大地震破裂过程中的应力触发和断层性质

来源 :中国地震局地震预测研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangql133
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弹性回跳理论是地震产生的理论基础,位错理论是地表形变数值模拟与地震反演的理论依据,而地震破裂过程的反演最早也是基于这两大理论。地震通常发生在岩石圈弹性层断层上,断层长期受到板块或活动地块构造运动而发生变形促使所产生的弹性应变能进行不断积累,当积累的能量超过其本身能承受的界限时,断层就会发生破裂和滑动,破裂结束后两侧断层便回跳到受力平衡状态,断层上积累的弹性应变能得到释放。事实上,弹性应变能以多种形式释放:克服断层面的摩擦转换成摩擦热能;造成断层破裂或错动,断层附近地壳永久变形;以地震波的形式向四周传播引起地表震动。因此断层破裂或断层摩擦、地震变形和地震波为我们研究地震孕育发生机理提供良好思路。岩石破裂机理近似遵循库仑破裂准则,依据库仑准则,一次地震的产生会重新调整震中及周边地区的应力,这种应力场的变化对其他断层也会产生影响,即库仑应力的增加有可能促进相关断层的破裂,而其减少则可能会延缓或抑制断层的破裂。基于研究区域断层上的同震位错反演结果,可以定性分析断层间的相互影响;考虑同震库仑应力变化,可以定量分析先破裂断层对后续破裂断层的触发作用。以2016年新西兰凯库拉MW7.8地震为例,定性和定量研究相结合进一步分析地震断层间的关系。岩石实验表明,断层运动可以用状态——速率相依摩擦本构律来描述,而临界滑动距离DC和稳态摩擦的速度依赖组合参数(a-b)是断层摩擦物理性质的主要参数。探讨参数(a-b)来分析断层物理性质已被很多人关注,因此本文从临界滑动距离DC展开分析。理论上,由应力变化来确定DC更为科学,考虑到实验室获得的DC并不能满足要求,因此论文尝试以2011年日本MW9.0地震为例,以反演获取的地震同震位错和破裂过程为基础,估算地震断层DC,然后依据状态——速率相依摩擦本构律来描述断层物理性质。两个典型地震:2016年新西兰凯库拉MW7.8地震和2011年日本MW9.0地震。2016年新西兰凯库拉MW7.8地震的复杂性主要表现在断层几何特征,其发震断层多达十几条,地震产生明显的地表变形,包括分散隆起和复杂的地表破裂,论文通过反演12条断层同震位错并计算其引起的库仑应力变化,分析在同震破裂过程中各破裂断层间的触发关系;2011年日本MW9.0地震的独特性主要表现在断层物理性质差异,深浅两个位错集中区表明深部和浅部存在不同大小的凹凸体,这些凹凸体的存在控制着日本海沟地区的断层运动,众多历史地震均可用凹凸体破裂来解释。两个典型地震的研究表明,地震断层的几何与物理性质是研究地震断层危险性的重要方向。
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