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花岗岩巴西劈裂试验的矩张量反演研究

岩土力学 2022年第1期43卷 235-245页

作者：任义高永涛吴顺川李栋栋甘一雄北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 煤炭科学研究总院应急科学研究院北京100013

为了研究岩石张拉破坏的过程和机制,首先通过模拟计算,验证了加权反演法在进行巴西劈裂试验矩张量求解方面的优越性;其次基于花岗岩的巴西劈裂试验,进行声发射监测、事件定位及矩张量反演,并分析标准反演法和加权反演法对应矩张量结果... 详细信息

为了研究岩石张拉破坏的过程和机制,首先通过模拟计算,验证了加权反演法在进行巴西劈裂试验矩张量求解方面的优越性;其次基于花岗岩的巴西劈裂试验,进行声发射监测、事件定位及矩张量反演,并分析标准反演法和加权反演法对应矩张量结果的差别;使用聚类分析K均值算法对矩张量结果进行分簇研究。研究结果表明:模拟计算中加权反演法可以降低巴西劈裂试验矩张量反演误差;室内花岗岩巴西劈裂试验中,加权反演法较大程度地优化了声发射事件的剪切成分以及压/拉应力轴的分布,使得反演结果更加合理。针对加权反演结果,所有事件可分成3簇,同簇内事件的破裂类型、应力状态、破裂机制、辐射模式等均相近;不同簇中的事件在时空上交叉分布,试验后期在圆盘东-西方向上具有较为明显张拉特性的事件骤增,于圆盘中心附近聚集并占据主导,最终导致试样的宏观破裂。研究结果解释了花岗岩巴西劈裂试验的破裂过程和破裂机制,为岩石力学行为研究提供进一步指导。

关键词：矩张量反演巴西劈裂加权最小二乘聚类分析震源机制

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地震动旋转分量用于矩张量反演的数值试验

地球物理学报 2022年第1期65卷 197-213页

作者：华思博张勇北京大学地球与空间科学学院北京100871

地震动旋转分量可以提供传统平动分量所欠缺的空间梯度信息,理论上可以提升对震源参数的约束.本文对旋转分量用于矩张量反演进行了较为全面的数值试验.首先分析了均匀无限空间中位错点源产生的旋转波场与平动波场在辐射花样上的互补性,... 详细信息

地震动旋转分量可以提供传统平动分量所欠缺的空间梯度信息,理论上可以提升对震源参数的约束.本文对旋转分量用于矩张量反演进行了较为全面的数值试验.首先分析了均匀无限空间中位错点源产生的旋转波场与平动波场在辐射花样上的互补性,由此推测旋转分量用于矩张量反演能提供额外的约束.随后基于层状介质模型合成的平动和旋转记录,开展了地震矩张量反演测试研究.我们通过对比反演得到的矩张量、矩张量差异角Δφ和地震矩,定量评估在矩张量反演中引入旋转分量的作用,发现在合适的条件下,在原平动记录基础上加入旋转记录来联合反演会显著提升反演结果的可靠性,可减小矩张量差异角Δφ30%以上,极端条件下70%以上;如保持总记录数量不变(即在部分台站添加旋转分量替换其他台站的平动分量),某些矩张量元素反演效果会变好,但某些元素可能会变差.整体而言,在多数台站分布的情况下加入旋转都能起到强于增加同等数目平动台站的作用.同时,我们还发现在低频情况下,旋转分量对于深度非常敏感,引入旋转分量对于约束矩心深度有非常显著的效果.此外,还尝试了不同的试验条件,发现在低频、震中距较小、信噪比较低、速度结构模型较为准确的情况下,加入旋转分量对结果的提升更明显.整体而言,尽管旋转分量的使用需要满足一定的条件,将旋转用于矩张量反演是可行的,它能为矩张量反演提供与平动分量互补的信息,在稀疏台站和密集平动的台站的情况下加入旋转观测将显著增强对地震的监测能力.

关键词：地震动旋转分量矩张量反演联合反演

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不规则煤柱变形破坏机理矩张量反演研究

采矿与安全工程学报 2023年第6期40卷 1201-1209页

作者：刘洋陆菜平王华郭英肖自义夏磊王超中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 兖矿能源集团股份有限公司鲍店煤矿山东邹城273513 国家矿山安全监察局山东局山东济宁272155 兖矿能源集团股份有限公司冲击地压防治研究中心山东邹城273500

为探究不规则煤柱变形破坏机理,为采场煤柱失稳型动力灾害防治提供理论参考,基于不规则煤柱区微震监测数据,利用矩张量反演、应力场反演及波速层析等方法,研究不规则煤柱破裂类型、震源机制、主控因素、应力分布及变形破坏特征,并由此... 详细信息

为探究不规则煤柱变形破坏机理,为采场煤柱失稳型动力灾害防治提供理论参考,基于不规则煤柱区微震监测数据,利用矩张量反演、应力场反演及波速层析等方法,研究不规则煤柱破裂类型、震源机制、主控因素、应力分布及变形破坏特征,并由此提出不规则煤柱变形破坏机理。结果表明:不规则停采煤柱胶带巷侧发生压缩破坏,辅运巷侧主要表现为拉伸破坏;区域震源机制为左旋斜滑正断层,推断真实断层面为走向214°、倾角55°、滑动角-145°;煤柱变形破坏主要受最大主应力σ1控制,相邻矿井采空区侧向压力是煤柱破坏的主导因素;在最大主应力σ1主控作用下,煤柱发生压缩破坏,并造成应力集中及煤岩体变形破坏向煤柱内部转移。

关键词：不规则煤柱矩张量反演震源机制主控因素应力分布

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岩体破裂矩张量反演方法及其应用

岩土力学 2016年第S1期37卷 1-18页

作者：吴顺川黄小庆陈钒柴金飞吴昊燕北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 中电建路桥集团有限公司北京100083

地震及岩体失稳破裂过程中,破裂机制、震源参数及破裂能量等信息均可通过矩张量方法求解,文中详细介绍了矩张量基本理论,对比分析了绝对矩张量反演法、相对矩张量反演法、混合型矩张量反演法等3种常用方法的优缺点。在详细归纳、总结国... 详细信息

地震及岩体失稳破裂过程中,破裂机制、震源参数及破裂能量等信息均可通过矩张量方法求解,文中详细介绍了矩张量基本理论,对比分析了绝对矩张量反演法、相对矩张量反演法、混合型矩张量反演法等3种常用方法的优缺点。在详细归纳、总结国内外相关文献的基础上,就水压致裂、采矿及深埋隧道等工程领域综述了矩张量反演理论在岩体工程中的应用现状,并结合其在德国黑林根矿区微震事件震源机制分析中的应用实例,表明通过矩张量反演获取的震源机制解及震源参数等信息,在岩体工程灾害预警及防治、水压致裂过程监测和控制等领域具有重要作用。最后分析了影响矩张量反演精度的因素及应用于岩体工程领域时存在的不足,包括定位精度低、波形识别及处理困难等问题,并对其在采矿、石油等岩体工程领域的应用前景、改进措施及需进一步研究的问题等进行了探讨,为矩张量反演方法的推广应用提供重要的参考。

关键词：矩张量反演微震声发射震源机制误差分析

2013年吉林前郭—乾安震源区中强地震矩张量反演与区域孕震环境研究

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地球物理学报 2014年第8期57卷 2541-2554页

作者：吴微微杨建思苏金蓉杜文康高瑜郑钰田宝峰刘莎吴朋四川省地震局成都610000 中国地震局地球物理研究所北京100081

2013年10月31日11时03分,在吉林省松原市前郭尔罗斯蒙古族自治县发生M_S5.5级地震,11时10分,震区再发生Ms5.0级地震.截止2013年11月23日,吉林前郭-乾安地区（本文统称为前郭-乾安震源区）已经发生Ms5.0级以上地震5次.虽然震源区外围中... 详细信息

2013年10月31日11时03分,在吉林省松原市前郭尔罗斯蒙古族自治县发生M_S5.5级地震,11时10分,震区再发生Ms5.0级地震.截止2013年11月23日,吉林前郭-乾安地区（本文统称为前郭-乾安震源区）已经发生Ms5.0级以上地震5次.虽然震源区外围中强地震活跃,但在前郭-乾安震源区内,据历史地震资料记载,仅2006年3月31日在距离本次地震序列以西8 km处发生过一次乾安、前郭交界Ms5.1级地震.除此之外,距离震源区90 km处,曾于公元1119年2月发生过M6.7级地震.为了更好地认识区域孕震环境,本文利用吉林、辽宁、内蒙古以及黑龙江数字地震台网的三分向宽频带波形资料,建立了适用于这些台站的分区速度结构模型,反演了2013年10月31日-11月23日前郭-乾安震源区M_L≥4.5级中强地震的矩张量解.结果显示,几次中强地震均呈现逆断层兼少量走滑性质,其中NW走向的节面Ⅰ为此次中强地震序列的断层面,发震断层的优势走向集中在320°左右,优势倾角分布在38°-65°.根据矩张量反演结果,结合地震序列重新定位（郑钰,待发表）后的空间分布情况,我们推测此次地震序列的发震构造可能是震源区基底深部一条NW向隐伏逆冲断层,这条断层延伸至地表的位置可能位于震源区北侧靠近124°经度隆起带附近.此外,震源区的发震构造和浅部应力场可能是在西太平洋板块俯冲产生的挤压应力场背景下,受控于郯庐断裂带右行走滑的次级应力场.

关键词：震源机制解矩张量反演中强地震地震断层

利用矩张量反演法研究江苏高邮—宝应M_S4.9级地震震源机制解和震源深度

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地球物理学报 2015年第1期58卷 204-215页

作者：康清清缪发军刘红桂徐戈李峰江苏省地震局南京210014 中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局地震预测研究所北京100036

基于江苏、安徽、山东和浙江等省区域台网共19个宽频带数字台站的地震波形,采用HypoDD双差定位方法确定了2012年7月20日江苏高邮—宝应MS4.9级地震震中位置,再利用时间域矩张量反演法TDMT_INV获得了其震源机制解和震源深度.反演结果显... 详细信息

基于江苏、安徽、山东和浙江等省区域台网共19个宽频带数字台站的地震波形,采用HypoDD双差定位方法确定了2012年7月20日江苏高邮—宝应MS4.9级地震震中位置,再利用时间域矩张量反演法TDMT_INV获得了其震源机制解和震源深度.反演结果显示：最佳双力偶解为节面Ⅰ走向290°,倾角88°,滑动角-21°;节面Ⅱ走向21°,倾角69°,滑动角-177°,地震矩震级为MW4.95,震源深度约为7-9km.利用滑动时窗相关法提取sPn震相测定震源深度为8.95km,两者一致性较好.随后不同地壳模型和不同震中定位误差对反演结果的影响试验揭示了反演结果具有稳定性.通过以下几种分析：1与利用CAP（Cut and Paste）矩张量反演法得到的结果进行对比;2P波初动投影;3正反演试验探求反演结果不稳定的影响因素等方法,验证了反演结果的可靠性.综合本文研究成果、震后科学考察结果（包括重力测量和地震烈度分布图）及现有的地质构造资料,推测此次地震的发震构造为杨汊仓—桑树头断裂,节面Ⅱ为断层面,是一个右旋走滑兼有少量正断层性质的错动.

关键词：高邮—宝应地震双差定位矩张量反演震源机制解 sPn震相

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声发射矩张量反演

地球物理学报 2014年第3期57卷 858-866页

作者：刘培洵陈顺云郭彦双李普春中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 厦门地震勘测研究中心厦门361021

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发... 详细信息

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发射波长,且声发射由微破裂产生,声发射源的尺度很小时,P波矩张量反演可采用远场近似.本文首先针对声发射的特点,实现根据远场P波反演声发射矩张量的算法,并通过人工声发射实验对算法的正确性和可靠性进行了检验.最后,用声发射矩张量反演方法对花岗岩单轴压缩实验的声发射源特征进行了分析.结果表明:对于纯剪切破裂模式,声发射矩张量反演可得断层面;对于非纯剪切破裂模式,如纵向挤压导致的横向张性劈裂,由于存在多解性不能得到断层面,但可通过矩张量的迹区分破裂模式.

关键词：声发射震源机制矩张量反演破裂模式

基于微震矩张量反演的中国董家河煤矿突水预警方法研究

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Journal of Central South University 2020年第10期27卷 3133-3148页

作者：马克孙兴业唐春安王苏健原富珍彭宜霖刘凯 State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering Dalian University of TechnologyDalian 116024China Institute of Rock Instability and Seismicity Research Dalian University of TechnologyDalian 116024China Shannxi Coal and Chemical Technology Institute Company Limited Xi’an 710065China China Petroleum Pipeline Engineering Corporation Langfang 065000China School of Environmental Science University of LiverpoolLiverpool L693BXUnited Kingdom Department of Engineering Science University of OxfordParks RoadOX13PJUnited Kingdom

董家河煤矿属于中国华北石炭二叠纪煤田,该区域的岩溶、裂隙发育程度较高,其水害治理问题一直受到学者们的广泛关注。本文以董家河煤矿工作面为例,通过工作面布置的微震监测系统,采用矩张量理论反演了底板微震事件异常区域的震源机制解... 详细信息

董家河煤矿属于中国华北石炭二叠纪煤田,该区域的岩溶、裂隙发育程度较高,其水害治理问题一直受到学者们的广泛关注。本文以董家河煤矿工作面为例,通过工作面布置的微震监测系统,采用矩张量理论反演了底板微震事件异常区域的震源机制解,通过应力反演方法识别了底板隐伏断层,并结合数值模拟获取了底板的应力场。结果表明:1)通过传感器拾取的有效微震波形计算了突水危险区域的矩张量,并在此基础上将矩张量分解为三部分并结合相关判据得出该区域的主要破裂类型为混合破坏。2)通过震源机制中的初动极性和应力反演方法,确定了断层的主要属性,该隐伏断层属于逆断层,其倾角大致为70°,破裂长度为21 m。3)通过数值模拟方法结合微震事件的时空分布将断层的破坏过程分为3个阶段。其结果可为类似煤矿突水风险的预警和评估提供参考。

关键词：矩张量反演突水断层识别岩石破裂过程分析

伽师震源区中等强度地震矩张量反演及其应力场特征

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地球物理学报 2008年第3期51卷 782-792页

作者：赵翠萍陈章立郑斯华张智强中国地震局地震预测研究所北京100036

使用区域数字地震台站记录的宽频带长周期波形资料,在时间域反演了1997～2004年伽师震源区52次中等强度地震的矩张量.反演结果揭示,在小尺度的伽师震源区内,震源机制解的P轴、T轴和N轴呈现出明显的分区特征.本文进一步把伽师震源区分为... 详细信息

使用区域数字地震台站记录的宽频带长周期波形资料,在时间域反演了1997～2004年伽师震源区52次中等强度地震的矩张量.反演结果揭示,在小尺度的伽师震源区内,震源机制解的P轴、T轴和N轴呈现出明显的分区特征.本文进一步把伽师震源区分为东区和西区,分别反演了东区与西区的应力场.应力场反演结果表明,东区的应力场主压应力轴走向为321°,基本水平.最大主张应力走向68°,倾角40°.截至2004年7月,伽师震源区西部的应力场一直较为稳定,最大主压应力方向为12°,最大主张应力方向282°,二者都基本水平,中等主应力轴基本直立.自西向东,伽师震源区最大主压应力轴逆时针旋转了49°,并且西区张应力的水平作用较为显著,东区压应力的水平作用显著.应力场的这种非均匀变化特征与GPS观测得到的地壳运动速率的空间分布以及塔里木盆地边界附近的地形地貌特征有很好的一致性.震源区深部结构的陡变以及位于震源区东部边界规模较大的NW走向的普昌断裂和色力布亚隐伏断裂可能对产生这种横向非均匀的局部应力场起了重要的作用.

关键词：伽师震源区中小地震矩张量反演应力场