花岗岩变形破坏的阶段性模型--应力速度及预存微裂纹密度对断层形成过程的影响

摘要

依据对具有较高微裂纹密度的筑波花岗岩和极低微裂纹密度的花岗斑岩2种极端的岩石标本、在等应力速率的快速加载(约6MPa/min)和蠕变加载(轴向应力保持在约95%破坏强度)2个极端的加载条件下的实验结果,讨论了预存微裂纹密度与加载速度对多晶质结晶岩变形破坏过程的影响.实验中利用高速多通道声发射波形数字记录系统(每秒可记录多达5 000个声发射事件的32通道波形),获得了岩石标本破坏前微破裂活动的详细时空分布数据.声发射的发生率、震级-频度关系中的b值及震源的空间分布揭示出岩石变形破坏过程中微破裂活动具有3个典型阶段:初期阶段、第2阶段和成核阶段.尤其是在成核阶段,还观测到发生率和b值有大幅度前兆性起伏.一般而言,在相同加载条件下预存微破裂密度越高,或对同一岩石加载速度越慢,对应的断层成核过程就越长,因此最终破坏的可预报性也越高.为了进一步探讨微破裂活动的阶段性特征及其物理本质,还利用亚临界破裂扩展模型对声发射数据进行了理论分析.