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利用尾波成像方法研究由应力变化导致的岩石内部复杂的时空场动态变化

  岩石在野外构造应力的作用下会发生微弱而复杂的变化,这些变化在影响岩石力学性能的同时,对研究块体间相互作用,断层内部地震孕育过程至关重要。
  
实验地球物理研究室的谢凡等人利用新进发展的尾波成像技术在实验室用双轴加载系统模拟野外应力加载过程,成功对对岩石介质内部微弱而复杂的应力演化进行四维成像。研究结果显示,在单发射源且传感器布设较为稀疏的条件下,不但可以获得由于端部效应产生的剪应力导致的介质内部微裂隙张开、闭合过程的图像,还可以对纯剪应力导致的介质局部微裂隙聚合生长成像。这一系列应力演化图像是以往传统方法所无法获得。研究还显示,与现有的高灵敏度红外观测手段相比,尾波成像方法在应力敏感性、时、空分辨率等指标上具有全面的优势。
  
本研究不仅有助于在方法上为室内试验与野外观测对孕震机制进行融合研究提供思路。更有利于加深介质内部应力场演化规律这一科学问题的认识。


  图(a)实验观测设备。完整的岩石样品背面布设超声传感器9个,其上部0.5米处放置了一台高灵敏度红外成像仪做热场观测。(b)完整样品放置在小型双轴加载压机内模拟野外构造应力进行小应力加载(c)力学加载曲线(力/位移),在50MPa的围压下做±5MPa的反向同步加/卸载(纯剪变形过程)(d)利用尾波差分成像法反演获得的介质时空演化过程,第一行是微裂隙时空演化过程,第二行是波速变化的时空演化过程,第三行是红外热场的演化过程。
  
本研究发表于地球物理专业期刊 Journal of Geophysical Research Xie, F., Ren, Y., Zhou, Y., Larose, E., & Baillet, L. (2018). Monitoring local changes in granite rock under biaxial test: A spatiotemporal imaging application with diffuse waves. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 123(3), 2214-2227.

发布时间:2018年12月03日

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