根据断裂力学观点推算1976年盐源地震的发震应力场

利用断裂力学观点前已得出震级 M、区域剪切应力值τ₀, 震源破裂半径 a 之间的关系式[1]. 通过求a和M可算出应力值τ₀, 用求小震平均断层面解的方法可求出应力场的方向.本文计算和讨论了1976年11月7日云南省盐源地区6.9级地震前后该地区应力场随时间的变化, 并与邻区作了比较, 结果如下:1.盐源地震前, 邻近的中甸地区的τ₀值比云南省其它地区高出4倍.2.盐源地区1976年以后τ₀值明显增高, 且此时小震的平均应力场方向与主震应力场方向基本一致.从而可以看到震前应力场的变化.分析讨论了测定τ₀的误差和引起误差的原因.提出了利用单台和多台对不同地区的τ₀值进行比较的可能性和误差.      

利用重力观测约束2011日本Tohoku大地震的震源机制

2011年3月11日,日本东北部(Tohoku)太平洋海域发生M_w9.0特大地震.一些国际学术机构用不同的震相和反演方法,计算了大地震的震源机制解.但这些结果存在一定的差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以约束地震的震源机制、地震大小及持续时间.本文利用地球自由振荡₀S₀简正模对Tohoku大地震的震源机制解进行分析和约束.₀S₀振幅大小与地震断层的倾角(dip)、滑动方向角(slip)、震源深度及地震断层的破裂时间有关.我们利用震源机制解得到大地震后自由振荡模拟值,利用超导重力仪得到自由振荡的高精度重力观测值.二者比较后的结果显示:由GCMT震源机制解得到的₀S₀振幅与观测值符合较好,而由USGS CMT震源机制解模拟的结果明显大于观测值.2011 Tohoku地震为逆冲型浅源大地震.进一步的分析表明:逆冲型浅源大地震的断层倾角对₀S₀振幅的影响很大,而滑动方向角以及震源深度对₀S₀振幅的影响较小.USGS CMT震源机制解中较大的断层倾角是导致其₀S₀振幅显著偏离观测值的主要原因.     

关于2021年5月滇西漾濞MS6.4地震序列特征及成因的初步研究

2021年5月21日21时48分在滇西苍山西麓漾濞地区发生M_S6.4 （M_W6.1）强震,相关地震活动表现为一个典型的前震?主震?余震序列。本研究分别就该地震序列的构造背景、M1.0以上地震的双差定位、主要地震的矩张量反演和破裂传播方向、应力场反演及断层滑动趋势以及潮汐作用等方面进行了初步分析。矩张量反演结果表明,矩心深度为6.0 km。根据断层破裂传播方向分析结果及精定位余震分布判定,主震震源断层产状为走向137°,倾角75°,滑动角?167°,破裂沿南东向单侧扩展,右旋走滑含正断层分量。漾濞地震序列发生在红河断裂带北段延伸方向上的乔后—巍山断裂附近,但主震震源断层及主要余震的分布在走向和位置上均明显偏离已知的乔后—巍山断裂。地震序列受一个发育程度不高、含多级雁列构造的北西向为主、北东向为次的共轭走滑断层系统（本文称为“漾濞断层”）所控制,整体上沿北西向断层展布,主震与部分强余震为北西向断层活动所致,但中强前震和多数余震为北东向断层活动所致。中强震的断层破裂均为单侧扩展,北西向断层主要表现为南东向破裂扩展,而北东向断层沿两个方向破裂扩展,相邻地震还存在往返破裂现象。对截至5月23日所发生的M＞4.0前震和余震进行了全矩张量反演。利用漾濞地震震中15 km范围内20多个M_W＞3.4余震的比较可靠的震源机制解反演了该区的应力场,结果显示:主应力形状比φ＝（σ₂－σ₃）/（σ₁－σ₃）为0.46±0.17;最大主应力轴的方位角为188.0°±9.0°,倾伏角为12.4°±7.0°;中间主应力轴近直立,倾伏角为72.1°±11.3°;最小主应力轴的方位角为280.3°±7.0°,倾伏角为10.4°±12.0°。本文还对理论潮汐应变及应力进行了分析,结果表明,该地震序列受潮汐调制作用十分明显。5月18日18时及19日20时开始的两组前震群的首个主要地震以及5月21日晚发生的主震均发生在潮汐体应变和库仑应力的峰值附近,余震活动也与潮汐有明显的相关性。综合主要地震震源机制解、前震及余震分布、潮汐调制特征、基于应力场反演的断层滑动趋势分析以及滇西北地区以往类似地震活动研究结果,本文初步推断:漾濞地震受深部流体作用的影响明显,5月18日18时开始的第一次前震活动高潮从北西向断层的一个拉张性断层阶区开始,最大前震的震源断层为北东向断层,随后向北西方向迁移;19日20时开始的第二次前震活动高潮集中在主震震源附近。这些地震的触发及深部流体作用共同促进了北西向断层的活动,但主震的发生受深部流体作用为主。      

JCZ-1型地震仪观测的地球环型自由振荡

本文首次采用JCZ-1型地震仪观测资料研究地球环型自由振荡, 并在2011年日本9.0级地震、 2010年智利8.8级地震和2005年印尼8.6级地震后武汉地震台JCZ-1型地震仪观测到了其激发的环型自由振荡, 从中检测了基振型₀T₂~₀T₆₇和一次振型 ₁T₂~₁T₅₀等振型的本征周期, 与PREM的理论值比较, 误差比小于0.5%, 补充了PREM中未提到的几次振型的本征周期: ₀T₁₁、 ₀T₁₅、 ₀T₁₉、 ₁T₄、 ₁T₅、 ₁T₁₄, 并观测到了日本地震 ₀T₂、 ₀T₆、 ₀T₇和 ₀T₈振型的多峰值现象。 研究结果表明, JCZ-1型地震仪具有良好的观测超低频长周期地球自由振荡的能力。     

2021年5月21日漾濞MS6.4地震极震区地形效应对地震动特性的影响

基于对2021年5月21日漾濞M_S6.4地震微观震中秀岭村进行的震害调查,利用流动观测地形台阵观测资料,分析了地形效应对地震动特性的影响。结果表明,若地震波垂直山脉走向入射,陡坡会放大地震波的高频部分,且不同高程处,山脉垂向低频差异较大,山脉走向低频差异较小。利用谱衰减法计算高频衰减参数的场地影响项κ₀,分析了水平和竖向分量的κ₀与场地软弱程度和卓越频率的相关性,其结果表明,在小尺度范围内,水平分量和竖向分量的κ₀均具有较强的空间不均匀性。     

由中小地震的震级ML和MS估算1970年通海地震前后其周围地区的剪应力值

本文研究了震源破裂过程及体波和面波的传播特点,导出了三个用中小地震的震级M_L和M_S估算剪应力值τ₀的公式和一个估算震源尺度2a的公式: logτ₀=1.5M_L—M_S—0.68 M_L=2logτ₀+2log（2a）—0.06 M_S=2logτ₀+3log（2a）—0.77 log（2a）=M_S—M_L+0.71用这些公式可以比较容易地估算出τ₀值和2a值。 通过上述公式估算的τ₀值,研究了通海大震前后应力场的演变过程:大震前,通海附近的峨山显示出很高的应力值,达282巴。而其他地区0值都在100巴以下。大震发生后,破裂带中部0值都下降到100巴左右。在两端还有少数高应力值点,当几个5级多强余震发生后,应力值都降到100巴左右。      

强余震的准周期性

本文考察了我国华北及西南 M≥7地震的余震序列, 在M—logt 图上余震活动呈现有交替的高潮期和低潮期;称为准周期性.取高潮期中极大余震发生时间 t_n 与周期函数 S(t)=sin[(2πt)/T(t)+(π/2)]的峰值依次拟合, 求得各峰值时的周期 T_n, 各余震序列的结果一致表明 logT=loga+qlogt 的线性关系存在, 即 T=atq.并讨论了 T 随 t 的幂函数增加主要是由于荷载率$ \dot{P}$ 随时间幂函数减小所致.外推 S(t), 可用下一个峰值对应的 t 预测下一个强余震的发震时间.本文还讨论了相邻两强余震的时间间隔与强余震震级的关系.      

从断裂力学观点研究地震的破裂过程和地震预报

把断裂力学中的应变能释放率公式和裂纹错开位移公式运用到地震破裂中来,再用震级-能量公式logε_e=α₁M+α₂,对于走向滑动、倾向滑动和圆盘形剪切破裂找到了震源参数和地壳应力状态之间的内在联系,汇总在表2。对于走滑断层情形,关系式如下: （1） （2） （3） （4）应力降 （5）平均应力 （6）用M_o和L²W求区域应力公式式中,M为震级,L、W为断层长度和宽度,η为地震效率,τ₀为区域剪切应力,τ_y为剪切屈服强度,μ为刚性系数,v为泊松比,为平均位错,M₀为地震矩。 利用（6）式或（1）式,在实验室测出地壳状态下屈服强度τ_y,后,可用地震观测资料算出区域剪切应力τ₀。 上述关系式和目前流行的震源参数之间的关系式有很大的差别。原因是以往只考虑了破裂的初态和终态,没有考虑破裂过程。而断裂力学恰恰是考虑了破裂过程。     

地震不稳定性的一个简单模型

基于断层面强度的非均匀性,将断层面的宏观破裂过程看作是断面局部微元的破裂累积过程,假设断层局部微元强度遵循Weibull概率分布,从统计力学角度推导出了宏观的断层载荷.变形的全过程本构关系.采用一维地震力学模型,以远场位移a为控制变量,用稳定性理论研究了地震不稳定性问题.研究表明,系统刚度比(围岩刚度与断层刚度之比)β是影响地震发生的重要参数,只有当β<1时才会出现地震失稳,且应力突跳发生在平衡路径曲线的位移转向点,并给出了地震过程的3个重要参数(地震后断层半错距、地震应力降和释放的弹性能)的表达式.当β≥1时,不会发生地震,仅是缓慢的断层滑动,属于无震滑动.     

汶川MS8.0地震的前兆异常时空演化过程及其力学分析

为了研究2008年汶川M_S8.0地震前10年前兆异常的时空演化过程, 采用地震破裂区的几何中心和余震区椭圆中心线为中心的两种方法计算前兆异常的震中距。 结果表明: 在汶川地震前2年左右前兆异常逐渐增多; 近源区(震源2倍左右尺度)异常测项比大于25%, 远源区中震源3～5倍尺度区域的异常测项比为17%～24%。 前兆异常时空演化过程存在三个不同的变化阶段, 即α阶段(包括α₁和α₂, 震前700～3000 d)的异常主要分布在余震区以外的西南地区和西北地区, 表现为远源区与近源区的前兆均存在向外扩展的特点; β阶段(震前300～700 d)的异常分布在余震区西南部和北部地区, 表现为大范围出现异常; γ阶段(包括γ₁和γ₂, 震前300 d内)的异常分布范围较广, 异常主要分布在余震区的西南部和东北部地区, 表现为远源区的异常向震中收缩过程(γ₁)和近源区的异常向外扩展的过程(γ₂)。 地震孕育过程的实验研究和力学分析表明, 地震孕育过程中前兆异常的三阶段特征可能是受孕震体的控制, 是孕震过程中的一种表现形式, 是一个地震孕育过程中的普遍性特点, 对地震预测具有一定指导作用。     

THE GEOLOGICAL AND ROCK MECHANICAL DISTINCTION EVIDENCE BETWEEN STICK-SLIP AND CREEP IN HOST ROCK SEGMENTS OF FAULT

Paleo-seismic and fault activity are hard to distinguish in host rock areas compared with soft sedimentary segments of fault. However, fault frictional experiments could obtain the conditions of stable and unstable slide, as well as the microstructures of fault gouge, which offer some identification marks between stick-slip and creep of fault. We summarized geological and rock mechanical distinction evidence between stick-slip and creep in host rock segments of fault, and analyzed the physical mechanisms which controlled the behavior of stick-slip and creep. The chemical composition of fault gouge is most important to control stick-slip and creep. Gouge composed by weak minerals, such as clay mineral, has velocity weakening behavior, which causes stable slide of fault. Gouge with rock-forming minerals, such as calcite, quartz, feldspar, pyroxene, has stick-slip behavior under condition of focal depth. To the gouge with same chemical composition, the deformation mechanism controls the frictional slip. It is essential condition to stick slip for brittle fracture companied by dilatation, but creep is controlled by compaction and cataclasis as well as ductile shear with foliation and small fold. However, under fluid conditions, pressure solution which healed the fractures and caused strength recovery of fault, is the original reason of unstable slide, and also resulted in locking of fault with high pore pressure in core of fault zone. Contrast with that, rock-forming minerals altered to phyllosilicates in the gouges by fluid flow through degenerative reaction and hydrolysis reaction, which produced low friction fault and transformations to creep. The creep process progressively developed several wide shear zones including of R, Y, T, P shear plane that comprise gouge zones embedded into wide damage zones, which caused small earthquake distributed along wide fault zones with focal mechanism covered by normal fault, strike-slip fault and reverse fault. However, the stick-slip produced mirror-like slide surfaces with very narrow gouges along R shear plane and Y shear plane, which caused small earthquake distributed along narrow fault zones with single kind of focal mechanism.     

断层物质测年的热释光研究

断层物质ＴＬ测年的关键，是断裂运动产生的温压效应能否使断裂带内某些矿物原贮存的ＴＬ能量完全释放而“归零”。为此，进行了不同条件的高温、高压和位移速率变化等的模拟断裂运动的实验。结果表明，断裂运动产生的摩擦增温是使断层面上矿物ＴＬ强度减弱的主要因素。讨论了摩擦增温值与断裂运动时剪应力大小、断层泥厚度和断层位移间的关系，并得到了野外断层面上实际测试的证实。据此研究成果，还对小湾坝区Ｆ＿７断裂的活动时代进行了测定     

红河断裂带断层泥基本力学性质的初步研究

本文对红河断裂带断层泥的某些基本力学性质进行了实验研究,得到红河断层泥的体积压缩模量为104巴的量级,杨氏模量为102—103巴的量级,泊松比为0.3—0.4,单轴抗压强度由数巴至数十巴,单轴抗剪强度为数巴,粘滞系数为1010—1011泊的量级,弹性波速为1.5—2.2公里/秒。对比红河断裂带南北两段断层泥的力学性质,看出南段断层泥的体积压缩模量,杨氏模量、抗压强度、粘滞系数和弹性波速比北段断层泥高。此外,南段断层泥弹性波速基本上各向同性而北段断层泥弹性波速显示出各向异性。      

地震应力降与岩石破裂应力降

从应力降的静态理论,讨论了地震应力降的精度,并利用野外观测的最大位移和由地震波得到的地震矩,分别计算了十个研究较充分的地震应力降.对不同作者的结果作了比较,可以看出,应力降有因子为2的变化范围.但从统计观点看,地震应力降是分布在几巴到几百巴的数量级,大多数位于20-60巴;总结了地壳中代表性岩石在地壳温度、压力条件下,粘滑及脆性剪切破裂时的应力降,它们与温度、压力、岩性、含水矿物的存在有关.取值范围是从零到几千巴数量级;讨论了地震断层的物理状态,指出地震应力降是一种平均结果,并由于静态理论忽略了断层面破裂所消耗的能量,所以地震应力降比实际的应力降要低.      

Breaking Up: Comminution Mechanisms in Sheared Simulated Fault Gouge

The microstructural state and evolution of fault gouge has important implications for the mechanical behaviour, and hence the seismic slip potential of faults. We use 3D discrete element (DEM) simulations to investigate the fragmentation processes operating in fault gouge during shear. Our granular fault gouge models consist of aggregate grains, each composed of several thousand spherical particles stuck together with breakable elastic bonds. The aggregate grains are confined between two blocks of solid material and sheared under a given normal stress. During shear, the grains can fragment in a somewhat realistic way leading to an evolution of grain size, grain shape and overall texture. The ‘breaking up’ of the fault gouge is driven by two distinct comminution mechanisms: grain abrasion and grain splitting. The relative importance of the two mechanisms depends on applied normal stress, boundary wall roughness and accumulated shear strain. If normal stress is sufficiently high, grain splitting contributes significantly to comminution, particularly in the initial stages of the simulations. In contrast, grain abrasion is the dominant mechanism operating in simulations carried out at lower normal stress and is also the main fragmentation mechanism during the later stages of all simulations. Rough boundaries promote relatively more grain splitting whereas smooth boundaries favor grain abrasion. Grain splitting (plus accompanying abrasion) appears to be an efficient mechanism for reducing the mean grain size of the gouge debris and leads rapidly to a power law size distribution with an exponent that increases with strain. Grain abrasion (acting alone) is an effective way to generate excess fine grains and leads to a bimodal distribution of grain sizes. We suggest that these two distinct mechanisms would operate at different stages of a fault’s history. The resulting distributions in grain size and grain shape may significantly affect frictional strength and stability. Our results therefore have implications for the earthquake potential of seismically active faults with accumulations of gouge. They may also be relevant to the susceptibility of rockslides since non-cohesive basal shear zones will evolve in a similar way and potentially control the dynamics of the slide.     

唐山地震的破裂过程及其力学分析

由 P 波初动符号资料在 DJS-6机上计算了主震及17个较大余震的断层面解,并按照有限移动源模式测定了主震及三个最大余震的震源参数.主震是发生在一个近似直立的右旋走滑断层上,走向 N30°E,破裂方式为不对称的双侧破裂,以2.7公里/秒的平均速度向北东传播70公里,向南西传播45公里.测定的主震震源参数例如平均位错136厘米,地震矩1.24×1027达因·厘米,应力降12巴等.大多数M_L>5.0的余震是发生在主破裂面附近及主破裂面两端的扩展分支上,该扩展分支位于膨胀符号区并与主破裂偏离80°左右.较大余震的多数亦集中在这两个扩展分支上.本文试图从理论上分析这种断裂扩展的力学特征.对于脆性材料的复合变形情形,破裂不再沿原来平面扩展,而是与原来平面偏离一个角度的另一面内扩展.并提出一个力学模型,计算了断层扩展角,计算结果与观测事实比较吻合.根据以上结果,本文讨论了唐山地震特点及发生的力学条件,认为唐山地震不同于发生在大断层上能用粘滑机制解释的那类地震,它和海城地震类似的是,除水平应力场作用外,还可能有地下物质的变迁,由于这种变迁使局部地壳受到垂直力.它和海城地震不同的是,它发生在一个比较均匀的脆性介质内,因而能够积累能量发生大震而没有前震.      

裂缝尺度对剪切破裂能的影响

采用大理岩圆柱试样,与轴线约成30角预制不连续裂缝,再用环氧树脂胶接,以实验观测裂缝尺度及其填充物对剪切破裂能的影响.结果表明:当裂缝相对面积从0增加到90%时,破裂能从(6.92.1)103焦耳/米2逐步降到(0.60.5)1O3焦耳/米2;而使用 Knopoff方法和引入滑动弱化模式后的方法,求得的理论应力降几乎不变.它们与实测应力降的比却逐步增大并达到10.同时,分析了地震时和岩石破裂时的应力降差别很大,以及不同方法所得破裂能差别很大的原因,认为断层的蜂窝状接触对上述问题可能有重要影响.      

Microstructural features of fault gouges from Tianjing-shan-Xiangshan fault zone and their geological implications

Detailed observation of the microstructural features of 11 fault gouge and 3 fault breccia samples collected from Tianjingshan-Xiangshan fault zone has revealed that fault gouge can be classified into 3 types: flow banded granular gouge, foliated gouge and massive gouge. The determination of the shape preferred orientation (SPO) of survivor grains in fault gouges indicates that the foliated gouge displays a profound SPO inclined to the shear zone boundary, similar to theP-foliation; flow banded granular gouge displays a SPO parallel to the shear zone boundary, while massive fault gouge and fault breccia display a random SPO. All these fault gouges fall in different fields of shear rate ternary diagram.     

西秦岭北缘断裂带东段断层泥的粒度分布和显微构造特征

根据采集的天然断层泥样品，对西秦岭北缘活动断裂带东段的断层泥首次进行了粒度分布和显微构造特征的实验研究。研究结果表明，该断裂带以粘滑运动为主，兼有蠕滑活动，并具张性扭动特征。