平面内剪切断层的超S波速破裂<

研究了平面内剪切断层的自然破裂速度,特别是超 S 波速自然破裂是否存在的问题.采用经典的线弹性断裂力学模型,用1个平面内剪切裂纹沿自身所在的平面扩展,作为平面内剪切断层的模型.通过理论推导,把 Kostrov(1975)的解从低于瑞利波速度发 VR 推广到高于 S波速度,得出了应力强度因子 K2在>v>的条件下的解析式.对于泊松介质,K2在(,1.70)为正实数,其中 v 为破裂速度,为 P 波速度,为 S 波速度.这表明(,1.70)这个范围是满足自发破裂条件的 v 的解的存在范围.对 v 在不同区间内 K2的存在性、收敛性以及取值的正负进行了总结,得出以下结论:(1)平面内剪切裂纹的自然破裂速度 v 有3个物理区间,第1个在0和 VR 之间,第2个在和1.70之间,第3个为;(2)v 有两个物理禁区,第1个在 VR 和之间,第2个在1.70和之间,它们分别构成了破裂速度的屏障.导出的解析式不仅适用于经典模型,也适用于平面内剪切裂纹自然失稳扩展的各种其它派生模型(例如滑动弱化模型、重整化模型等),所采用的模型比起前人的稳态模型更接近实际情况.      

2001年1月2 6日印度古杰拉特(Gujarat)Ｍem>Ssub>7.8地震时空破裂过程

从全球数字地震台网的长周期记录中，选择了震中距小于90的27个台站的54个P波震相和44个S波震相资料．首先，用波形反演方法确定了2001年1月26日印度古杰拉特(Gujarat)ＭS7.8地震的地震矩张量、震源机制、震源时间函数和时空破裂过程等震源参数．通过矩张量反演，并根据Kutch Mainland断层的走向、地震烈度的空间分布、余震震源的空间分布和震害的空间分布，确认2001年1月26日印度古杰拉特ＭS7.8地震的发震断层的走向为92、倾角为58、滑动角为62，即一走向近东-西向、断层面向南倾斜、以逆冲为主的左旋-逆断层．这次地震所释放的地震矩为3.51020 Nm，矩震级ＭW＝7.6．然后，借助合成地震图，采用频率域求谱商的方法，得到了依赖于台站方位的27个P波震源时间函数、22个S波震源时间函数以及平均的P波震源时间函数和S波震源时间函数．对震源时间函数的分析表明，这次地震是一次连续的破裂事件，开始比较急遽，但结束比较迟缓，总持续时间约19 s．最后，以所提取的P波和S波震源时间函数为资料，采用时间域的反演技术得到了断层面上滑动的时空分布．滑动量在断层面上的静态分布表明，断层面上的最大滑动量约为7 m．断层面上的最大应力降约为30 MPa，平均应力降约为7 MPa．滑动量大于0.5 m的区域在走向方向长85 km，在断层面倾斜方向宽约60 km(相应地，在深度方向约51 km)．破裂向东扩展约50 km，向西扩展约35 km．滑动量大于0.5 m的区域的主要部分呈椭圆形，其长轴取向与断层滑动方向一致．表明此区域破裂扩展的方向即是断层错动的方向．这种现象对于走滑断层情形是多见的，但对逆冲断层情形却少见．断层面上初始破裂点以东、以上部分面积大于初始破裂点以西、以下部分的面积，这是破裂非对称性的表现，表明破裂具有自西向东、自下向上单侧破裂的特征．从滑动率随时空变化的快照可以看出，滑动率在第4 s达到最大值，此时滑动率约为0.2 m/s，滑动基本上发生在破裂起始点及其周围．从第6 s开始，起始点的破裂基本结束，破裂开始向外围扩展．破裂向西的扩展速度明显小于向东的扩展速度．在第15 s，这种环形的扩展基本结束．自16 s以后，主要是一些零星的破裂点分布在破裂区的外围．从滑动量随时空变化的快照看，破裂自起始点开始后，逐渐向四周扩展．主要的破裂(滑动量大于5 m的区域)在6～10 s，具有明显的自西向东、向上的单侧破裂特征．在第11～13 s，破裂的西端向西、向下有所扩展．整个破裂过程持续约19 s．在整个破裂过程中的平均破裂速度约为3.3 km/s．      

具有分形结构强度分布的二维地震断层模拟

提出一种二维地震断层破裂模式，这是在一维弹簧-滑块模式的基础上建立的．利用这种断层的二维向量模型，研究了地震断层的动力学平面-应变的破裂问题．形象、直观地模拟了具有均匀或不均匀破裂强度分布的二维地震断层的破裂成核、扩展、传播直至停止的动力学全过程．阐明了在均匀预应力条件下，断层将获得足够的动量以克服破裂传播路径上的高强度障碍体．破裂锋面亦可绕过孤立的障碍体继续向前传播．整个模拟过程表明:断层破裂过程的停止条件对模拟地震破裂的全过程起着重要作用；我们还研究了断层面上破裂强度分布不均匀条件下断层的动态破裂过程，模拟了具有分形结构强度分布的二维地震断层产生的地震序列．它具有类似自然界地震现象的某些特征．这些特征主要取决于断层面上破裂强度的分布及初始应力降的大小．建立在实验和观测基础上的断层破裂过程模拟研究，为解释地震活动性统计规律的某些特征提供了物理基础.      

弯折断层系统上超剪切破裂传播的产生条件

断层的破裂速度是描述地震震源过程的重要物理量.如果震源破裂的传播速度超过剪切波速,将会对地震波场产生影响,造成更大的破坏性.超剪切破裂的产生受多种因素影响,断层的几何形状是因素之一.本文针对弯折断层的情况,采用三维空间非结构化网格的边界积分方法计算参数空间中的破裂相图,从中分析超剪切破裂的产生条件.以15°、25°和4...     

地震破裂的集结及其前兆意义

有关集结相的争论提醒我们需要重新全面理解nucleation的含义．Nucleation的本来含义就是突变过程的集结、成核、起始等,因而,需要研讨如何针对不同领域准确进行翻译．地震集结的基本含义,是指岩体内微破裂的集结导致局部弱化和岩体失稳．狭义集结理论对于解释断层摩擦行为有一定意义,但不应夸大其适用范围．从热力学的角度看,地震集结实际是岩体多种状态参量的变化过程,是跨多学科的研究课题．本文评述了损伤理论、断裂力学、地震破裂动力学和摩擦本构关系的研究,及其在地震集结问题中的应用．介绍了近期若干课题的进展,包括构造环境对地震集结过程影响的研究;利用波速各向异性,特别是剪切波分裂方法测量微破裂集结引起的介质各向异性研究,以及地震集结的辐射温度场的遥感接收的实验研究等．讨论了大地震集结的特征,以及上述研究在强地震前兆中的意义．      

三维初始破裂的理论与实验研究及其在解释断层现象中的意义

简述了受压表面(半椭圆)裂纹的三维破裂实验结果,并对三维破裂的应力判据理论进行了研究。对弥合初始破裂的方法进行了改进。指出Palaniswamy和Knauss提出的极值(EV)方法存在重要缺陷,主要是只考虑了两个欧拉角(2EA),忽略了第三个欧拉角的变化。如果将三个欧拉角(3EA)全部考虑进去,其弥合效果会有质的变化,能够弥合成实验观测到的曲面,而不是平面。提出了法向矢量法(NSDV),并证明和3欧拉角法(3EA)等效。证明法向矢量法(NSDV)可以进一步优化为求最大主应力的主面集合法(CFPDP)。用主面集合法的计算结果可以很好地弥合已有的三维破裂实验中观察到的初始破裂曲面。主面集合法可以用于椭圆裂纹模型弥合埋深断层的滑动段破裂。三维破裂研究的结果,可以用来解释地震断层中大量的跨尺度破碎现象,解释板缘断层在低剪切力作用下地震的发生以及孕震过程中EDA(张性扩容各向异性)裂隙引起的介质各向异性机理。     

断层自发破裂动力过程的有限单元法模拟

断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型(pulse-like)破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型(crack-like)破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂.     

断层阶区对产生超剪切地震破裂的促进作用

地震时若断层发生超剪切破裂,地震灾害会显著加剧.因此研究超剪切破裂的形成机理有着非常重要的科学意义.本文利用动力有限单元方法,模拟断层破裂从初始断层跳跃传播到另一条平行的次级断层(断层阶区)时破裂速度的变化情况,并分析断层阶区几何特征等物理参数对产生超剪切地震破裂的促进作用.计算结果表明,断层阶区的诸多物理因素(如:重叠长度、相隔距离以及摩擦系数等)都会对破裂的传播速度产生影响.在一定条件下,破裂传播速度会由在初始断层上的亚剪切波速度,转换为在次级断层上的超剪切波速度.在破裂速度转换过程中,断层间隔起着重要作用,当断层阶区中两断层垂直间隔距离小到一定程度时,破裂跳跃阶区后,破裂速度不会发生变化.所以对于分段断层(可视为一种特殊的断层阶区),由于其断层垂直间隔为0,也就不会出现破裂速度变化的现象,模拟结果对此也进行了证实.然而,若断层间隔太大,当其距离超过一定的限度后,破裂通常无法跨越断层阶区继续传播,而是终止在初始断层上.模拟结果还表明,初始断层与次级断层之间的重叠距离也十分重要,只有当断层阶区中两平行断层之间的重叠部分达到一定长度后,断层的破裂速度才有可能发生转换.此外,计算结果显示,破裂过程中断层面上的应力变化可能是破裂传播速度发生转换的直接原因.最后,模拟还发现,当破裂跨越断层阶区发生速度转换时,破裂需要停顿一定的时间,以便积聚足够的能量来实现破裂速度的增快.     

断层阶区对滑动行为影响的实验研究

研究断层带几何非规则体对断层活动的力学影响,对于理解断层带上的地震活动具有重要的理论和实际意义．通过中尺度标本岩石力学实验,研究了走滑断层带最常见的一种非规则体．断层阶区对滑动行为的影响．研究表明,拉张断层阶区由于强度较低而很容易发生破裂,破裂后的阶区对断层的滑动无明显阻碍作用,但阶区的微破裂对断层滑动失稳具有指示作用;含拉张阶区的断层带具有速度弱化特征,可用速率一状态摩擦定律表述．挤压阶区由于破坏强度很高,使得断层滑动较为困难,但随着应力水平的增加,阶区外断层端部拉张区的微破裂为断层在阶区未破裂之前发生粘滑失稳提供了变位条件,并因此可作为断层失稳的前兆;挤压阶区可作为断层分段的稳定标志,直到阶区完全破裂使两条断层完全连通．     

断层自发破裂动力过程的有限单元法模拟

断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型（pulse-like）破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型（crack-like）破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂.     

口泉断裂口泉村段断裂特征研究

口泉断裂是大同盆地西缘的主控边界断裂,本文采用野外地质调查、布设地震钻孔、浅层人工地震勘探、电阻率CT法勘探和探槽开挖的手段,对该断裂在口泉村段的断裂特征进行了分析。     

龙门山断裂带断层围陷波探测

2008年5月12日在四川省汶川地区发生了8级特大地震,断裂长度达300km,地震中最大错位10m以上,造成震区地面建筑大面积倒塌和大量人员伤亡,并诱发了严重的地质灾害,毁坏了公路、桥梁等交通系统和通讯设施。由于地震的发生和破坏程度与地壳内部断裂构造的形态和分布之间有着密切的关系,因此,尽快确定龙门山断裂带目前的状况。探明各分支断层的位置和几何形态,     

Remarks on Urban Active Fault Exploration and Assessment of Fault Activity

to the practice of urban active fault exploration and associated fault activity assessment conducted in recent years, this paper summarizes the problems encountered in geological, geomorphological, geochemical and geophysical surveys, and proposes the following means and suggestions to solve these problems. To determine the most recent faults or fault zones, emphasis should be placed on identifying the youngest active faults and offset geomorphology. To understand the history of faulting and to discover the latest offset event, it is suggested that geophysical prospecting, drilling and trenching be conducted on one pro/de. Because of significant uncertainties in late Quaternary dating, we advise systematic sampling and the use of multiple dating methods. Shallow seismic reflection has been proven to be the most useful method in urban active fault exploration. However, there is a pressing need to increase the quality of data acquisition and processing to obtain high resolution images so as to enhance our ability to identify active faults. The combination of seismic P-wave reflection and S-wave reflection methods is proved to be a powerful means to investigate the tectonic environments of the deep crust.     

东昆仑断裂带东段玛曲断裂古地震初步研究

东昆仑活动断裂是青藏高原东北部一条重要的NWW向边界断裂。玛曲断裂位于东昆仑断裂带的最东段。本文通过3个古地震剖面揭示出东昆仑断裂东段玛曲断裂全新世共有4次古地震事件。最新一次古地震事件为距今(1730±50)～(1802±52)a,第二次古地震的时间为距今(3736±57)～(4641±60)a;第三次为距今(8590±70)a;第四次为距今(12200±1700)a。其中第一次和第二次古地震事件的时间较为可靠,两次古地震事件之间的复发间隔为2400a左右,由此认为东昆仑断裂带东段的古震事件之间的复发间隔为2400a左右,古地震的离逝时间为距今(1730±50)～(1802±52)a。     

东秦岭内部铁炉子断裂带的最新走滑活动

通过对东秦岭内部铁炉子断裂错断晚更新世以来形成的水系位移测量和阶地砾石层的年代学研究，得到铁炉子断裂距今10万年以来的左旋位移约为125m，活动速率约为1．25mm／a。距今0．20～0．25Ma的中更新世中期以来的左旋滑动速率为3．0～3．75mm／a。估算出东秦岭地区活动断裂系左旋活动速率约为2．25～4．75mm／a，它大致反映了中晚第四纪华南与鄂尔多斯、华北平原活动地块向东滑动速率的差异。     

Characterization of Fault Zones

— There are currently three major competing views on the essential geometrical, mechanical, and mathematical nature of faults. The standard view is that faults are (possibly segmented and heterogeneous) Euclidean zones in a continuum solid. The continuum-Euclidean view is supported by seismic, gravity, and electromagnetic imaging studies; by successful modeling of observed seismic radiation, geodetic data, and changes in seismicity patterns; by detailed field studies of earthquake rupture zones and exhumed faults; and by recent high resolution hypocenter distributions along several faults. The second view focuses on granular aspects of fault structures and deformation fields. The granular view is supported by observations of rock particles in fault zone gouge; by studies of block rotations and the mosaic structure of the lithosphere (which includes the overall geometry of plate tectonics); by concentration of deformation signals along block boundaries; by correlation of seismicity patterns on scales several times larger than those compatible with a continuum framework; and by strongly heterogeneous wave propagation effects on the earth's surface. The third view is that faults are fractal objects with rough surfaces and branching geometry. The fractal view is supported by some statistical analysis of regional hypocenter locations; by long-range correlation of various measurements in geophysical boreholes; by the fact that observed power-law statistics of earthquakes are compatible with an underlying scale-invariant geometrical structure; by geometrical analysis of fault traces at the earth's surface; and by measurements of joint and fault surfaces topography.¶There are several overlaps between expected phenomenology in continuum-Euclidean, granular, and fractal frameworks of crustal deformation. As examples, highly heterogeneous seismic wavefields can be generated by granular media, by fractal structures, and by ground motion amplification around and scattering from an ensemble of Euclidean fault zones. A hierarchical granular structure may have fractal geometry. Power-law statistics of earthquakes can be generated by slip on one or more heterogeneous planar faults, by a fractal collection of faults, and by deformation of granular material. Each of the three frameworks can produce complex spatio-temporal patterns of earthquakes and faults. At present the existing data cannot distinguish unequivocally between the three different views on the nature of fault zones or determine their scale of relevance. However, in each observational category, the highest resolution results associated with mature large-displacement faults are compatible with the standard continuum-Euclidean framework. This can be explained by a positive feedback mechanism associated with strain weakening rheology and localization, which attracts the long-term evolution of faults toward progressive regularization and Euclidean geometry. A negative feedback mechanism associated with strain hardening during initial deformation phases and around persisting geometrical irregularities and conjugate sets of faults generates new fractures and granularity at different scales. We conclude that long-term deformation in the crust, including many aspects of the observed spatio-temporal complexity of earthquakes and faults, may be explained to first order within the continuum-Euclidean framework.     

Seismic Risk Analysis on Xinyi-Susong Fault Segment of the Tan-lu Fault Zone

通过对郯庐断裂带江苏新沂—安徽宿松段历史及现代地震活动性分析、地震地质调查结果及沿线跨断层水准测量结果的综合分析,认为郯庐断裂带新沂—宿松段近期地震危险性主要位于新沂—泗县一带和明光一带,其中新沂—泗县一带近期有发生Ms5.0～6.0级地震的活动背景;明光一带近期有发生Ms5.0级地震的活动背景.     

口泉断裂郊城段断裂展布特征及其活动性研究

通过地质调查、联合钻孔勘察、断层露头剖面实测、光释光年龄测试等综合手段,对口泉断裂郊城段准确位置、断裂展布特征和活动性进行详细研究.结果表明,断裂在该地段由2条断裂组成,呈平行阶梯状,间距30m,山区侧断裂断距1.4m,盆地侧断裂断距1.9m,两断裂断至地表属全新世活动断裂,为同期黏滑所致.晚更新世晚期(20.3～27...     

郯庐断裂带江苏新沂——安徽宿松段地震危险性分析

通过对郯庐断裂带江苏新沂—安徽宿松段历史及现代地震活动性分析、地震地质调查结果及沿线跨断层水准测量结果的综合分析,认为郯庐断裂带新沂—宿松段近期地震危险性主要位于新沂—泗县一带和明光一带,其中新沂—泗县一带近期有发生MS5.0～6.0级地震的活动背景;明光一带近期有发生MS5.0级地震的活动背景。     

地质雷达在乌拉山山前断裂探测中的应用

地质雷达是利用电磁波对地下不同电性介质进行探测的地球物理仪器，其探测速率快、分辨率高，可弥补探槽和其他地球物理方法存在探测盲区的缺陷，正在越来越多地应用于活动断层探测领域。本文以乌拉山山前断裂为例开展地质雷达探测工作，使用无人机正射影像技术对测线进行地形校正，获得断层浅部地质雷达图像。研究结果表明，本文研究方法能有效反映探槽揭露的地层单元和断层分布。本次探测中，雷达波形图像特征为:浅地表的土壤层反射波总体较弱；粗粒沉积为主的砾石层反射波总体较强，同相轴连续性好；细粒沉积为主的砂层反射波弱于砾石层，波形以中、高频为主，同相轴具有弱连续性；对于洪冲积地区，地质雷达能分辨具有一定特征的地层单元，这为剖面图像的断层识别提供了标志；通过无人机正射影像技术对地质雷达测线进行地形校正，有利于获得更为准确的探测结果。