不同温度条件下花岗岩变形破坏及声发射时序特征

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1、第2O卷第3期地震VO1.2ONO.32OOO年7月EARTHGUAKEJu1.2OOO不同温度条件下花岗岩变形破坏及声发射时序特征蒋海昆张流周永胜(中国地震局地质研究所北京1OOO29)摘要:在4OOMpa围压及2O~85O的温度范围内研究了花岗岩的变形破坏及声发射时序特征结果表明随环境温度的升高岩石强度降低破坏方式从突发式失稳逐渐转变为渐进式破坏类型亦从脆性剪切破裂逐渐转变为半脆性~半延性和延性破坏声发射数量随温度升高迅速减少出现AE活动及AE活动明显增强的差应力水平亦有所提高温度不太高时(25O以下)随破坏强度的临近破前AE

2、累计频度指数增长其指数增长速率随温度增加而减小;65O以上的高温条件下破前已无AE记录温度对AE序列的Z值具有重要的影响作用总的来看Z值在低温时较高而在高温时较低研究结果还显示AE时间序列具有明显的多标度多分形特征其性质主要决定于AE的时间密集部分;标度指数的分布范围随温度增加而扩大表明AE时间序列的标度类型随温度升高而增加其时间结构趋于更加复杂~无序关键词:声发射;温度;岩石强度;Z值;局域标度指数谱中图分类号:p313文献标识码:A文章编号:1OOO-3274(2OOO)O3-OO87-O8O引言岩石变形破坏性质随深度而变化板

3、内浅源强震震源深度主要分布于地壳内流变曲线所控制的高强度区段内这些区段主要由花岗岩~闪长岩~辉长岩等组成在实验室模拟地下深部温压环境研究岩石受力变形过程中内部群体微破裂声发射事件(AE下同)的时空演化是研究深部岩石性状及破坏失稳过程的有效方法基于岩石破裂过程的尺度无关性质[1]这样的研究对类比认识地震破裂过程具有重要的启迪意义由于问题的极端复杂性首先研究温度或围压单因素的影响是有益的本文将在4OOMpa围压条件下着重分析环收稿日期:1999-O9-21;修回日期:2OOO-O1-O3基金项目:中国地震局九五科研攻关项目(95-O4

4、-O2-O1)及山东省自然基金项目(Y97EO2O79)的部分成果;实验工作得到中国地震局构造物理开放实验室的经费支持;中国地震局地质研究所论著(2OOOCOOO5)作者简介:蒋海昆(1964-)男云南通海人副研究员1996年在读博士生主要从事地震活动性分析~地震综合预报~地震时空分形~岩石破裂实验及理论研究88地震20卷境温度对花岗岩变形破坏过程及AE时序特征的影响0之所以选择400a围压9是因为在固体围压条件下9较低的围压与摩擦校正量相当9误差太大;而围压太高又增加了实验的难度01实验方法与条件本文的实验是在中国地震局构造物理

5、开放实验室高温高压伺服控制三轴实验系统上进行的[2]0以NaC1作围压传压介质9围压的设定已考虑了固体围压介质的摩擦影响[3]0对实验的应力~应变关系进行了高温条件下岩样半延性~延性变形的修正D0温度采用英国WeSt4400智能型控温表控制9温控精度为0.259但由于热电偶与加热部件的隔热问题9本组实验中实际温度与设定温度的最大偏差约为100以平均粒度为0.8mm~干燥的居庸关花岗岩为实验样品9样品高20mm0.2mm~直径10mm0.2mm的圆柱体0实验装样方式如图1所示0实验的升温~升压途径是:前期以5/min匀速升温9最后3

6、0以2/min匀图1固体围压加温实验装样示意速升温9同时轴~围压以静水压的比例平稳缓慢1下NaC1套;2下刚玉垫;3中NaC1套;地增加9使预定的温度和围压条件基本同时达4上NaC1套;5上刚玉垫到0待温度分布均匀~稳定之后9轴压以2>-410/S的等应变速率继续加载0AE探头频率响应为5HZ9采样间隔0.2MS98位采样精度9每次触发采样2048点0探头用硅油耦合于容器下底座的上端面上0AE强度的自标度形式仅涉及本组实验结果之间的相互比较9定义为M=10g[g(z)z](1)积分对全波形进行0g(z)与强地面运动研究中地动振幅标

7、准差函数的定义一致[4]9即Azz+2122g(z)=C(z)z(2)AzAzz-2式中9C(z)为z时刻附近一个极小的时间间隔P9副研究员91996年在读博士生9主要从事地震活动性分析~地震综合预报~地震时空分形~岩石破裂实验及理论研究011x境温度对花岗岩变形破坏过程及AE时序特征的影响0之所以选择400MPC围压9是因为在固体围压条件下9较低的围压与摩擦校正量相当9误差太大;而围压太高又增加嫖露壬哂切破裂9出现典型的剪切破坏和粘滑失稳;150250时9仍然为脆性破裂9应力~应变曲线有微小的粘滑抖动9峰后强化9表现准突发失稳特

8、征;温度在350附近时9变形破坏出现石英的塑性D蒋海昆等9固体围压三轴实验应力~应变关系的修正9199903期蒋海昆等,不同温度条件下花岗岩变形破坏及声发射时序特征89变形;550~850C时强度明显降低无声发射宏观上转化为延性样品渐进式破坏0从微