摘要巖石的結構、構造往往具有不均一性，因而表現出物理力學性質的各向異性。超聲波技術就是通過研究巖石的各向異性來了解巖石的構造變形特征勿微觀構造。本文論述了這一方法的基本原理，介紹了檢測方法，探討丁如何應用此法來確定主應變軸的空間方位卻劃分不同構造變形期次、確定巖石中微孔隙的排列方位和礦物定句組構、恢復古構造應力場、區分原生和次生各向異性等。

關鍵詞變形巖石超聲波構造應力場巖石物理力學性質

近年來，國內外學者注意利用超聲波技術來研究巖石的微觀構造和變形特征、劃分變形期次、確定主應變軸方位、探討恢復古構造應力場。

這一方法的基本原理是巖石，尤其是變形巖石具有物理力學性質的各向異性，這種性質對彈性波的傳播反應敏感，表現出在傳播彈性波速度上具有方向性。成巖作用和構造作用均能使巖石的結構、構造具有不均一性，因而，巖石的各向異性可分為原生(成巖)和次生(構造變形)兩種類型。影響巖石傳播彈性波速度的因素主要是密度，而密度直接與組成巖石的礦物成分和結構、礦物顆位大小和排列方式、粒間和粒內變形、;二隙(孔洞和微裂隙〉大小和排布、巖石中流體性質和充填流體的多少等相關。只要上述因素在巖石內呈現出規律性，即有序排列，是隱性的，巖石傳播彈性波的速度就能具有方向性。所以，可以用測定彈性波傳播速度的方法來研究巖石的各向異性，進而研究巖石的微觀構造，探討構造變形和恢復古構造應力場【2) 。

1 檢測方法

測定巖石傳播彈性波速度的方法很多，這里介紹以下二種：

(1)將巖石標本切成二面平行的塊體，相平行的面大小約5X5cm ，厚度1~5cm 。選用頻率較高的換能幫(探頭)和超聲波測試儀相連接，澳~定縱波速度(Vp ) 和橫波速度(V，) 。利用已有的經驗公式可求出反映巖石力學性質的有關參數，如彈性模量、泊松比等。在所研究的構造區段或礦床范圍內，均勻地規律地采集巖礦石標本，分別測得町、仇，編制出相應的等值線圖，這將有助于研究不同物理力學性質巖礦石的分布規律、地質體的各向異性特征和構造變形特征ω 。(2) 采集巖石定向標本，切制成厚約lc m 的定向溥飯.將其固定在帶360。方(主要IJ 度的可轉動的載物臺上.高頻探頭可抵住薄板上下平面.按每隔30。的方位角測定吟。.-般一塊巖石薄板要規律地測36-43 個點，然后將數據投在施密特網上，可編出帶方位的町等值線圖和各向異性圖解【飛這是類似于巖組圖的具有數個極大值和極小值的復雜方位圖形，宮是巖石內礦物顆粒、宏觀微觀孔隙排布等結構構造的綜合反映(圖1) 。

2 實際應用

2. 1 確定主應變軸的空間方位和劃分構造變形期次

圖I 所示是一塊巖石標本測得的1 一片理配2-層理菌3一茍英脈與周密的接觸面V. 等值線圖。標本采自凝灰質砂巖中的石英脈。石英脈中石英顆粒均勻，在普通偏光顯微鏡下觀察和野外節理測量均無明顯的構造定向統計規律。從圖中可以看出，具有一個極小值和明顯的極大值，極小值垂直予高值帶，可以有把握地確定a 、b 、c 三個主應變鈾的方位。A . 凡CaM'∞HOB (1 982) 在研究額爾齊斯福皺帶中的礦床時采用上述方法來進行構造變形分析。圖2 是他對一小型槽皺所測定的問編制的圖解.精皺的南西翼被沿輔面劈理發育的剪切斷裂所切過，北東翼發育次級榴皺，轉折端強烈發育小揉皺。在兩翼和轉折端采集定向標本，測得町，編制出各向異性系數圖解。A 、B 圖解具有明顯的高值帶，它平行于層理或袖面劈理。帶中可以分出二個極大值，其中一個平行槽皺軸，另一個〈常缺乏〉平行輸面劈理的傾向【盯。如果圖形中出現不只一個高值帶，則可能表明巖石經受了不只一次的構造變形，結合其它構造觀測和分析，就可以確定不同期次構造的成生時序，從而確定每一期構造變形的主應變輸方位。

2.2 確定巖石中孔隙排列的方位

構造應力作用不僅可以使組成巖石的礦物產生走向排列，而且可使巖石中的孔隙產生變形、變位、連通而形成新的裂隙，構成有序的孔隙帶。圖加， b 是樣品在完全干燥(一般在105 'C 烘箱內經24h 烘于〉和水飽和(一般浸沒在水中3~5 晝夜〉二種情況下分別測得的刊所編制出的等值線圖， c 是上述Vp的差值(△Vp.) 編制出的等值線圖。干燥條件下測得的Vp， 其各向異性是巖石中礦物顆粒定向排列和孔隙有序分布的綜合反映，水飽和條件下測得的Vp的各向異性基本上只反映礦物定向排列的規律，△Vp 則是孔隙帶有序分布的反映，其極大值中心代表了孔隙帶極點的方位。據此可求出孔隙帶的產狀（2） 。

2, 3 恢復古構造應力場
在巖石塑性變形量不大，尤其是儀表現為脆性變形的情t咒下，巖石的各向異性主要以微細孔驚的有序排布表現出來。實驗統計表明，巖石的縱波速度各向異性系數極大值的位置與磯的方位一致，極小值位置與的方位一致。在比較簡單的構潑地質條件下，我們再根據聲發射凱瑟效應測量出巖石中先存應力的大小ω . 這就不僅可以獲得采樣點主應力鈾廳位，而且可以得到該點最大主應力值。如果再輔以其他方法，有可能使古構造應力場的研究全面定量化.確定出同一點的主應力輸方位和主應力值。

值得注意的是.研究中要注意區分原生和次生各向異性，通常用對比研究的辦法可以將它們區分開來。采集巖石標本時，注意采集遠離構造帶沒有變形或變形很微弱的同一種巖石，將其檢測結果與構造帶內標本的檢測結果進行對比.求出△vp ，則△vp等值線圖就是構造變形產生的各向異性的反映。