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粘弹性有限元与弹簧滑块耦合模型——断层与地块相互作用的数值模拟 总被引：5，自引：0，他引：5
建立了粘弹性有限元方法和弹簧滑块的耦合模型,模拟了缓慢的大尺度地壳构造运动转化为急剧的小尺度断层失稳的时间过程,展示了地壳块体系统在板块边界作用下的相对运动,断层分配了主要的变形,导致了应力的积累,通过弹簧滑块模型模拟出服从Gutenberg-Richter定律的地震序列。断层摩擦强度的不均匀性控制了地震的发生以及块体的应力状态,地震破裂过程由成核点开始向两端扩展,伴随有应力的触发、应力释放和应力再分配的过程。断层的破裂事件释放了地壳块体的部分应力,靠近断层的地块应力受到局部破裂段的影响,而远离断层的地块应力状态受到断层整体地震活动的控制。 相似文献
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本文通过地壳应力测量结果和地震资料的综合分析,对深部应力状态与断层运动的关系作了讨论:进而应用库仑准则,推导了三维应力作用下完整岩体和已有的任意空间方向断层面的失稳条件及其滑动方式的解析表达式.通过建立描述岩体和已有断层稳定性的两个函数————破裂函数 Fm 和摩擦函数 Ff,给出了应用破裂机制和摩擦滑动机制综合分析地壳稳定性和失稳性态的方法:根据这种分析方法并结合华北平原区的水压致裂应力测量资料,以及孔隙压力、大地热流等观测结果,定量研究了本区地壳的稳定问题,计算并图示了地壳内破裂函数沿深度的分布,以及各种走向和倾向断层面上的摩擦函数和剪应力分布;计算中以 Byerlee 定律作为断层运动的约束条件,并考虑了地壳密度纵向非均匀性导致的垂直应力沿深度的非线性增长以及深部超静水压力的异常孔隙压力作用.结果表明,华北平原区地壳失稳性态主要表现为已有断层的滑动;伴有高剪应力降的断层运动的深度范围在8至2.0多公里之间:陡断层稳定性低于缓断层,其运动方式以走滑为主;本区 NNE-NE 走向的陡断层是一组易震断层,其震时错动为右旋走滑;孔隙压力的增长对地壳稳定性有显著的影响;华北平原区深部高异常孔隙压力是地震活动的一种重要背景. 相似文献
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本文通过地壳应力测量结果和地震资料的综合分析,对深部应力状态与断层运动的关系作了讨论:进而应用库仑准则,推导了三维应力作用下完整岩体和已有的任意空间方向断层面的失稳条件及其滑动方式的解析表达式.通过建立描述岩体和已有断层稳定性的两个函数——破裂函数 F_m 和摩擦函数 F_f,给出了应用破裂机制和摩擦滑动机制综合分析地壳稳定性和失稳性态的方法:根据这种分析方法并结合华北平原区的水压致裂应力测量资料,以及孔隙压力、大地热流等观测结果,定量研究了本区地壳的稳定问题,计算并图示了地壳内破裂函数沿深度的分布,以及各种走向和倾向断层面上的摩擦函数和剪应力分布;计算中以 Byerlee 定律作为断层运动的约束条件,并考虑了地壳密度纵向非均匀性导致的垂直应力沿深度的非线性增长以及深部超静水压力的异常孔隙压力作用.结果表明,华北平原区地壳失稳性态主要表现为已有断层的滑动;伴有高剪应力降的断层运动的深度范围在8至2.0多公里之间:陡断层稳定性低于缓断层,其运动方式以走滑为主;本区 NNE-NE 走向的陡断层是一组易震断层,其震时错动为右旋走滑;孔隙压力的增长对地壳稳定性有显著的影响;华北平原区深部高异常孔隙压力是地震活动的一种重要背景. 相似文献
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对断层应力状态进行分析有助于理解断层力学性质及其上发生的地震活动。文中搜集了青藏高原东南边缘地区的中小地震震源机制结果,反演了区域地壳水平应力场,并进一步基于摩尔-库仑准则分析了区域主要断裂带的稳定性。结果表明:青藏高原东南缘地区地壳水平应力场主要表现为剪切型应力状态,龙门山地区表现为压缩型应力状态,而川西高原地区主要表现为拉张型应力状态;区域地壳最大主压应力方位近平行于地形高程梯度方向,最大主张应力的方位近平行于地形高程等值线的切线方向,反映了青藏高原重力扩展作用对区域水平应力场的控制作用;基于应力的断裂带稳定性分析结果表明,青藏高原东南缘地区的14条主要断裂带中,莲峰-昭通断裂在2014年前后稳定性最低,应力状态最接近于破裂状态。 相似文献
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本实验研究了地壳内对压组合构造和对张组合构造中垂断层蠕滑,破裂错动时对主震断层(底断层)应力积累过程的影响,并结合实际地震活动中的一些现象进行了讨论。所得结论如下: 1.当垂断层蠕滑时,对压组合构造中垂直于底断层的压应力增大,它可以延迟主震发生但增大发震的能量;对张组合构造中垂直于底断层的压应力减小,剪应力略有增大,因而可以促使主震发生。2.如果垂断层某一部分为原来锁住的愈合断层或为完整介质,当其突然破裂错动时,可以使对张组合构造中的底断层的剪应力突然增大,同时压应力减小,因此前震序列中这类垂断层上的较大前震可看作底断层上主震即将来临的信号。3.由垂断层破裂前后单轴压力不变和位移不变的实验结果说明了地壳中主震断层应力集中的过程。4.底断层的主震破裂可以使处于引张状态的垂断层上余震发育甚至发生强余震。本文还应用实验结果对前震活动的条带现象进行了解释,这将有助于判定对压组合构造中主震的断层面。 相似文献
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邢台强震区的深部构造对强震孕育影响的三维数值模拟 总被引：2，自引：1，他引：1
为了研究地壳结构特征与强震孕育的关系,运用三维有限单元法,计算了邢台地震区壳内应力场的扰动状态。结果表明:地壳内深、浅断裂的存在,造成沿直立断层带的应力相对集中和不同部位的变化。在其上部出现平均应力和水平剪应力的增加,中下部出现平均应力的减小和水平剪应力的增加。前者有利于弹性位能的高度集中和主破裂的发生,后者有利于主破裂前蠕滑的发生。地壳内高速体、低速体、深断裂、莫霍面隆起是孕育强震的主要构造因素,但影响程度,范围、形式不同,高速块体是应力增强的体;直立断层带上及其邻近应力集中程度最高,应力变化梯度最大,是产生震前预滑及主余震发生的有利部位;莫霍面隆起加剧高速体内的应力增强,加大断层带上的应力变化梯度而有利于地震的孕育和发生。 相似文献
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依据速率-状态依赖性摩擦本构关系,并结合中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,以震后库仑破裂应力变化和同震动态库仑破裂应力变化的计算为基础,模拟了两种应力变化对芦山地震断层的失稳发震时间的影响,研究了2008年MS8.0汶川地震与2013年MS7.0芦山地震之间的触发关系.计算得到,汶川地震在芦山地震震源断层面上产生的动态应力变化的峰值为0.127 MPa;此外,经过近5年中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,芦山地震震源断层面上受到的震后应力变化值为0.025 MPa.结果表明,芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内,受到了汶川地震产生的动态应力变化、静态应力变化以及黏弹性松弛效应造成应力变化的共同触发作用,且动态应力的延迟触发作用可能更为显著.最后对芦山地震之后研究区域的应力变化场进行了初步探讨. 相似文献
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依据速率-状态依赖性摩擦本构关系,并结合中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,以震后库仑破裂应力变化和同震动态库仑破裂应力变化的计算为基础,模拟了两种应力变化对芦山地震断层的失稳发震时间的影响,研究了2008年Ms8.0汶川地震与2013年Ms7.0芦山地震之间的触发关系.计算得到,汶川地震在芦山地震震源断层面上产生的动态应力变化的峰值为0.127 MPa;此外,经过近5年中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,芦山地震震源断层面上受到的震后应力变化值为0.025 MPa.结果表明,芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内,受到了汶川地震产生的动态应力变化、静态应力变化以及黏弹性松弛效应造成应力变化的共同触发作用,且动态应力的延迟触发作用可能更为显著.最后对芦山地震之后研究区域的应力变化场进行了初步探讨. 相似文献
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当断层破裂期间剪应力超过通常为流体静压力状态的地壳表层屈服强度时,沿断层深部成核的地震破裂才能传播到地表。例如圣安德烈斯断层系,对于错位断层的地震活化来说,深部需要超流体静压力。根据围岩和断层岩石的破裂准则,能造成地面破裂的滑动事件估计发生在沿与主压应力成小于65°角的断层面的孕震深度上。这些滑动事件在震源深度上需要的最小剪应力约为30 MPa。对地震间隔期长且推断粘结强度高的断层,预测的活化角≤55°,表明南加利福尼亚圣安德烈斯的一些地段,包括圣贝纳迪诺地区、埃尔西诺断层带和圣哈辛托断层的部分,为能使地表破裂的未来大地震的最可能的震源场地。为了进一步约束这些地震的位置,我们急切需要使用实验室试验、震源机制研究及对这类圣安德烈斯断层系的地震活断层进行钻孔,来探查深部断层岩石的摩擦性质和应力状态。 相似文献
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对青藏高原北部东昆仑破裂带大地震之间的应力转移和断层相互作用进行研究. 考虑1937年以来沿此破裂带发生的5个M≥7的地震：1937年M7.5花石峡地震，1963年MS7.1都兰地震，1973年MS7.3玛尼地震，1997年MW7.5玛尼地震和2001年MW7.8可可西里地震，模拟了黏弹性成层介质中地震断层错动产生的应力演化过程，并计算了在后续地震破裂面上产生的库仑破裂应力变化. 结果表明，前面4个地震均造成2001年可可西里地震断层面上库仑破裂应力的增加，并且中地壳和下地壳的黏弹性松弛效应使得库仑破裂应力场随着时间的推移而逐渐加强. 在计算过程中定量估计了可可西里地震发生时前面4个地震同震形变和黏弹性松弛导致可可西里地震破裂面上库仑破裂应力变化之间的比值，发现前3个地震由黏弹性松弛造成的变化远远大于同震形变所造成的变化. 可可西里地震之后应力场的模拟表明东昆仑断层中段的东大滩－西大滩断层段（位于可可西里地震破裂以东及都兰地震以西）的库仑破裂应力显著增加，变化值达0.05～0.1 MPa，预示这一地区地震危险性的增加. 相似文献
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位于大地震破裂远场范围的断层上发生的余震通常可用破裂在这些断层上造成了静态应力变化来解释（Stein and Lisowski,1983;Reasenberg and Simpson,1992)。这表明断层相互作用以及地震发生的时间可受附近前面破裂的影响（Hudnut,etal,1989;Jaume and Sykes,1992;Harris and Simpson,1992;Stein,1999)。本文我们揭示小地震作为地壳力学状态“标志”的潜在能力。我们研究南加利福尼亚1992年兰德斯地震产生的静态应力变化。此地震发生在由许多断层引起的地震活动性较高的地区。我们首先用一种新的技术估计区域地震活动性对兰德斯地震的响应，然后将相同的方法用于根据地震活动性确定主破裂上滑动分布的反问题。假定合理的参数，我们得出与直接由兰德斯主震得到的滑动剖面（Ward and Heaton,1994;Hudnut,et al,1994)相一致的可信结果。我们的结果提供了监测上地壳的力学状态、研究导致断层破裂过程的方法。 相似文献
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从断裂力学观点研究地震的破裂过程和地震预报 总被引：29，自引：2，他引：27
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logεe=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Mo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,τy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τy,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。 相似文献
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2016年呼图壁M W6.0地震发生在中国天山褶皱逆冲带北部。然而,由于震级小、震源深且无地表破裂,2016年呼图壁地震的同震断层破裂模型和地震构造至今仍然未知。本文研究表明,2016年呼图壁地震发生在一个深地壳(15~20km)盲逆冲断层上,且深部盲逆冲断层的破裂触发了浅层上覆褶皱的运动。本文使用Sentinel-1A/1B卫星观测的升轨和降轨干涉合成孔径雷达(InSAR)数据反演构建了2016年呼图壁地震的发震构造。研究发现,单个断层不能很好地拟合Sentinel-1升轨和降轨数据观测到的InSAR形变场。基于InSAR观测大地测量数据,研究发现沿齐古背斜发育的一个沿深度方向倾角变化的小断层也在呼图壁地震中发生了破裂,增加了上述小断层后,模型反演残差显著降低。整体而言,2016年呼图壁地震发生在一条走向264.4°、倾角28.8°的地壳深部盲断层上,显著的断层滑移位于地表以下13~18km深度处,峰值滑移量约10.0cm。触发的浅层地壳断层弯曲褶皱具有铲形的断层几何形状,其破裂以逆冲运动为主。浅层褶皱结构上由主震产生的静态库仑应力变化为负,表明对于呼图壁地震浅层断层破裂,动态库仑应力可能比静态库仑应力在触发浅层断层破裂中起着更重要的作用。最后,研究结果表明,深震源的中强地震有可能引发该地区浅层上覆断层弯曲褶皱的破裂。 相似文献
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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. 相似文献
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通过首都圈地区11个跨断层测点的形变观测资料,将断层两盘作为不变形的刚体来分析断面相对滑动与地表两盘点位相对位移的定量关系,并以唐山地震及其余震为时间界限,将所得的断层滑动矢量分为2大时段,拟合区域2个不同时段的现今地壳上部应力状态,发现首都圈地区依据跨断层形变观测资料反演的地壳上部应力状态在唐山地震前后存在着较为明显的变化特征:1)第1时段(唐山地震及其余震期间),地壳应力状态以NNE-SSW向挤压,NWW-SEE向拉张为主要特征,反映该区构造应力场在NNE-SSW向的构造应力作用是逐渐增强的;在NWW-SEE向,其构造应力作用相对于NNE-SSW向有所减弱,表现为相对松弛状态.2)第2时段,在唐山地震及其余震之后的3个次级时段内,地壳上部应力状态以NNW-SSE向拉张为主要特征,表明在唐山地震及其余震之后,研究区的构造应力作用一直处于近SN向的松弛状态. 相似文献
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强震的发生与地壳中应力增加有关。库仑破裂应力被用于研究由于某次强震发生所产生的应力变化。2010年智利莫尔M_W8.8地震发生之后,其破裂区以南地区没有发生M≥6.0地震,而在其以北地区于2015年在智利发生了伊亚佩尔M_W8.3级地震。在这两个地区地震活动性悬殊。本文利用库仑破裂应力研究了2010年智利莫尔M_W8.8地震在这两个地区产生的应力变化。结果表明,2010年智利莫尔M_W8.8地震在其破裂区以北地区产生的应力变化为正值,有利于断层错动发震,而在其破裂区以南地区产生的应力变化为负值,具有抑制断层错动发震的作用。 相似文献
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采用扩展有限元方法计算了断层阶区内介质产生的新生破裂对地震破裂跨越断层阶区传播过程的影响。模型中新生的断层扩展遵循最大剪应力破坏准则，当最大剪应力超过岩石的承受极限时，完整介质产生破裂形成新的断层，并且新断层的扩展方向为最大剪应力方向。扩展有限元法模拟结果表明，断层阶区内新生的断层改变了断层阶区的几何形态，同时也改变了断层破裂后的应力状态。新生破裂可以改变库仑应力在空间的分布格局，特别是可以提高断层上的应力水平，从而提高地震破裂跨越断层阶区的能力。模拟结果还显示，断层阶区内新生破裂的产生，可以使得地震破裂跨越10 km宽的断层阶区，若阶区内部介质没有产生新生破裂，则地震破裂无法跨越该断层阶区。本研究有助于进一步认识地震破裂跨越断层阶区的传播过程，特别是对地震震源过程分析及地震灾害评估等具有重要的科学意义。 相似文献