标本非均匀性对岩石变形声发射时空分布的影响及其地震学意义
马胜利1 雷兴林1,2 刘力强1
中国地震局地质研究所地震动力学实验室,北京 100029
日本产业技术综合研究所地球科学情报研究所,筑波305--8567
摘 要
基于一组实验结果,讨论了岩石标本的非均匀性(预存微裂纹和宏观裂纹)对声发射时空分布的影响。对比分析表明，预存微裂纹的存在使得破裂成核前声发射率快速增加、b值表现出一种短期异常现象，即在下降背景上出现起伏,从而增加了破裂时间的可预报性，宏观结构(节理、层面等)的存在对声发射率和b值的影响与微裂纹相同，而且宏观结构对声发射的空间分布具有控制作用，声发射丛集的宏观构造通常控制着未来的主破裂。这意昧着宏观构造的存在使得主破裂的时间和位置预报成为可能。
关键词 声发射 非均匀性 微裂纹 宏观构造
文章编号：0001-5733(2004)01-127-05 中图分类号：P315
收稿日期 : 2002-12- 12,2003-08 -30收修定稿
EFFECTS OF HETEROGENEITY IN ROCK SAMPLES ON SPATIALAND TEMPORAL DISTRIBUTION OF ACOUSTIC EMISSION AND THEIR SIGNIFICANCE IN SEISMOLOGY
MA Sheng-Li1 LEI Xing-Lin1,2 LlU Li-Qiang1
1 Laburaiory of Earthquake Dynamics . Ibmtitute of Geology . China Seismological Bureau, Beijing 00029 China
2 Institute of Geosciences CSJ/AIST, Tsukuba, 305-8567 . Japan
Abstract Based on a set of experimental results, the effects of heterogeneity ( pre-existing microcracks andmacrostructures) in rock sample on spatial and temporal distribution of acoustic emission (AE)were discussed. The comparative analysis indicates that the existence of pre-existing microcracks makes AE occurrence rale rapidly increase prior to the fracture nucleation.
In addition, the bvalue shows a shornlerm anomaly ,i.e. fluctuation on a decreasing background , which increases the predictability of the fracturing time. The effects of preexisting macrostructures, such as joint, bedding plane on AE occurrence rate and bvalue are thesame as that of microcracks. AE spatial distribution is controlled by the preexisting macrostructures and the macrostructure clustered by AE events ugually controls the coming final fracture. This means that the existenceof macrostructures makes prediction of the time and location of the final fracture possible .
Key words: Acoustic emission, Heierogeneity , Microcracks, Macrostructures .
1 引 言
自20世纪60年代以来，岩石变形声发射研究始终是实验地震学的主要研究方向之一，国内外学者在此方面开展了大量的研究。内容涉及声发射时间序列、空间分布、b值和频谱随时间的变化、破裂源机制等(如：Lockner[1] ,蒋海昆和张流[2])。实验结果表明，岩石变形中声发射的时空分布受多种因素的影响，如岩石性质、加载方式和历史、围压和温度、岩石的非均匀性及预存构造等。其中实验标本的非均匀性是影响声发射时空分布的重要因素。例如，早期的实验研究便提出了介质非均匀程度是决定h值大小的主要因素[3,4],随后的实验表明障碍体、预有断层(裂纹)等对b值也有影响[5]，近来的研究则表明，预存构造的差异比力学条件对b值的大小有更重要的影响[6,7].标本非均匀性(各种预存裂缝、障碍体或包体等)对声发射时间序列、空间分布的影响也是很明显的[8-15].鉴于实际地壳中介质和结构的非均匀性，研究非均匀性对标本声发射特征的影响，对于深人理解地震活动图像的物理意义是非常有益的。然而，由于实验条件、 实验设备等方面的差异，根据这些结果难以系统讨论标本非均匀性对声发射时空分布的影响。
近期在日本产业技术综合研究所用同一套实验设备、在基本相同的实验条件下，开展了对非均匀标本声发射特征的研究，取得了一些新的结果[16-18]。本文基于这些结果，重点讨论预存微观和宏观构造对声发射时空分布特征的影响及其在理解地震活动图像中的意义。
