声发射及Kaiser效应揭示广东河源地区历史应力特征

吕娟霞; 罗强; 李朋; 刘洁

doi:10.11714/acta.snus.ZR20250100

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声发射及Kaiser效应揭示广东河源地区历史应力特征

研究论文 | 更新时间：2026-03-18

- 声发射及Kaiser效应揭示广东河源地区历史应力特征
- Historical stress characterization in Heyuan， Guangdong unveiled by acoustic emission and Kaiser effect
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2026年65卷第2期页码：46-55
- 作者机构：
  
  1.中山大学地球科学与工程学院，广东珠海519082
  2.广东省地质局湛江地质调查中心，广东湛江 524000
  3.广东省地球物理勘查院，广东广州 510800
  4.广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室，广东珠海519082
  5.南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东珠海 519082
- 作者简介：
  
  吕娟霞（1999年生），女；研究方向：岩石力学实验；E-mail：lvjx27@mail2.sysu.edu.cn
  刘洁（1967年生），女；研究方向：多尺度计算地球动力学；E-mail：liujie86@ mail.sysu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42072251)
- DOI：10.11714/acta.snus.ZR20250100
  中图分类号： P584
- 收稿：2025-06-09，
  
  修回：2025-07-15，
  
  录用：2025-10-09，
  
  网络首发：2026-01-04，
  
  纸质出版：2026-03-25
- 稿件说明：
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吕娟霞,罗强,李朋等.声发射及Kaiser效应揭示广东河源地区历史应力特征[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(02):46-55.

LÜ Juanxia,LUO Qiang,LI Peng,et al.Historical stress characterization in Heyuan， Guangdong unveiled by acoustic emission and Kaiser effect[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(02):46-55.
吕娟霞,罗强,李朋等.声发射及Kaiser效应揭示广东河源地区历史应力特征[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2026,65(02):46-55. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20250100.

LÜ Juanxia,LUO Qiang,LI Peng,et al.Historical stress characterization in Heyuan， Guangdong unveiled by acoustic emission and Kaiser effect[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2026,65(02):46-55. DOI： 10.11714/acta.snus.ZR20250100.

摘要

河源地区位于华南地块东缘，区内出露大面积花岗岩。为了解河源地区花岗岩所经历的应力历史，开展了不同加载方式的单轴压缩试验，根据声发射信息的Kaiser效应，分析河源地区花岗岩的应力特征。声发射结果显示，单轴压缩过程声发射大致分为平静期、快速增长期、突增期。分级加载过程声发射累积振铃呈现对应的台阶状升高，等幅循环加载过程有典型的Kaiser效应。利用G-P算法计算声发射振铃计数关联分形维数，将与近似Kaiser效应点邻近的振铃计数关联分形维数最小点，确定为最终Kaiser效应点，并利用循环加载数据的Felicity比值衡量Kaiser效应的有效程度；由此确定河源地区花岗岩最大历史应力为79.1 MPa。据此推测该花岗岩形成时的深度约为3.9~6.6 km，新生代以来河源地区的断块运动使得地表抬升约3.5~6.2 km。研究结果可为探讨华南地区构造演化提供全新佐证。

Abstract

The Heyuan area is located on the eastern margin of the South China Block， where large granite outcrops are prominently exposed. To investigate the stress history of the granite in this region， a series of uniaxial compression tests were conducted. The stress characteristics of the granite were analyzed based on the Kaiser effect observed in acoustic emission （AE） signals. The AE results indicate that： 1） during monotonic uniaxial compression， the AE activity can be divided into three distinct phases： a low-activity phase， a rapid growth phase）， and a burst phase； 2） in the case of incremental cyclic loading， the cumulative AE ringing counts exhibit a stepped increase； and 3） the constant-amplitude cyclic loading demonstrates a typical Kaiser effect. The G-P algorithm was employed to calculate the correlation dimension of AE ringing counts， characterizing the fractal scaling of damage evolution. The point with the minimum correlation dimension， located near the approximate Kaiser point， was identified as the critical stress point satisfying the Kaiser effect. Furthermore， the Felicity ratio derived from cyclic loading data was used to validate the Kaiser effect. Based on this analysis， the maximum historical differential stress of the granite in Heyuan was determined to be 79.1 MPa. It is inferred that the granite formed at a depth of approximately 3.9 to 6.6 km， and that block uplifts since the Cenozoic era have caused a surface rise by about 3.5 to 6.2 km in the Heyuan area. The result provides new evidence for the study of tectonic evolution in south China.

关键词

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姜磊， 2018 . 河源市地热资源分布情况及其特征［J］. 西部资源，（ 4 ）： 122 - 123 .

孔政，曾溅辉，左名圣， 2023 . Kaiser效应点识别方法及储层地应力预测［J］. 油气地质与采收率， 30 （ 6 ）： 54 - 60 .

娄峰，陈国能，李宏卫，等， 2010 . 南岭地区中生代花岗岩成岩成矿物质来源研究［J］. 矿床地质， 29 （ S1 ）： 239 - 240 .

卢运虎，陈勉，金衍，等， 2011 . 碳酸盐岩声发射地应力测量方法实验研究［J］. 岩土工程学报， 33 （ 8 ）： 1192 - 1196 .

舒良树，周新民，邓平，等， 2004 . 中国东南部中、新生代盆地特征与构造演化［J］. 地质通报， 23 （ 9 ）： 876 - 884 .

TANNOCK L ，王亚，李景富，等， 2019 . 广东河源断裂带地热成因及与构造关系初探［J］. 地质力学学报， 25 （ 3 ）： 400 - 411 .

王霄飞，余珊，龚跃华，等， 2014 . 华南北东向断裂在南海北部陆架的延伸［J］. 大地构造与成矿学， 38 （ 3 ）： 557 - 570 .

王煜， 2022 . 闽西南晚中生代花岗岩对相关热液矿床形成及变化与保存的约束［D］. 武汉：中国地质大学 .

张敏，旷健，肖志才，等， 2021 . 广东惠州燕山期以来地质构造演化：对华南构造的新启示［J］. 地球科学，（ 1 ）： 242 - 258 .

张雨薇，李广伟，蔡东旭，等， 2022 . 基于3D热运动模拟限定的黄山地区地貌演化初探［J］. 第四纪研究， 42 （ 3 ）： 783 - 796 .

赵奎，闫道全，钟春晖，等， 2012 . 声发射测量地应力综合分析方法与实验验证［J］. 岩土工程学报， 34 （ 8 ）： 1403 - 1411 .

ANIKIEV D ， BIRNIE C ， WAHEED UBIN ， et al ， 2023 . Machine learning in microseismic monitoring ［J］. Earth Sci Rev ， 239 ： 104371 .

BAI X ， ZHANG D M ， WANG H ， et al ， 2018 . A novel in situ stress measurement method based on acoustic emission Kaiser effect： A theoretical and experimental study ［J］. R Soc Open Sci ， 5 （ 10 ）： 181263 .

CHEN G ， GRAPES R ， 2003 . An In-situ melting model of granite formation： geological evidence from southeast China ［J］. Int Geol Rev ， 45 （ 7 ）： 611 - 622 .

DAI J ， LIU J ， YANG J ， et al ， 2025 . Correlational fractal analysis of the Kaiser effect in rock： Implications for salt-cavern engineering under triaxial cyclic loading and unloading ［J］. Nondestruct Test Eval ， 40 （ 3 ）： 1180 - 1202 .

DINMOHAMMADPOUR M ， NIKKHAH M ， GOSHTASBI K ， et al ， 2022 . Application of wavelet transform in evaluating the Kaiser effect of rocks in acoustic emission test ［J］. Measurement ， 192 ： 110887 .

FILIMONOV Y L ， LAVROV A V ， SHAFARENKO Y M ， et al ， 2001 . Memory effects in rock salt under triaxial stress state and their use for stress measurement in a rock mass ［J］. Rock Mech Rock Eng ， 34 （ 4 ）： 275 - 291 .

FU X ， BAN Y X ， XIE Q ， et al ， 2021 . Time delay mechanism of the Kaiser effect in sandstone under uniaxial compressive stress conditions ［J］. Rock Mech Rock Eng ， 54 （ 3 ）： 1091 - 1108 .

GRASSBERGER P ， PROCACCIA I ， 1983a . Measuring the strangeness of strange attractors ［J］. Phys D Nonlinear Phenom ， 9 （ 1/2 ）： 189 - 208 .

GRASSBERGER P ， PROCACCIA I ， 1983b . Characterization of strange attractors ［J］. Phys Rev Lett ， 50 （ 5 ）： 346 - 349 .

KHARGHANI M ， GOSHTASBI K ， NIKKAH M ， et al ， 2021 . Investigation of the Kaiser effect in anisotropic rocks with different angles by acoustic emission method ［J］. Appl Acoust ， 175 ： 107831 .

LI H ， LIN C ， REN L ， et al . 2021 . Quantitative prediction of multi-period tectonic fractures based on integrated geological-geophysical and geomechanics data in deep carbonate reservoirs of Halahatang oilfield in northern Tarim Basin ［J］. Mar Petrol Geol ， 134 ： 105377 .

LI Z ， 2017 . An investigation of failure modes and failure criteria of rock in complex stress states ［J］. J South Afr Inst Min Metall ， 117 （ 3 ）： 245 - 255 .

MENG Q ， ZHANG M ， HAN L ， et al ， 2016 . Effects of acoustic emission and energy evolution of rock specimens under the uniaxial cyclic loading and unloading compression ［J］. Rock Mech Rock Eng ， 49 （ 10 ）： 3873 - 3886 .

QIN T ， SUN H ， LIU H ， et al ， 2018 . Experimental study on mechanical and acoustic emission characteristics of rock samples under different stress paths ［J］. Shock Vib ，（ 1 ）： 4813724.

RICHARDSON R M ， SOLOMON S C ， SLEEP N H ， 1979 . Tectonic stress in the plates ［J］. Rev Geophys ， 17 （ 5 ）： 981 - 1019 .

SUN Y ， YU F ， LV J ， 2023 . Research on the characteristics of acoustic emission activities of granite and marble under different loading methods ［J］. 2023（ 1 ）： 2773795 .

VILLAESCUSA E ， SETO M ， BAIRD G ， 2002 . Stress measurements from oriented core ［J］. Int J Rock Mech Min Sci ， 39 （ 5 ）： 603 - 615 .

WAN T ， 2012 . The tectonics of China ［M］. Berlin， Heidelberg ： Springer .

WANG A D ， SUN Z X ， HU B Q ， et al ， 2014 . Guangdong， a potential province for developing hot dry rock geothermal resource ［J］. Appl Mech Mater ， 492 ： 583 - 585 .

ZHAO K ， YANG D ， HUANG Z ， et al ， 2024 . Investigations and new insights on the relation between the valid interval of the Kaiser effect and the characteristic stress ［J］. Earth Sci Rev ， 249 ： 104673 .

ZHAO Z ， QIAO Y ， TIAN J ， et al ， 2006 . A new method to identify quaternary moraine： Acoustic emission stress measurement ［J］. Acta Geol Sin Engl Ed ， 80 （ 5 ）： 754 - 758 .

ZHOU X P ， ZHANG J Z ， 2021 . Damage progression and acoustic emission in brittle failure of granite and sandstone ［J］. Int J Rock Mech Min Sci ， 143 ： 104789 .

ZHU W ， WANG S ， CHANG X ， et al ， 2021 . Three-dimensional ultrasonic imaging and acoustic emission monitoring of hydraulic fractures in tight sandstone ［J］. Appl Sci ， 11 （ 19 ）： 9352 .

ZHUANG L ， ZANG A ， 2021 . Laboratory hydraulic fracturing experiments on crystalline rock for geothermal purposes ［J］. Earth Sci Rev ， 216 ： 103580 .

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