岩石破壞實驗
正文
觀測岩石破壞條件、破壞過程和該過程中岩石物理性質變化的實驗研究。岩石破壞實驗的目的在於增進對地震成因的理解,加強對地震前兆的認識。對實際的地震預測來說,通常有兩種方法:①總結地震之前觀測到的可能與地震發生有關的現象,把它作為地震前兆,進行另一次地震預測嘗試。②開展震源物理的研究。即從一定的理論前題出發,提出假說─地震發生的模式;再從這個模式著手,推導可能的前兆和不同前兆之間的關係;然後通過實踐檢驗模式。岩石破壞實驗為建立假說提供基本的觀測事實,是震源物理研究工作的一部分(圖1)。 早在 20世紀 30年代,美國科學家布里奇曼(P.W.Bridgman) 等就開展了在高溫高壓條件下測量岩石物理性質的研究。但真正將岩石實驗結果同地震問題結合起來,則開始於日本茂木清夫1962年的工作。茂木清夫測量了各種岩石受壓縮後產生的聲發射信號,並用實驗結果解釋了天然地震的各種類型,他的工作引起了地震學家的濃厚興趣。1969年以後,發現在許多地震之前波速比vP/vS有異常變化。不久,美國科學家對波速比在地震之前變化的原因提出了理論解釋,從而提出了地震的膨脹-擴散模式。70年代以後,岩石破壞實驗受到各國從事地震預測研究的科學家的普遍重視。岩石破壞的機理 目前認為產生地震的兩種機理是:岩石的破裂和岩石沿已有斷層面的摩擦滑動。對完整的岩石進行壓縮時,岩石會產生破裂,出現斷裂面。岩石在破裂前,體積會有明顯的增加,這叫做岩石的膨脹。膨脹是由於岩石中的裂紋形成及其擴展,而且在應力約等於岩石破裂強度的一半時開始。膨脹會引起岩石物理性質的明顯變化(圖2)。基於岩石破裂之前的膨脹現象,美國科學家提出了地震發生的膨脹-擴散模式(見震源物理)。
對含有斷層或其他間斷面的岩石進行壓縮時,沿斷層面發生摩擦滑動的條件為:
實驗結果的外推 實驗室結果是在短時間內對小尺度的岩石樣品進行實驗得到的。儘管岩石實驗的結果可以定性描述巨大岩體的現象,而且也觀測到了岩樣破壞前性質的變化與地震前兆之間的相似性,但當把這樣的實驗結果外推於地球各種過程的定量研究時,必須要研究岩石變形的微觀機理。只有在知道岩石在實驗室和自然界兩種條件下的變形機理後,才有可能作出合理的外推。(見彩圖)