基岩温度探测地应力动态变化的研究现状与展望

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亮点

热测应力源于绝热条件下的热力学方程，具有坚实的物理基础；
通过与测震学结果对比分析获得了证实，热测应力已从理论探索迈向野外应用；
热测应力，在孔隙弹性及强震危险性分析等方面存在潜在理论探索与应用前景。

摘要

热测应力作为一种新型的地应力测量手段，指利用基岩温度观测获取地应力动态变化信息，已从理论探索发展为具有一定野外实证的方法。本文从理论分析、实验研究和关键技术以及野外观测实践进行了系统梳理，着重介绍有待进一步研究的工作。未来研究重点主要有：（1）引潮力及其次生流体热效应；（2）应力变化的方向特性与温度响应的规律；（3）与变形测力相结合，开展实际工程应用；（4）基于基岩温度观测的强震危险性分析；（5）热测应力的现场实验；（6）潜在卫星热红外异常机理。总之，鉴于地应力动态变化是地震前兆监测或工程应用的关键参数，热测应力对于防震减灾或工程应用具有重要的实际应用价值。

结论

理论上讲，弹性系统的热力学状态存在两个极端条件：等温情况与绝热情况。其中，等温情况是弹性力学侧重研究的内容，即变形测力的基础；绝热情况，温度与应力有关，也即本文关注的内容，热测应力的物理基础。满足绝热条件，主要有两种情形：(1) 应力变化快；(2) 热扩散慢。地壳岩石作为一种绝热性能优良的天然材料，应力变化（尤其地震这种快速变化）产生的热变化，短期内难以扩散，通常满足绝热假设。
热测应力作为一个新的研究方向，本质上，是基于绝热情况的热力学理论发展而来，有坚实的物理基础，并在实验室获得了良好的重复验证。随着温度观测技术等多方面进展，已从室内实验发展到野外观测。与测震学的相互验证，预示着已迈过了关键性的一步，未来潜力可期。另外，眼下热测应力着重强调地壳应力动态变化探索，实际应用并不限于岩石，其它材料也适用，如钢快速变形时也满足绝热条件。
与此同时，野外观测实践中还发现了许多新现象（如同震流体响应，震前持续或间歇性变化等），为进一步探索拓展了学术探索的领域。比如，在孔隙弹性和流体作用等方面，尚有着丰富的理论探索前景；在重大地质动态应力观测和强震危险性分析等方面，也蕴含着重要的应用潜力。