充分干燥砂岩双轴局部压缩破裂的岩石激发电流实验研究

摘要

岩石受压激发电流(pressured-stimulated rock current, PSRC)日益得到关注，但多以火成岩/变质岩为主，缺少沉积岩观测实验。本文以细粒砂岩为研究对象，顾及实际情形中岩石/体一般处于多向应力作用状态，设计制作方柱形-多边形试样，采用高精度静电计与声发射探测仪，实验探索双轴局部压缩破裂模式下充分干燥砂岩的PSRC现象。实验揭示了砂岩PSRC的阶段性变化特征，即低值稳定波动(1 nA)—渐变上升至峰值脉冲(38 nA)—破裂后高值稳定波动(20 nA)。分析其机理为，低值稳定电流由主要造岩矿物石英和长石变形时少量线缺陷位错滑移及点缺陷激活释放过氧缺陷破断释放正空穴电荷(positive hole, Ph)引起。峰值电流由长石矿物破裂瞬时大量释放Ph、长石矿物位错滑移电流、石英压电效应和石英变形释放Ph等耦合引起，破裂后的高值稳定电流则由试样接触加载端头造成绝缘失效。将PSRC变化监测应用于岩石灾变预警中，其显著上升特征有望作为孕震区破裂发震与工程岩体灾变前兆。砂岩PSRC不同于火成岩/变质岩的破裂前峰值脉冲电流的共性特征，对岩石遥感物理研究及岩体灾变探测技术研发具有指导意义。

关键词

岩石受压激发电流 / 矿物破裂 / 过氧缺陷 / 灾变前兆 / 遥感-岩石力学