的古应力状态全貌。时至今日，国内外尚无测定古构造应力场的理想方法。
1“AE 反演搜索法”的提出
声发射法可测定岩石记忆的与各主要构造运动期相应的应力状态的最大主应力值，其中记忆的各古构造应力状态中那期属于最高值的最大主应力值与岩石声发射的凯瑟效应（Kaiser effect）相对应；而那些属于非最高值的各期最大主应力值与岩石声发射的表观凯瑟效应相对应[6]。 最大主应力属于最高值的那期古造应力状态。以下简称为“最高古构造应力状态”。在岩石取样方向上的正应力，也有相应的表观凯瑟效应，即表现在声发射累计数与外加压应力响应曲线上也有不十分明显的相应斜率陡增点[5]。由于该正应力处于响应曲线上诸多陡增点之间，极难辨认，若将其辨认出来，则可由该古构造运动期6个（或多于6个）方向的正应力，计算出其应力状态。
由此，笔者构想：用声发射法以6个以上不同空间方向所取定向试样，测得岩石记忆的最高古构造应力状态的最大主应力值（由于每个试样都记忆的最高古构造应力状态最大主应力值，相应于岩石声发射的凯瑟效应，而较低古构造应力状态最大主应力值，相应于岩石声发射的表观凯瑟效应，故前者较易从初压、复压响应曲线上判断，求得试样记忆的最高古构造应力状态最大主应力值可靠性高，因而可获得较精确的统计值），以之作为目标；以各试样的各个较低记忆应力值之一，作为各试样取样方向正应力试算值，建立众多的试算组（在6个方向上，每次每方向取一个记忆应力值，排列出一系列数据组）；试算岩石记忆的古构造应力状态，即试算三个主应力各自的大小以及它们各自的方向（即方位角和倾角）这一张量；而后，将各试算组计算出的各应力张量中的最大主应力值，与实测统计出的最高古构造应力状态的最大主应力值作比较，在选定误差范围内，求得一系列相应三维应力张量；再将各张量中各不同方向值在选定角度范围内作出现率统计，找出优势方向，则其相应各向记忆的正应力取值数组，即可认定为各向正应力确定值，从而可获得岩石记忆的三维最高古构造应力状态，即它的三个主应力大小、方位角和倾角，及其相应误差范围。笔者将这一方法简称为"反演搜索法”。
