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渤海海峡跨海通道工程南段地应力特征与工程稳定性分析
1
作者 乔二伟 马秀敏 +2 位作者 郭华林 孙尧 姜景捷 《地质力学学报》 北大核心 2025年第2期197-210,共14页
渤海海峡跨海通道工程是连接山东半岛与辽东半岛重要的海上交通主线工程,沿线地应力状态是工程设计和施工决策的重要参考依据。为了准确获得工程南段地区现今地应力特征及构造应力场分布特征,在烟台市蓬莱区西南北沟镇实施了300m以浅的... 渤海海峡跨海通道工程是连接山东半岛与辽东半岛重要的海上交通主线工程,沿线地应力状态是工程设计和施工决策的重要参考依据。为了准确获得工程南段地区现今地应力特征及构造应力场分布特征,在烟台市蓬莱区西南北沟镇实施了300m以浅的水压致裂法地应力测量。结果表明:测区主导应力为水平构造应力,与东北—华北应力区其他地区相比,应力值处于中等;随测量深度增加,最大水平主应力(S_(H))、最小水平主应力(S_(h))和垂向主应力(S_(v))均呈线性增大趋势;在测量深度范围内地壳浅表层应力结构以逆断型为主,即S_(H)>S_(h)>S_(v);实测S_(H)平均方位角为N75.3°E,与华北应力区的应力场方向一致,也与其震源机制解和GPS测量揭示的区域构造应力场方向基本一致。应用库仑摩擦滑动准则和此次测量数据,初步评估了渤海海峡跨海通道工程南段地区现今地应力积累水平及其对工程稳定性的影响,认为σ_(θ_(max))区域内应力积累总体水平相对较低,工程区域地壳相对稳定。依据岩爆危险程度综合判别准则/R_(c)讨论了通道区域地下隧道工程围岩岩爆的可能性,认为该工程地下隧道发生岩爆可能性很低,隧道围岩总体稳定。研究结果为渤海海峡跨海通道工程的设计、施工等方案的优选提供了科学依据,同时也可为区域活动断裂、地震地质、区域动力学等研究提供基础数据。 展开更多
关键词 渤海海峡 跨海通道工程 水压致裂法 地应力 围岩稳定性 构造应力场
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长白山天池火山西南麓水压致裂法地应力测量及其实测数据在断裂稳定性分析中的应用 被引量：5
2
作者 乔二伟 马秀敏 +3 位作者 彭华 张文汇 翟玉栋 李嘉瑞 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1545-1557,共13页
长白山天池火山是一座新生代多成因复合火山,其活动性一直受到地学界的高度重视.而地应力测量数据对于了解火山的活动情况等具有重要意义,但目前长白山天池火山地区实测地应力资料较少.为了更准确地了解长白山天池火山地区现今地应力状... 长白山天池火山是一座新生代多成因复合火山,其活动性一直受到地学界的高度重视.而地应力测量数据对于了解火山的活动情况等具有重要意义,但目前长白山天池火山地区实测地应力资料较少.为了更准确地了解长白山天池火山地区现今地应力状态及断裂稳定性,在长白山天池火山西南麓MJZ测点0~300 m孔深开展了水压致裂法地应力测量.利用此次实测地应力数据,本文首先分析了该地区地壳浅表层应力状态,结果表明:①测区以水平构造应力为主导,应力值与其他地区相比,相对较低;②SH(最大水平主应力)、Sh(最小水平主应力)和Sv(垂向主应力)均随深度增加而基本呈线性增大趋势;在60~180 m深度,三者展现为逆断层应力状态,即SH>Sh>Sv;在180~300 m,则表现为SH>Sv>Sh,该应力关系有利于走滑断层活动;③钻孔上部SH方向为N38°E,与东北地区构造应力场方向基本一致.钻孔下部由于受区内NW向断裂和其他因素影响,存在与区域主应力方向有偏差的局部应力场.其次,基于实测应力数据,应用库仑摩擦滑动准则,并取摩擦系数为0.6和1.0,初步评价了区域断裂的稳定性.结果显示,研究区现今应力状态尚未达到断裂失稳滑动水平,推测测区断裂目前相对稳定.结合其较低的应力积累水平,一定程度上反映出长白山天池火山区目前没有明显活动,地壳总体是稳定的.本文的研究结果可为长白山天池火山的活动性、地震地质等研究提供地应力方面的基础数据,同时也为测区地质环境安全评价提供参考依据. 展开更多
关键词 长白山天池火山 MJZ测点 水压致裂 地应力测量 断裂稳定性
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1605年琼山M 7½级地震区现今地应力动态变化特征及对东寨港沉陷的指示意义 被引量：1
3
作者 贾丽云 马秀敏 +4 位作者 姜景捷 雷喆 魏永仪 毛佳睿 郝飞 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期339-354,共16页
文章利用1605年琼山7½级地震区不同区块布设的3个地应力监测台站应变观测数据,进行了地应力动态变化分析并对其记录的应力突变信息进行了提取,分析了2016年3月—2018年5月地应力变化与构造活动情况,并探讨了东寨港地貌演化趋势及... 文章利用1605年琼山7½级地震区不同区块布设的3个地应力监测台站应变观测数据,进行了地应力动态变化分析并对其记录的应力突变信息进行了提取,分析了2016年3月—2018年5月地应力变化与构造活动情况,并探讨了东寨港地貌演化趋势及其沉陷机理。结果显示:研究区总体受北西向挤压应力场作用,使得位于马袅-铺前断裂与铺前-清澜断裂上盘的演丰和大致坡地区以拉张应力场为主,位于断层下盘的锦山地区以挤压应力场为主;马袅-铺前断裂和铺前-清澜断裂在区域应力场作用下,不断进行非震活动来调整局部应力场,其中,马袅-铺前断裂在2016年3—7月、2017年10月和2018年4月有过多次活动,铺前-清澜断裂在2017年10月和2018年4月有过2次活动,马袅-铺前断裂较铺前-清澜断裂活动能量强;应力场变化趋势指示以铺前-清澜断裂(F13-1)为界,东部有逐步抬升趋势,西部的东寨港可能还会持续沉降;断层活动趋势指示以马袅-铺前断裂(F2-2)为界,东寨港北部演丰地区的沉降速率应该大于南部三江地区;此外,体应变监测数据也指示了位于海南岛南北地震带下部的岩浆活动痕迹。综合研究认为,东寨港沉陷主要受深部岩浆上涌导致的马袅-铺前断裂与铺前-清澜断裂的正断活动控制,并受到全新世海平面变化与软土沉积地层性质导致软土流滑、砂土液化以及海水侵蚀等多方面影响。文章创新性的将钻孔应变观测技术应用于探索海岸带地区典型震陷地貌演化规律与趋势研究,在地应力监测与构造地貌研究领域都有着重要的学术价值,同时,该成果对东寨港地区红树林保护、城镇规划建设等方面亦具有重要的应用价值。 展开更多
关键词 钻孔应变监测 地应力动态变化 琼山大地震 东寨港沉降 地貌演化趋势
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DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪关键技术与应用
4
作者 彭华 马秀敏 +2 位作者 孙尧 姜景捷 郝飞 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期313-323,共11页
文章简述了DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪(简称“钻孔应变仪”)的理论基础,攻关了微位移感知、降噪、控温、性能测试、标定等关键技术,并通过了性能测试,标定结果表明:该应变仪达到了高分辨率(≥5×10^(-11)ε)、宽频带(10~100 Hz可... 文章简述了DRY-1B型电容分量式钻孔应变仪(简称“钻孔应变仪”)的理论基础,攻关了微位移感知、降噪、控温、性能测试、标定等关键技术,并通过了性能测试,标定结果表明:该应变仪达到了高分辨率(≥5×10^(-11)ε)、宽频带(10~100 Hz可选)、大动态范围(≥1×10^(-3)ε)、24位AD记录、低功耗(<3 W)等技术指标,其性能优于同期美国PBO和日本同类钻孔应变仪,是一款国际领先的地壳运动长期观测仪器,基本能够满足地壳长期应变缓慢积累的蠕变运动和短期应变快速变化的地震火山活动等观测需求。2008年以来,通过20余个地应力台站的应用,该钻孔应变仪记录到大量的地壳形变、断裂活动、同震应变波、应变阶跃、矿压活动等应变信息,并以北长山地应力台站应变监测数据自洽性检验和土耳其地震映震能力分析为例发现:北长山地应力台站电容传感器1#+3#和2#+4#元件应变曲线总体平稳,相关系数R2达到0.95;1#-3#和2#-4#元件的差应变年变化速率为10-8量级,反映出长岛地区以剪切应力为主,且处于地震活动相对高的应力环境;利用该应变仪观测到2023年2月6日土耳其M 7.8级和M7.5级两次地震明显的同震应变响应,尤其是获取了M7.8级主震面波周期为50~60 s,呈现出面波异常,理论上可分辨出100 km范围M0.74级地震产生的应变波,达到了应用示范效果。该钻孔应变仪在地球动力学研究、内动力地质灾害监测等领域具有较好的推广价值和应用前景。 展开更多
关键词 电容分量式 钻孔应变仪 差动电容位移传感器 同震应变响应 内动力地质灾害监测
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TY系列高精度体应变仪研制及映震能力分析与应用
5
作者 孙尧 彭华 +3 位作者 姜景捷 马秀敏 郝飞 张斌 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期324-338,共15页
文章综述了钻孔体应变仪的发展历程,针对体应变仪目前存在的稳定性和带宽不足、标定精度低等问题,创新与改进液压传感器、控制电路、标定方法等技术,研制出TY-2B型钻孔体积应变仪。改进的液压传感器提高了仪器精度,缩小了仪器体积;改善... 文章综述了钻孔体应变仪的发展历程,针对体应变仪目前存在的稳定性和带宽不足、标定精度低等问题,创新与改进液压传感器、控制电路、标定方法等技术,研制出TY-2B型钻孔体积应变仪。改进的液压传感器提高了仪器精度,缩小了仪器体积;改善了控制电路,提高了仪器采样率、带宽及稳定性;创新的压电陶瓷标定技术提高了监测数据可靠性。测试结果表明改进型的TY-2B型体应变仪功耗低,小于3 W;长期稳定性好;灵敏度高,分辨率达到10-11ε;高频特性和低频特性好,采样率10~100 Hz,可采集完整地震应变波波形,固体潮波形清晰稳定;体积小重量轻,外径缩小至Φ89 mm,适用于Φ100 mm钻孔,长度1300 mm,重量45 kg,运输和安装方便。经室内检验、野外台站15年的测试,获取了良好的监测数据,体现了高灵敏的映震能力,龙门山北段体应变台站对2010年玉树地震及2023年土耳其地震的观测响应表明TY系列高精度体应变仪不仅是静态应变仪,还是宽频应变地震仪,具有动-静态标定能力,且相对于摆式地震仪有着极宽响应频带的独特优势,既可以观测地壳长期缓慢变形及其积累的特征,还可观测地壳破裂变形的瞬态细微特征。汶川地震以来青川—汉中地区体应变台站及2021年以来广州台站获取的监测曲线长期变化趋势与地震、构造地质等资料所反映的区域地质特征相符,表明TY-2B型体应变仪可在地球动力学研究、地质灾害预测预警等领域推广使用。 展开更多
关键词 宽频应变地震仪 映震能力 钻孔体应变仪 地壳变形 地震
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东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析 被引量：3
6
作者 张斌 孙尧 +5 位作者 马秀敏 彭华 姜景捷 毛佳睿 张文汇 翟玉栋 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期388-401,共14页
为获取东构造结关键构造部位地应力特征、分析其构造稳定性,采用水压致裂法开展了墨脱断裂带西让段1个地应力孔、11个测试段的原位地应力测量工作。结果表明:61.43~121.34 m测试段最大、最小水平主应力值(SH、Sh)分别为3.05~14.50 MPa和... 为获取东构造结关键构造部位地应力特征、分析其构造稳定性,采用水压致裂法开展了墨脱断裂带西让段1个地应力孔、11个测试段的原位地应力测量工作。结果表明:61.43~121.34 m测试段最大、最小水平主应力值(SH、Sh)分别为3.05~14.50 MPa和2.16~9.87 MPa,垂向主应力值(Sv)为1.63~3.31 MPa,即SH>Sh>Sv;测点处应力场以水平挤压作用为主,均处于逆断层应力状态,且其主应力值随深度增加而逐渐增大,测点的最大水平主应力优势方位为北东东向;在整个地应力测量深度范围内,侧压系数值(Kav)为1.39~4.38,最大水平应力系数值(KHv)均大于1,且比值随深度的增加而增大,该关键部位区域应力场以水平应力为主导,方向性较强,所有测试段水平应力系数值(KHh)为1.23~1.66,与林芝-通麦段地应力特征参数计算结果基本相似;测点位置98 m以浅地层水平构造应力作用程度较小,应力积累水平较低,保持断层稳定所需的摩擦系数值小于实际断层的临界摩擦系数值,构造环境相对稳定,超过98 m深度地层由于水平构造应力起主要作用,保持断层稳定所需的摩擦系数值接近于实际断层的临界摩擦系数值,存在小概率发生断层失稳滑动的风险;区域强震在墨脱断裂带断层面上造成的左旋走滑方向上及逆冲方向上的库仑应力变化值的叠加量均为负值,抑制了断层的滑动,未能增加墨脱关键区域断层活动的危险性。 展开更多
关键词 喜马拉雅东构造结 水压致裂 地应力测量 构造应力场特征 构造稳定性
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地应力作用下鸭绿江断裂带活动对丹东五龙背地热温泉的影响初析 被引量：1
7
作者 毛佳睿 马秀敏 +2 位作者 孙尧 姜景捷 张文汇 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期402-416,共15页
鸭绿江断裂带为郯庐断裂系的重要分支,现今构造活动强烈,沿断裂带出露温泉60余处,地热资源丰富。为查明断裂带南段五龙背地区的现今地应力状态和断层的活动性,研究断裂活动对温泉地热水体的控制作用和远期影响,采用水压致裂法对该区开展... 鸭绿江断裂带为郯庐断裂系的重要分支,现今构造活动强烈,沿断裂带出露温泉60余处,地热资源丰富。为查明断裂带南段五龙背地区的现今地应力状态和断层的活动性,研究断裂活动对温泉地热水体的控制作用和远期影响,采用水压致裂法对该区开展了12个测段的原位地应力测量。测量结果显示,在测段深度36.80~215.50 m范围内,最大、最小水平主应力及垂直主应力值(SH、Sh、Sv)分别为6.00~13.52 MPa、3.18~7.26 MPa和0.97~5.7 MPa,总体而言,3个主应力值呈现随深度的增加而逐渐增大的趋势,最大水平主应力方向以北东向为主;断裂带中段(198.60~207.80 m),主应力关系为SH>Sv>Sh,有利于走滑型活动,具有一定潜力的富水导水条件,断裂带上段(36.80~196.63 m)及下段(215.50 m),SH>Sh>Sv,有利于逆断层活动,热流通道纵向连续性欠佳,导水条件较差;根据现今应力场特征与断裂活动的关系推演,五龙背地区温泉水位下降可能是因为断裂在压应力作用下活动,导水系统空间受挤压逐渐缩小,其他方向径流排泄增多,导致温泉水源供给减少;基于库仑摩擦失稳理论,断裂带36.80~113.20 m深度范围内的地应力值达到了其活动需要的应力临界值下限,将来有可能发生错断活动,温泉地热水体的补给通道可能受到断裂活动的影响而发生改变。研究成果在断裂对温泉地热水体控制作用研究方面具有一定的理论意义,并积极探索了断裂带附近地应力测量在地热研究领域中的应用思路。 展开更多
关键词 鸭绿江断裂带 水压致裂地应力测量 地应力状态 地热温泉 断层活动性
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含矿区小流域生境质量评估方法——以宝兴河流域锅巴岩矿山为例 被引量：8
8
作者 许小龙 杨星辰 +4 位作者 魏瑞龙 程先琼 叶成名 王俪璇 眭天波 《地质力学学报》 CSCD 北大核心 2021年第3期400-408,共9页
为了探究小流域背景下的地质工程活动对生境质量的影响评估方法,文章以宝兴河流域为例,利用遥感技术对流域内的重点工程锅巴岩矿山的土地利用变化情况进行了信息提取,并采用InVEST模型定量评估了生境质量。结果表明:锅巴岩矿山的土地利... 为了探究小流域背景下的地质工程活动对生境质量的影响评估方法,文章以宝兴河流域为例,利用遥感技术对流域内的重点工程锅巴岩矿山的土地利用变化情况进行了信息提取,并采用InVEST模型定量评估了生境质量。结果表明:锅巴岩矿山的土地利用类型主要由林地向裸地转变,林地面积占比减少15.11%,裸地的面积占比增加12.30%;锅巴岩矿山的生境质量指数从0.9234下降到0.8618,标准差从0.2389增加到0.3134,生境质量低等级面积占比增加4.84%,表明矿山区域整体的生境质量有所下降,但变化不明显;锅巴岩矿山的生境退化强的区域面积占比增加3.40%,生境退化指数由0.0113增加到0.0159,表明矿区生境有所退化但不明显。由此可见,含矿区小流域的生境质量虽受人类活动干扰,但如果采取合理开采方法,科学优化土地利用格局,有效地进行生态修复,对环境的影响可以控制在较低水平。 展开更多
关键词 生境质量 地质工程 InVEST模型 矿山修复 锅巴岩矿山
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2022年6月1日芦山MS6.1地震近场地震动特征及与西南地区地震动预测方程的对比分析
9
作者 张斌 俞言祥 +6 位作者 荣棉水 傅磊 谢俊举 李小军 陈苏 张旭 马秀敏 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4572-4581,共10页
基于芦山MS6.1地震的61组强震动记录,分析近场强震动记录的幅值特征、水平向地震动强度的空间分布;将近场台站加速度反应谱值与NGA-West2和ZYLW22模型的预测中值进行对比;结合实际观测值与ZYLW22模型预测中值的对比、事件内残差的分布,... 基于芦山MS6.1地震的61组强震动记录,分析近场强震动记录的幅值特征、水平向地震动强度的空间分布;将近场台站加速度反应谱值与NGA-West2和ZYLW22模型的预测中值进行对比;结合实际观测值与ZYLW22模型预测中值的对比、事件内残差的分布,检验此次芦山MS6.1地震是否符合西南构造活跃区主震的地震动衰减特性.研究结果表明,(1)近场台站记录的地震动强度均小于中国地震局划定地震烈度相对应的值;(2)空间分布显示断层破裂前方(震中北东向)的反应谱值大于相同距离处的破裂后方,在长周期表现的更为明显.断层破裂前方的水平向SA在短周期大于NGA-West2和ZYLW22模型的预测中值,而断层破裂后方的水平向SA在整个周期范围内与ZYLW22模型的预测中值相差不大,地震动的方向性效应较为显著;(3)ZYLW22模型可以很好地预测芦山MS6.1地震大多数水平向地震动.构造活跃区和稳定区的地震动衰减速率不同,西南地区应按构造活跃区和稳定区分别进行地震动预测方程研究,并需进一步考虑震源破裂方向性以及盆地效应的影响. 展开更多
关键词 芦山Ms6.1地震 地震动空间分布 方向性效应 地震动预测方程 盆地效应
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近场强震动记录基线校正方法
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作者 张斌 俞言祥 《地球与行星物理论评》 2022年第2期204-213,共10页
强震动加速度记录特别是近场强震动记录中经常会出现基线偏移的现象,加速度记录中的微小基线偏移会导致积分获得速度和位移时程产生不合理的非物理特征.本文详细地分析了低频误差和地面的倾斜或旋转对原始加速度记录积分获得的速度和位... 强震动加速度记录特别是近场强震动记录中经常会出现基线偏移的现象,加速度记录中的微小基线偏移会导致积分获得速度和位移时程产生不合理的非物理特征.本文详细地分析了低频误差和地面的倾斜或旋转对原始加速度记录积分获得的速度和位移时程的具体影响,讨论了近场强震动记录基线校正的准则.针对低频误差引起的基线偏移,论述了应用最广泛的高通滤波方法的基本原理,讨论了滤波器的选择、非因果滤波的加零填充、余弦渐变平滑零填充部分和加速度记录的过渡带、非因果滤波截止频率的选取标准以及去除零填充后如何避免获得的速度、位移时程和加速度反应谱值不兼容的问题.针对地面倾斜或旋转引起的基线偏移,论述了Iwan两段式基线校正方法的原理,以及基于Iwan方法开发和改进的基线校正方法的研究进展,并指出各种方法存在的问题.说明了对于不同地震尺度的近场强震动记录基线校正方法的选择.在没有可用的方法可以量化不同误差来源的贡献以及无法同时测量六个分量的强震动记录(三个平移分量和三个旋转分量)之前,利用大数据分析和机器学习等技术手段,基于Iwan方法原理,从海量的近场强震动记录中自动快速识别出稳定、可靠的强震段和结束段开始时间将是未来的发展方向. 展开更多
关键词 近场强震动记录 基线偏移 基线校正 高通滤波 永久位移
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