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岩盐断层带摩擦滑动的速度依赖性转换及其地震学意义 被引量:11
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作者 缪阿丽 马胜利 +1 位作者 侯林锋 姚路 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期3307-3317,共11页
为了深入理解断层带摩擦滑动速度依赖性转换及其机制,利用双轴摩擦实验对干燥及含水条件下岩盐断层带摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥岩盐断层带在0.1~100μ... 为了深入理解断层带摩擦滑动速度依赖性转换及其机制,利用双轴摩擦实验对干燥及含水条件下岩盐断层带摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥岩盐断层带在0.1~100μm/s的速度范围内表现为速度弱化,增大σ2会使断层带向速度强化转变;含水条件下岩盐断层带在1~100μm/s的速度范围内表现为速度弱化,而在0.1~0.01μm/s的速度范围内表现为速度强化,速度依赖性转换出现在0.1~1μm/s,其中断层表现为振荡或应力释放时间较长的黏滑事件;岩盐断层带在干燥条件下表现出很强的声发射活动,每个黏滑均对应一丛声发射事件,而在含水条件下一次黏滑只对应一个声发射事件.显微观察表明,局部化的脆性破裂是速度弱化域的主要变形机制,分布式的碎裂流动是干燥岩盐断层带在速度强化域的变形机制,颗粒边界迁移以及压溶作用的塑性变形是含水条件下岩盐断层带在速度强化域的主要变形机制,而脆性破裂和塑性变形共同控制着速度依赖性转换域断层带的变形.水的存在促进岩盐发生塑性变形,进而导致断层带从速度弱化向速度强化转换.上述结果有助于理解断层带上地震活动的特征和慢地震的机制. 展开更多
关键词 岩盐断层带 摩擦实验 速度依赖性 微观结构
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白云母对岩盐断层带摩擦速度依赖性影响的实验研究 被引量:1
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作者 缪阿丽 马胜利 《地震地质》 EI CSCD 北大核心 2012年第1期63-75,共13页
为更好地理解层状硅酸盐对断层强度、滑动速度依赖性及地震活动特征的影响,利用双轴摩擦实验对含白云母岩盐断层带在干燥及含水条件下摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构。实验结... 为更好地理解层状硅酸盐对断层强度、滑动速度依赖性及地震活动特征的影响,利用双轴摩擦实验对含白云母岩盐断层带在干燥及含水条件下摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构。实验结果表明,干燥条件下含白云母岩盐断层带在0.1~100μm/s的速度范围内表现为黏滑和速度弱化,增大σ2会使断层带从速度弱化向速度强化转化,速度依赖性转换出现在0.1μm/s,其中断层滑动表现为稳滑或应力释放时间较长的黏滑事件;含水条件下含白云母岩盐断层带在0.05~0.01μm/s的速度范围内表现为速度强化,0.1~10μm/s的速度范围内表现为速度弱化,50~100μm/s的速度范围内又转换为速度强化行为。含白云母岩盐断层带在干燥条件下一次黏滑伴随一个或一丛声发射事件,而在含水条件下与稳滑相对应,滑动过程中并未记录到声发射事件。显微结构观察表明,速度弱化域的主要变形机制是岩盐颗粒的脆性破裂和局部化的滑动;干燥条件下,速度强化域的主要变形机制是岩盐颗粒的均匀破裂;含水条件下2个速度强化域对应不同的微观机制,高速域的速度强化受控于岩盐颗粒在白云母相互连结形成的网状结构上的滑动及其均匀碎裂作用,而低速域的速度强化还受岩盐的压溶作用控制。通过与岩盐断层带摩擦实验结果对比可知,白云母的存在对干燥岩盐断层带摩擦滑动方式和速度依赖性没有显著影响,而在含水条件下白云母的存在使得岩盐断层带滑动趋于稳定。实验结果为分析含层状硅酸盐断层的强度和稳定性提供了依据。此外,在速度依赖性转换域上观察到的应力缓慢释放的现象进一步证实了在岩盐断层带摩擦滑动过程中观察到的现象,这对慢地震机制研究具有参考意义。 展开更多
关键词 含白云母岩盐断层带 摩擦实验 速度依赖性 微观结构
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硬石膏断层带摩擦稳定性转换与微破裂特征的实验研究 被引量:7
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作者 缪阿丽 马胜利 周永胜 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期2671-2680,共10页
断层带摩擦稳定性转换及其对应的微破裂特征对于地震成核条件和慢地震机理研究具有重要的意义.本文利用双轴实验装置研究了硬石膏断层带摩擦稳定性的转换及其对应的应变变化、微破裂特征,并分析了实验标本的微观结构.实验结果表明,σ_2... 断层带摩擦稳定性转换及其对应的微破裂特征对于地震成核条件和慢地震机理研究具有重要的意义.本文利用双轴实验装置研究了硬石膏断层带摩擦稳定性的转换及其对应的应变变化、微破裂特征,并分析了实验标本的微观结构.实验结果表明,σ_2和加载点速度对断层滑动稳定性具有显著影响.在低σ_2条件下,硬石膏断层带出现不稳定滑动,变形以局部化的脆性破裂和摩擦为主;随σ_2的增加,断层由不稳定滑动向稳定滑动转换,断层带变形方式逐渐转变为分布式的破裂.在低σ_2条件下,硬石膏断层带在较低加载点速度下表现为速度强化且滑动稳定,在中等加载点速度下表现为速度弱化并伴有准周期性的黏滑,在较高加载点速度下又有转向速度强化的趋势,σ_2的提高使得速度弱化的范围逐渐减少,滑动趋于稳定.上述两次转换对应不同的微破裂特征,在较高速度下从速度弱化转换为速度强化时,断层滑动伴有能量较小但频度很高的微破裂活动,而在较低速度下从速度弱化转换为速度强化时,断层滑动伴有间歇性的微破裂,这与断层带的微观结构特征有较好的对应关系,表明其转换机制是不同的. 展开更多
关键词 摩擦滑动 稳定性转换 速度依赖性 微破裂特征 硬石膏 慢地震机制
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高温高压及干燥条件下斜长石和辉石断层泥的摩擦滑动研究 被引量:11
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作者 谭文彬 何昌荣 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期279-286,共8页
岩石摩擦滑动的力学行为能够很好地用速率和状态依赖性摩擦本构关系来描述。在速率和状态依赖性本构关系中,速度依赖性参数a-b是控制摩擦滑动稳定性的重要参数。且a-b<0是断层上不稳定滑动成核的必要条件。为了进一步研究控制摩擦滑... 岩石摩擦滑动的力学行为能够很好地用速率和状态依赖性摩擦本构关系来描述。在速率和状态依赖性本构关系中,速度依赖性参数a-b是控制摩擦滑动稳定性的重要参数。且a-b<0是断层上不稳定滑动成核的必要条件。为了进一步研究控制摩擦滑动的矿物成分因素,在已有辉长岩摩擦滑动实验结果的基础上,对辉长岩中主要矿物(斜长石和辉石)在不同加载条件下进行了3个系列的摩擦滑动实验研究。通过对实验结果的分析得到如下结论:(1)斜长石断层泥在实验温度范围内(<617℃)显示速度强化,且在大于450℃的高温区其速度依赖性参数a-b随温度的增大而增加。辉石断层泥的实验显示其有利于速度弱化滑动行为的出现,是造成辉长岩在615℃出现速度弱化的原因。(2)斜长石与辉石断层泥的摩擦强度都没有随温度的增加而显著变化。辉长岩断层泥的摩擦强度(1.83mm滑动位移处的值)为斜长石与辉石断层泥摩擦强度按体积百分比加权的平均值(摩擦系数精确到2位有效数字一致)。这一结果表明,辉长岩断层泥的应力支承结构可以抽象为一种双组分并列单元模型。(3)尽管前人研究结果表明石英控制了花岗岩的摩擦特性,但是某种主要矿物对岩石整体摩擦滑动性质的控制作用并不具有普适性。对于中性岩、基性岩而言,不能以一种主要矿物(如斜长石等)来判断岩石整体的摩擦滑动稳定性,否则会导致错误结论。 展开更多
关键词 斜长石 辉石 辉长岩 摩擦滑动 稳定性 速度依赖性
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热水条件下黑云母断层泥的摩擦强度与稳定性 被引量:5
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作者 路珍 何昌荣 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期1123-1132,共10页
黑云母是自然界常见的层状硅酸盐矿物,其摩擦系数不高且化学稳定性好,对其摩擦性质的关注可能会对弱断层的研究有所帮助.本次工作选取的实验温度条件对应于典型地壳强度模型中脆塑性转化带的范围,为300℃和400℃.有效正应力为200MPa,孔... 黑云母是自然界常见的层状硅酸盐矿物,其摩擦系数不高且化学稳定性好,对其摩擦性质的关注可能会对弱断层的研究有所帮助.本次工作选取的实验温度条件对应于典型地壳强度模型中脆塑性转化带的范围,为300℃和400℃.有效正应力为200MPa,孔隙水压包括10MPa和30MPa,在此条件下对黑云母模拟断层泥进行摩擦实验研究.实验得出黑云母的摩擦系数平均在0.36左右.速度依赖性随温度升高速度弱化的程度增强,表现为300℃为十分微弱的速度弱化,而在400℃出现了黏滑行为,代表了更强的速度弱化.显微结构中同时出现了脆性剪切变形和塑性扭折变形,但决定宏观力学性质的显然是脆性剪切变形.在黑云母存在的情况下,本研究的实验结果有助于理解大陆地壳脆塑性转化带中地震的可能性和弱断层深部的变形机制、宏观力学行为以及地震活动. 展开更多
关键词 黑云母 摩擦系数 速度依赖性 地震成核
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岩盐断层带黏滑及稳滑过程中声发射活动特征的初步分析
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作者 缪阿丽 马胜利 +1 位作者 郭彦双 刘培洵 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4597-4608,共12页
本文利用双轴摩擦实验对含水条件下岩盐断层带摩擦滑动性状进行了实验研究,观测和分析了摩擦滑动过程中的声发射活动,并利用扫描电镜分析了断层带的微观变形结构.结果表明,含水岩盐断层带在伴随黏滑的速度弱化域和伴随稳定滑动的速度强... 本文利用双轴摩擦实验对含水条件下岩盐断层带摩擦滑动性状进行了实验研究,观测和分析了摩擦滑动过程中的声发射活动,并利用扫描电镜分析了断层带的微观变形结构.结果表明,含水岩盐断层带在伴随黏滑的速度弱化域和伴随稳定滑动的速度强化域,摩擦过程中均产生了大量声发射事件;黏滑过程与稳滑过程中的小声发射事件存在共同之处,即两者均表现为能级低;但黏滑过程中的小声发射事件的优势频率既有低频(10 kHz左右)和中频(100 kHz左右),也有高频(370 kHz左右),而在稳定滑动过程中,小声发射事件的优势频率仅有低频和中频,缺少高频事件.这种差异与两者变形主导机制的不同密切相关.在断层黏滑循环中,接近摩擦峰值时声发射发生率明显增加,但高频事件减少、中频和低频事件增加;进入亚失稳阶段后,声发射只有低频和中频信号,几乎不再出现高频信号.这种差异与断层带变形方式的变化密切相关. 展开更多
关键词 岩盐断层带 摩擦实验 速度依赖性 声发射活动特征 微观结构
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安宁河断层地震成核条件研究——来自天然花岗岩断层泥摩擦实验的启示 被引量:6
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作者 雷蕙如 周永胜 +5 位作者 姚文明 马玺 何昌荣 党嘉祥 苗社强 戴文浩 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期978-991,共14页
安宁河断层历史上发生过多次强震,现存的地震空区反映了其断层中部近30年来的断层闭锁和应变积累情况,是潜在的大地震危险区.本研究采用断层带内的新鲜花岗岩断层泥样品,在水热条件下开展了摩擦滑动实验,以研究安宁河断层摩擦特性和地... 安宁河断层历史上发生过多次强震,现存的地震空区反映了其断层中部近30年来的断层闭锁和应变积累情况,是潜在的大地震危险区.本研究采用断层带内的新鲜花岗岩断层泥样品,在水热条件下开展了摩擦滑动实验,以研究安宁河断层摩擦特性和地震成核条件.实验有效正应力200 MPa,孔隙水压30 MPa,温度25~600℃,剪切滑移速率在1μm·s^(-1),0.2μm·s^(-1),0.04μm·s^(-1)之间切换.实验结果显示,在100~400℃,摩擦系数随着温度的增加而增大(约0.663~0.704),温度高于400℃时略有降低.从200℃开始,花岗岩断层泥的摩擦滑动表现出由速度强化向速度弱化转变,并随温度升高速度弱化程度增强,在600℃时仍然具有显著的速度弱化,具备地震成核条件.本研究获得的花岗岩断层发生不稳定滑动的温度范围为200~600℃,远大于已有研究中给出的350~400℃这一不稳定滑动的温度上限.本实验首次发现,在相同温度条件下花岗岩断层滑动稳定性与加载速率转变方向有关,向慢速切换或低速下(0.04μm·s^(-1))可以促进花岗岩断层由稳定滑动向不稳定滑动转变.基于本实验结果,结合川滇地区的地温梯度,推测得出安宁河断层中北段的地震成核深度为10~30 km,该断层的地震空区是断层闭锁的具体表现. 展开更多
关键词 花岗岩断层泥 安宁河断层 摩擦强度 速度依赖性 地震成核
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热水条件下花岗质糜棱岩的摩擦滑动实验研究 被引量:7
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作者 任凤文 何昌荣 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期877-883,共7页
为了探讨大陆地壳断层深部的力学性质,我们选择了采自红河断裂带的糜棱岩作为实验样品,进行热水条件下的高温高压摩擦滑动实验.实验在一个以气体为介质的高温高压三轴实验系统中进行.实验条件是:有效正应力为200MPa;孔隙水压为30MPa(在... 为了探讨大陆地壳断层深部的力学性质,我们选择了采自红河断裂带的糜棱岩作为实验样品,进行热水条件下的高温高压摩擦滑动实验.实验在一个以气体为介质的高温高压三轴实验系统中进行.实验条件是:有效正应力为200MPa;孔隙水压为30MPa(在400℃到600℃之间为超临界水条件);温度为100℃到600℃;轴向加载的速率范围从0.04μm/s到0.2μm/s再到1μm/s.实验结果表明:(1)当温度小于300℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而增大;当温度大于300℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而减小.这种趋势和以往花岗岩的摩擦滑动数据基本一致;(2)糜棱岩在200℃和400℃时表现为速度弱化,其余温度下为速度强化;(3)糜棱岩与已有花岗岩的摩擦滑动数据并不完全一致;(4)花岗质糜棱岩速度弱化向速度强化转变的温度在430℃附近,以此我们可以推测:在变形机制为摩擦滑动的深部条件下,地震成核的深度范围可以比以往的估计更深. 展开更多
关键词 糜棱岩 摩擦系数 速度依赖性 速度弱化 地震成核
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高压流体条件下叶蛇纹石摩擦特性及其对俯冲带慢滑移事件的启示 被引量:4
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作者 刘世民 张雷 何昌荣 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1334-1347,共14页
为了探讨在俯冲带构造加载环境中叶蛇纹石矿物的摩擦力学性质,我们使用叶蛇纹石作为实验样品,开展了高压流体条件下的摩擦滑动实验研究.实验在气体介质的高温高压三轴实验系统中进行,实验中的有效正应力为30 MPa,孔隙流体压力为100 MPa... 为了探讨在俯冲带构造加载环境中叶蛇纹石矿物的摩擦力学性质,我们使用叶蛇纹石作为实验样品,开展了高压流体条件下的摩擦滑动实验研究.实验在气体介质的高温高压三轴实验系统中进行,实验中的有效正应力为30 MPa,孔隙流体压力为100 MPa,温度范围为100~500℃.实验过程中为了得到叶蛇纹石摩擦强度系数的速度依赖性,我们将轴向加载速率在1.0μm·s^(-1)、0.2μm·s^(-1)和0.04μm·s^(-1)之间进行切换.实验结果发现在实验温度范围内叶蛇纹石的摩擦强度系数随着温度的升高表现出系统的降低趋势,摩擦系数从100℃的0.81降低到500℃的0.41.在高于300℃的温度条件下,叶蛇纹石的剪切力学曲线表现出显著的位移弱化现象.在300℃的温度条件下,叶蛇纹石在0.2~1.0μm·s^(-1)的加载速率范围内表现出速度强化的摩擦行为,而在0.04μm·s^(-1)的加载速率下表现为速度弱化.在100~200℃以及400~500℃的温度条件下皆表现为速度强化.我们的实验研究表明在俯冲带地幔楔附近的高压流体条件和低有效正压力环境下,叶蛇纹石矿物可以促成慢滑移现象,但是其背后的物理机制可能与已有的认知(不稳定的摩擦滑动由叶蛇纹石脱水过程所控制)不同.这为我们探讨俯冲带慢滑移现象的物理过程和机制提供了新的思路. 展开更多
关键词 高压流体 叶蛇纹石 慢滑移 摩擦系数 速度依赖性 俯冲带
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南海神狐峡谷群海底沉积物摩擦特性
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作者 陈顺 杨小秋 +6 位作者 何昌荣 徐子英 林為人 姚文明 施小斌 许鹤华 孙珍 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4705-4720,共16页
海底滑坡区沉积物的摩擦特性对滑坡发育具有控制作用,是海底边坡稳定性评估、滑坡过程中温压场演化及与滑坡相关的水合物成藏规律研究的基础参数.我国南海北部陆坡区不仅赋存着丰富水合物资源,而且在地质历史上也曾多次发生滑坡作用,目... 海底滑坡区沉积物的摩擦特性对滑坡发育具有控制作用,是海底边坡稳定性评估、滑坡过程中温压场演化及与滑坡相关的水合物成藏规律研究的基础参数.我国南海北部陆坡区不仅赋存着丰富水合物资源,而且在地质历史上也曾多次发生滑坡作用,目前仍是潜在的海底滑坡区.为了尽可能了解南海北部滑坡区沉积物的原位摩擦特性,本文在围压Pc=20 MPa、孔隙压Pp=10 MPa及温度T≈20℃条件下,对采自南海神狐峡谷群的4个沉积物样品开展了三轴准静态摩擦滑动实验.实验结果表明神狐峡谷群浅层沉积物:(1)均呈现速度强化及位移强化特征;(2)最大静摩擦系数μmax为0.460~0.510,稳态摩擦系数μss为0.455~0.554,二者的变化趋势较一致;(3)内聚力c为0.30~0.57 MPa、摩擦角φ为24.5°~27.0°.而神狐峡谷群地形坡度较缓(<6.8°).现今神狐峡谷群仅在沉积物自重作用下不会发生失稳,总体上比较稳定.结合峡谷群多期次的滑坡特征以及滑坡体与水合物稳定域底界(通常与似海底反射层(Bottom simulating reflector,简写BSR)重叠)、气烟囱等构造的空间分布关系,我们推测:神狐峡谷群滑坡的形成主要是由于BSR附近地层孔隙压升高、强度降低,进而导致失稳.BSR附近地层孔隙压升高则可能是由于深部热成因游离气的聚集、BSR附近的水合物在地震等对其温、压场的扰动下分解所致. 展开更多
关键词 南海神狐峡谷群 摩擦系数 速度依赖性 位移依赖性 水合物 海底滑坡
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Flow of Burgers' fluid over an inclined stretching sheet with heat and mass transfer 被引量:2
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作者 T.Hayat Sadia Asad A.Alsaedi 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第8期3180-3188,共9页
Effects of heat and mass transfer in the flow of Burgers fluid over an inclined sheet are discussed. Problems formulation and relevant analysis are given in the presence of thermal radiation and non-uniform heat sourc... Effects of heat and mass transfer in the flow of Burgers fluid over an inclined sheet are discussed. Problems formulation and relevant analysis are given in the presence of thermal radiation and non-uniform heat source/sink. Thermal conductivity is taken temperature dependent. The nonlinear partial differential equations are simplified using boundary layer approximations. The resultant nonlinear ordinary differential equations are solved for the series solutions. The convergence of series solutions is obtained by plotting theη-curves for the velocity, temperature and concentration fields. Results of this work describe the role of different physical parameters involved in the problem. The Deborah numbers corresponding to relaxation time(β1 and β2) and angle of inclination(α) decrease the fluid velocity and concentration field. Concentration field decays as Deborah numbers corresponding to retardation time(β3) and mixed convection parameter(G) increase. Large values of heat generation/absorption parameters A/B, and the temperature distribution across the boundary layer increase. Numerical values of local Nusselt number,-θ′(0), and local Sherwood number,-f′(0), are computed and analyzed. It is found that θ′(0) increases with an increase in β3. 展开更多
关键词 Burgers' fluid thermal radiation inclined stretching sheet non-uniform heat source variable thermal conductivity
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