砂岩在单轴压力下氡析出量的实验探究

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长期以来,地震这一地质灾害给人类的生产和生活均带来了巨大的威胁,人们也一直在寻求各种技术方法研究地震预报的问题。地震预测的方法大致可以分为三大类:地震地质、地震统计和地震前兆。在地震前兆的预测方法里,氡气被认为是最有希望能被利用的气体组分之一,因此在地震预报中氡气的作用越来越受到地震工作者的重视。国内外许多学者通过对地震与地下氡气进行了长期性的研究,在这研究期间地震工作者不仅从理论上丰富了氡气预报地震的理论基础,而且还通过长时间的监测,得到了大量系统、完整的数据用以对理论基础的支撑。本文对不同的单轴压力对砂岩试样氡析出量的影响进行实验探究,得到单轴压力值与砂岩试样析出氡之间的关系,以此建立地质体处于孕震压密阶段时,氡析出量变化的实验模型。主要采用的方法是利用成都理工大学自主研发的IED-3000F瞬时测氡仪结合CR-39固体核径迹探测器得到砂岩试样在测量时间范围内氡析出量的动态变化量和累计量。本文取得的成果如下:1.通过岩石三轴蠕(徐)变试验机对不同砂岩、不同含水率的最大抗压性实验表明:不同砂岩、不同含水率的抗压性各不相同,紫红砂岩的抗压性明显高于黄砂岩,而干燥试样抗压性明显高于饱和含水试样的抗压性。这对实验关于单轴压力的梯度划分,以及不同状态下试样氡析出的研究起到了关键作用。2.为了模拟紫红砂岩在孕震时期的受压情况,将其压力梯度划分为10kN,20kN和30kN三种不同的单轴压力。由岩石三轴蠕(徐)变试验机可得出三种不同的单轴压力与砂岩试样轴向位移之间的变化情况:试样所承受的单轴压力越大,其轴向位移的变化量越大;试样在不同的单轴压力达到该压力阶段的最大轴向位移所需要的时间也与单轴压力的大小呈正相关,即轴向位移的应变速率与三种不同的单轴压力下试样轴向位移均呈对数变化,对三种压力下的轴向位移变化曲线进行函数拟合可知:当单轴压力为10kN时,拟合函数为:y=0.1329ln(x)+0.0229,拟合度为:0.966。当单轴压力为20kN时拟合函数为:y=0.1655ln(x)+0.0402,拟合度为:0.9187。当单轴压力为30kN时拟合函数为:y=0.2191ln(x)+0.088,拟合度为:0.8827。3.由IED-3000F瞬时测氡仪所测得的每半小时计数的瞬时结果曲线图可以得出,曲线的变化趋势呈波动性发展,两种砂岩试样氡的析出均具有自主阵发的特点。4.结合IED-3000F瞬时测氡仪和CR-39固体径迹探测器对紫红砂岩单轴压力下氡析出量变化所得到的两种实验结果表明:在模拟试样处于孕震压密阶段时,紫红砂岩试样的氡析出量与单轴压力值的大小呈负相关。即在试样的抗压范围内,由于单轴压力使得试样的“原生”裂隙和一些结构面的闭合度越高,试样氡的析出量越少。此结果也与前人关于地震前氡的负异常的推论相符。5.通过CR-39固体径迹探测器对两种砂岩裂样和碎样的氡析出的测量结果进行分析可知,由于试样在裂样和碎样的条件下,其微裂隙和“原生”裂隙等氡气运移通道的增多,以及一些结构面在超抗压性压力的作用下被完全破坏,试样氡的析出量呈明显增加的现象。这一结果也与前人关于地震发生后地震监测站氡气出现明显增大的现象相符合。6.就饱和含水试样所测得的结果表明,无论是瞬时测量结果还是累积测量结果其变化规律均与干燥试样的变化规律基本相同;两种的不同之处在于含水率越高的试样氡析出量越少。由瞬时测氡仪所测得的瞬时结果可知,当试样中的含水量随着时间而不断减少时,氡的析出量会出现增长的现象。7.对两种砂岩在0kN、裂样、碎样三种状态下CR-39固体核径迹探测器的测量结果进行线性函数拟合可知:黄砂岩试样的线性函数为:y=44.585x+165.66,拟合度为:0.9957。紫红砂岩的线性函数为:y=41.161x+153.71,拟合度为:0.9945,两者的拟合度均较好。
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