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本文利用边界积分方程方法,以基于三角形网格的全空间格林函数及离散积分核计算为基础,进行了最常见的弯折断层的破裂传播过程模拟.为了去除边界积分方程方法中格林函数计算存在的高度奇异性,研究采用分部积分等方法对动力学方程进行了重整化和离散化处理.地震力学过程可以被视为断层由静摩擦转为动摩擦的过程,对于震源破裂过程的动力学模拟,摩擦准则起着重要作用,本研究采用常用的滑动弱化摩擦准则.计算引入Courant-Friedrich-Lewy比值来表达场点的影响,并控制计算的收敛性和稳定性.通过与典型算例的比对,检验了方法的正确性和有效性.地震破裂能否穿越断层弯折部位继续传播是震源动力学研究的重要内容,基于此,本文建立了多种理论弯折断层模型,模拟了断层弯折对地震破裂传播的控制作用,并通过改变断层周边初始应力场、断层弯折角度大小以及滑动弱化距离大小等来分析各个因素对破裂传播的影响.模拟结果表明:断层面上初始破裂区域内外的应力越高,破裂越容易越过断层弯折部位继续传播;初始破裂区域半径越大,或滑动弱化距离越小,破裂也越容易发生,并越过弯折部位继续传播.同样的初始条件,断层弯折角度越大,断层弯折作为障碍体,对破裂传播的阻碍作用越显著.小的弯折角,其破裂传播过程与平面断层差别不明显,基本仍以椭圆方式对称向两侧传播. 相似文献
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震源动力学破裂过程数值模拟研究 总被引：2，自引：1，他引：1
首先阐述了震源动力学过程研究的重要意义, 在此基础上, 研究了复杂的断层几何形态及介质模型对动力学破裂过程的影响, 并对常用的有限元方法、 离散元方法、 有限差分方法和边界积分方程方法等进行了相应介绍. 讨论了这些数值模拟方法各自的优缺点, 建议在方法的选择上应视具体问题及计算的精度而定. 最后对动力学数值模拟的关键部分, 滑动摩擦准则进行了论述. 常用的滑动摩擦准则有滑动弱化准则、 速率弱化准则和速率-状态依赖摩擦准则. 在单纯考虑某个地震的动力学破裂传播过程时, 滑动弱化准则较为常用, 其中滑动弱化距离的选取至关重要. 但若考虑整个地震循环, 速率-状态依赖摩擦准则更为合适. 相似文献
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2013年4月20日在四川芦山发生了M S7.0地震,震源运动学反演结果给出了此次地震的破裂过程和同震滑动分布.为了更好地理解造成芦山地震破裂过程的力学原因,本文综合野外地质调查、余震定位、深地震反射剖面等结果,构建芦山地震铲型断层模型,以震源运动学反演结果为约束,将震源参数与震源附近的构造应力场结合,建立断层面上滑动量和牵引力的时空分布关系,通过试错法给定震源动力学计算参数模拟芦山地震破裂传播的可能情况,进而分析讨论不同动力学计算参数对芦山地震破裂过程和同震滑动分布的影响.结果显示,初始应力是决定断层是否发生错动的关键;临界滑动弱化位移D c对破裂滑动速率有着很大的影响;成核区半径和初始应力主要影响破裂成核的快慢;局部不均匀破裂强度主要影响破裂行为和断层最终滑动量分布.利用边界积分方程法可以有效计算芦山地震铲型断层模型的动力学破裂过程,再现此次地震的主要特征.通过探究动力学参数对破裂过程影响,可解释运动学反演结果所揭示的破裂特征的力学原因,对于深入了解地震震源过程的物理本质和预测未来可能发生的地震的主要特征有着重要的参考意义. 相似文献
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断层的自发破裂及其产生的地震波场是地震学研究的重要内容.断层几何形态和自发破裂过程中的动力学参数不同,往往会导致不同的震源破裂过程,进而对地震波场产生显著的影响.本文基于不同几何形态的断层上的自发破裂过程,通过计算研究其产生的地震波场的特征.针对弯折和分叉的断层系统,我们考察了初始成核区位置以及超剪切破裂对于地震波场的... 相似文献
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断层的几何形态是地震破裂传播过程的控制因素之一,从而影响着地震的危险性.Y型分叉断层是断层的多种复杂几何形态当中常见的一种,研究断层的分叉特征对震源破裂传播的影响,对于深入认识复杂几何形态断层的动力学特征具有重要意义.本文利用边界积分方程方法,模拟了612个分叉面,通过改变分叉断层面的分叉角度来分析断层分叉对传播的影响,并定量分析了分叉面之间以及主断层对分叉面的应力作用机制.模拟结果表明：分叉断层的一个断层分叉的破裂,既受到主断层作用的影响,也受到该断层另一分叉的作用的影响,是两者共同作用的结果.其中,主断层的作用基本上只与该断层分叉与主断层延长面的夹角有关,而与该断层另一分叉关系不大;该断层另一分叉的作用主要与两个断层分叉的夹角有关,但同时也要考虑其破裂状况.对于破裂以超剪切速度到达断层分叉处的情况,主断层对于大角度和小角度分叉的破裂促进作用较强,而对中等角度分叉的破裂促进作用较弱;该断层另一分叉对破裂的作用随着两个断层分叉之间夹角的增加,由强烈的抑制转为促进. 相似文献
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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40°为例,得到了不同断层弯折角度的破裂相图.在本文的初始应力设置下,通过对不同的无量纲化临界滑动弱化位移Dc和初始剪应力Te参数组合的结果进行交叉对比发现,对于弯折面处于压缩区的断层模型,不可持续传播的自发停止破裂的发生条件与弯折角无关.而对于可持续传播破裂,其在平面断层的传播速度也不受弯折角影响;在弯折部分,随弯折角度增大,破裂传播速度越小,正应力越大,破裂强度越大,破裂越难以越过弯折交界线继续传播(如40°).对比三个不同弯折角的相图,弯折角越小,越容易发生超剪切破裂,即发生超剪切的参数空间越大.同时,随着初始剪应力的增大,超剪切不仅可以发生在弯折面上,甚至在平面部分就可以发生.总体而言,Dc较小、Te较大时,破裂传播速度更大,更容易形成超剪切破裂.另外,因克服弯折交界处的正应力而产生的错位延迟效应也与弯折角度正相关. 相似文献
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汶川地震震源破裂动力学研究 总被引：1，自引：0，他引：1
关于汶川地震的破裂过程的运动学已有许多研究成果,如沈正康小组(2009)、陈运泰小组(2008)、姚振兴小组(2008)和纪晨小组(Jietal,2008)。尽管各个结果有所不同,但基本特征还是一致的。以沈正康小组最近在Nature Geosciences上的结果为例(Shenetal,2009),地震破裂断层存在两个滑动剧烈的地区:映秀、北川,滑动量近10m,在南坝也有5m的滑动量。如果进一步观察,会发现这些滑动剧烈的局部地区与断层的几何非均匀性(弯折、跨跳等)有一致的对应关系。为了从物理上理解这种对应关系,我们利用本课题组近年来发展的能够计算复杂的非平面地震断层自发破裂动力学过程的新方法(Zhang and Chen,2006;Liuand Chen,2008;Zhuetal,2009),系统研究了地震断层的几何非均匀性与等效平面地震断层的剪切破裂强度等动力学参数之间的等效性问题。在此基础上,根据汶川地震发震断层的非平面几何模型(Shenetal,2009;Xuetal,2009),我们模拟计算了该地震的自发破裂动力学过程,结果较好地解释了由震源运动学反演获得的复杂断层滑动过程的主要特征,即断层滑动复杂非均匀分布与断层的几何非均匀性(弯折、跨跳等)之间的对应关系。 相似文献
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Dynamic faulting under rate-dependent friction 总被引：2，自引：0，他引：2
We discuss the effects of rate-dependent friction on the propagation of seismic rupture on active faults. Several physicists using Burridge and Knopoff's box and spring model of faulting have proposed that fault complexity may arise from the spontaneous development of a self-similar stress distribution on the fault plane. If this model proves to be correct, it has important consequences for the origin of the complexity of seismic sources. In order to test these ideas on a more realistic earthquake model, we developed a new boundary integral equation method for studying rupture propagation along an antiplane fault in the presence of nonlinear rate-dependent friction. We study rupture dynamics of models with single and twin asperities. In our models, asperities are places on the fault with a higher value of prestress. Othewise all fault parameters are homogeneous. We show that for models with such asperities, a slip velocity weakening friction leads to the propagation of supersonic healing phases and to the spontaneous arrest of fracture if the prestress outside the asperities is low enough. For models with asperities, we can also observe narrow slip velocity pulses, qualitatively similar to the so-called Heaton pulses observed in some earthquake accelerograms. We also observe a complex distribution of stress after the rupture that depends on details of the initial distribution of asperities and on the details of the friction law. 相似文献
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SIMULATION OF SEISMIC RISK IN THE DALIANGSHAN SUB-BLOCK AND ADJACENT AREAS USING THE NONLINEAR FRICTION FEM METHOD 
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下载免费PDF全文 Most earthquakes result from fault activity under heterogeneous loading and complex physical properties, also affected by fault structure and interaction between faults. Such a complicated mechanism makes often failures of the "seismic gap" theory in the effort of medium-and long-term earthquake prediction. This study attempts to address this issue using the finite element method(FEM).The friction behavior of faults can be used to simulate the non-uniformity of rupture processes of the seismogenic structure. So we use the FEM containing non-linear friction to simulate fault ruptures in the Daliangshan sub-block and adjacent areas, and compare the results with time-space evolution of historical MS ≥ 7 earthquakes since 1840 in this region. In the simulation, the sequence of large-batch fault contact nodes change from "stick state" to "slip state" in short time, which mimics the sudden fault slip and the occurrence of major earthquakes. The results show that the fault breaking lengths from simulation are largely consistent with the magnitudes of historical earthquakes in the study area, such as the 1850 Puge-Xichang MS7.5, and 1887 Shiping MS7.0 earthquakes. The simulation also shows the development of seismic gaps and "gap breaks" by major earthquakes on the Xianshuihe fault, such as 1955 Kangding MS7.5 earthquake. Especially, the results illustrated the very long time of the seismogenic process of the 2008 Wenchuan MS8.0 earthquake, and the corresponding sudden big rupture along the Longmenshan Fault, which is very similar to the observed surface rupture and very long incubation time and sudden co-seismic process. Then, this simulation is further applied to long-term earthquake prediction for the study area by calculation on a much longer time. The simulation results suggest that the Xiaojiang fault and the Zemuhe fault have relatively higher seismic risk, while moderate-sized earthquakes might occur on the Daliangshan fault and the Aninghe fault, and major earthquakes might rupture the northern segment of the Xianshuihe fault in a much longer time. 相似文献
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利用曲线网格有限差分方法,研究了三维倾斜断层的破裂传播过程.基于断层面生成贴体曲线网格,并通过坐标变换将含曲线网格的物理空间转换到含均匀直角网格的计算空间,实现了有限差分方法对复杂界面的处理.通过模拟地震断层的自相似破裂和自发破裂,并与已有发表的结果对比,发现拟合程度较高,验证了本方法的有效性和精确性.重点研究了不同倾角的倾斜断层破裂,最后展望了今后用本方法对非均匀介质中和任意起伏地表下的任意非平面断层破裂动力学的进一步研究. 相似文献
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由于大范围内地质构造的复杂性和介质的非均匀性,发震断层面的几何形态一般十分复杂.如果大地震的破裂过程涉及多个断层的活动,则发震断层并非是单一断层平面,而是多个断层面的组合.利用地震空间位置分布丛集性,即震源点成丛位于断层面附近的假设,结合稳健扩充算法和主成分分析给出一种可以重构活断层网络三维空间结构的新方法.该方法每次从震源点集中处开始,利用假设检验扩充子断层面,并得到多个子断层面.接着按震源点属于最近断层面的准则把各子断层面内的震源点进行竞争,并根据一定假设合并和删除一些子断层面,最后用主成分分析确定每个子断层面参数.于是可根据地震事件目录给出一组矩形区域来描述断层面网络结构,其中每个矩形断层面由其位置、走向和倾角确定.通过计算机模拟发现,新方法可成功地重建模拟地震目录的断层面,最后用于南加州1992年6月28日发生的Landers地震部分余震目录中,得到各个子断层面参数与已知地质破裂或隐伏断层相当一致. 相似文献
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本文改进了地震活动性模拟方法,使模型可以使用GPS反演得到的断层滑动速率的结果作为应力加载,进行区域的地震活动性模拟.选取太原地区作为研究区域,模拟并分析太原地区地震活动性.计算太原地区长达20000年的理论地震目录,通过对理论地震目录进行分析发现模拟结果的震级频度关系与实际观测资料具有相似性.太原地区的震级大于6级的模拟地震在时间上表现出很强的随机性,与年平均发生率为0.0129a~(-1)的Poisson过程对比,当采用卡方检验进行检验时,置信水平达到99.0%;然而,单一断层的强震的时间分布与相应年平均发生率的Poisson分布并不完全相近,部分断层拟合置信水平为90%左右,部分断层置信水平接近为0.这一结果表明,用Poisson过程估计太原地区长期地震发生率是比较合理的,估计单一断层上的地震危险性不是十分合理.地震危险性模拟结果显示,太原盆地地区7级以上地震的复现周期为4000年. 相似文献
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地震往往受控于滑动面的摩擦性质,这种摩擦性质可以由速率状态摩擦定律较好地描述.速率状态摩擦定律中的本构参数a和b与动态摩擦系数相关,从而影响着同震位移与剪切应力的时空演化.本文在前人工作的基础上,采用三维边界积分方程法模拟速率状态摩擦定律控制下均匀全空间中平面断层的自发破裂传播过程,并详细讨论了a和b对滑动速率、剪切应力和破裂传播速度的影响.数值结果表明a和b的不同取值将导致不同的破裂行为,b－a的值越大,断层越不稳定,这种不稳定性有利于裂纹的产生与扩展.但滑动速率的时空分布不只依赖b－a,而且还与a和b的具体取值有关,断层面上滑动速率峰值与剪切破裂强度均随着a的减小而增大,随着b的增大而增大.相关结果有助于加深对断层自发破裂传播的认识. 相似文献