非平面斷層與等效平面斷層的破裂動力學(xué)及輻射特征研究.pdf

1、地震斷層幾何形態(tài)多種多樣，是地震破裂復(fù)雜性的重要來源之一，本文提出并構(gòu)造非平面斷層的動力學(xué)等效平面斷層，利用非均勻的屈服強(qiáng)度近似斷層不連續(xù)處在破裂過程正演中的影響，使平面斷層得到相似的破裂過程和滑動量分布。文中采用曲線網(wǎng)格有限差分方法和并行計(jì)算結(jié)合，高效率高精度的計(jì)算非平面斷層動力學(xué)破裂過程，幾何投影計(jì)算等效平面?zhèn)位瑒铀俾史植?，再以半解析的半空間牽引力邊界積分方程為基礎(chǔ)，代入計(jì)算等效平面斷層的等效靜摩擦系數(shù)分布，再以此正演得到等效平面斷

2、層的破裂過程，分析對比等效平面斷層的屈服應(yīng)力變化，從而在量化認(rèn)識斷層非平面幾何在破裂過程的影響中提供了另外一種思路。最后結(jié)合非平面斷層破裂和等效平面斷層破裂模型計(jì)算了二者的近遠(yuǎn)場輻射場，波形吻合良好。
　　本文詳細(xì)介紹了階梯斷層的破裂跳躍問題的數(shù)值模擬和地質(zhì)調(diào)查情況。對非平面斷層來說，破裂傳播到發(fā)震斷層末端之后，是否能繼續(xù)觸發(fā)子斷層，如果觸發(fā)能否繼續(xù)破裂傳播開去，都是決定最終地震大小的重要因素。大量的地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)幾乎所有的成功跳躍

3、階梯斷層的階梯距離都在4-5公里以下，也有個別研究者認(rèn)為Kunlunshan地震曾經(jīng)出現(xiàn)過10公里的跳躍，但沒有繼續(xù)傳播開去。受限于計(jì)算能力，之前的研究者都采用二維模型分析計(jì)算，本文采用曲線網(wǎng)格有限差分結(jié)合滑動弱化摩擦準(zhǔn)則快速計(jì)算三維半空間階梯斷層跳躍問題。模擬分析三維階梯斷層的在不同參數(shù)情況下的破裂跳躍情況，包括了自由表面，內(nèi)聚力，加速距離，正應(yīng)力等影響因素。發(fā)現(xiàn)超剪切破裂的存在對破裂跳躍距離有關(guān)鍵影響，僅有亞剪切存在時(shí)破裂最多跳躍2

4、公里距離。超剪切破裂存在，尤其是自發(fā)超剪切破裂增強(qiáng)，能大大增加拉張型斷層的跳躍距離，不過大部分仍限制在5公里距離以下，但極限情況下，自發(fā)超剪切能量足夠強(qiáng)，同時(shí)存在地表超剪切破裂，以及零內(nèi)聚力情況下，拉張型斷層最大能跳躍14公里的距離。這些是以前沒有發(fā)現(xiàn)過的結(jié)果。
　　本文驗(yàn)證了考慮正應(yīng)力情況下三維分岔斷層的動力學(xué)破裂過程的邊界積分方程方法計(jì)算，同時(shí)應(yīng)用等效平面斷層思想分析分岔點(diǎn)破裂阻礙作用，發(fā)現(xiàn)等效靜摩擦系數(shù)在斷層間斷處發(fā)現(xiàn)明顯增

5、強(qiáng)，但和階梯斷層的等效靜摩擦系數(shù)相比增幅不大。我們設(shè)計(jì)不同應(yīng)力模型研究破裂傾向性問題，發(fā)現(xiàn)破裂傳播到分叉點(diǎn)時(shí)，主斷層和分岔斷層之間正應(yīng)力的相互作用對破裂路徑選擇影響巨大。對大傾角的分岔斷層，主斷層上正應(yīng)力變化不大，壓縮子斷層上正應(yīng)力增大，破裂繼續(xù)沿主斷層傳播，而不會傳到子斷層上。對小傾角的分岔斷層，主斷層和子斷層正應(yīng)力作用變化較大，情況復(fù)雜，但在剪應(yīng)力大于剩余應(yīng)力的區(qū)域內(nèi)，破裂一般可以傳播到子斷層上，且當(dāng)剪應(yīng)力和剩余應(yīng)力差值最大時(shí)，一般