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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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均匀和非均匀断层滑动失稳成核过程的实验研究 总被引：6，自引：0，他引：6
基于均匀和非均匀断层摩擦滑动中应变、断层位移的实验测量结果,分析了粘滑失稳的成核过程。研究表明,在加载点速度恒定的条件下,均匀断层上粘滑的成核过程具有微弱的滑动弱化特征,断层上较小尺度“弱段”的存在使得粘滑成核过程中滑动弱化现象更明显,而较大尺度“弱段”的存在则改变了粘滑的成核过程,表现出局部加速滑动——断层带上剪应力快速增加的特征,更符合速率-状态摩擦定律。断层闭锁期间,剪应力的增加引起断层附近的横向弹性膨胀,这种弹性膨胀在失稳时的回跳引起断层面上正应力的瞬时增加,从而成为使断层迅速闭锁、强度恢复的重要因素。 相似文献
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采用断层位错模式,考虑了具有一定宽度的断层在其粘滑过程中,断层摩擦应力和滑动速度随粘滑过程的变化情况,由此计算了粘滑所产生的摩擦增温,并将结果与不考虑摩擦应力变化、不考虑滑动速度变化或忽略断层宽度时的情况作了比较。结果表明:断层滑动时,摩擦应力和滑动速度随时间的改变及断层的宽度将对断层摩擦增温产生较大影响。由于岩石中孔隙和孔隙流体的存在,摩擦应力在断层粘滑过程中有较大变化。取断层滑动速度为Brune 震源时间函数形式,考虑摩擦应力的变化及一定的断层宽度,计算得到的摩擦增温值较以往的计算结果偏小。这个结论对测定断层活动年代的热释光(TL)和电子自旋共振(ESR) 法具有一定的理论指导意义 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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报告了利用泡沫橡胶模拟浅部软弱层对走滑破裂引起的强地面运动影响的结果。走滑地震引起强地面运动的计算机模拟,有时与对断层浅部滑动特性的某些任意假设有关（如：断层面上部２ｋｍ处的滑动固定为０）。断层滑动反演研究表明,走滑断层浅部的高频辐射通常低于断层深部。在多数情况下,（１）断层区上部几公里的断层可能较弱,不能维持地震高动能释放期间所需求的高水平的剪应力;（２）断层滑动可能具有不同的本构关系,例如,滑 相似文献
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在地震滑动过程中,断层动态摩擦是地壳内控制地震破裂的决定性因素。天然地震的脆性裂纹理论[1-3]使得以下观点被普遍接受:在地震断层快速滑动的过程中,断层摩擦力减弱,即所谓的滑动弱化[1]。高速断层泥实验[4-5],以及最近关于热增压[6-7]和摩擦熔化[8]的试验都支持该理论。但是,这些研究均仅针对固定的断层滑动速率。在本文中,我们的实验展示了不同滑动速率下断层物质的摩擦行为——这一模型的设置更接近天然地震的特征。实验结果表明,在断层滑动加速和减速的过程中,断层摩擦经历了增长、弱化和再增长。这种摩擦变化可能可以由低滑动速率下和更现实的滑动速率之下的速率-状态摩擦行为[9-10]来解释,但包含了不同的物理机制和不同的规模。最初的摩擦增强可能会阻碍小破裂向大地震的发展。断层滑动减速过程中的摩擦增强可能导致地震破裂呈脉冲状[11-14],并使得静态应力下降到与动态应力变化相比较低的水平[15]。 相似文献
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断层阶区对滑动行为影响的实验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
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． 相似文献
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利用双轴伺服控制加载装置, 在干燥和饱和水(浸在水中)条件下, 开展了砂岩、 大理岩和花岗岩的摩擦实验。 对比干湿条件下断层摩擦应力和声发射的演化特征, 讨论水对断层滑动性状的影响。 研究表明, 低正应力条件下, 砂岩和大理岩标本表现为稳滑, 而花岗岩则表现为粘滑; 岩体矿物成分、 孔隙率和以及滑动面的状况共同影响断层摩擦的稳定性; 干湿条件下摩擦强度的变化为水对断层滑动面和围岩抗剪强度影响的综合效应; 砂岩含有硬度较小的矿物, 初始粘结力低, 孔隙率高, 水对滑动面和围岩都起到弱化的作用; 方解石硬度和摩擦特性控制了大理岩的摩擦性状, 而标本含有穿晶和晶内微破裂增强了水对大理岩摩擦强度的弱化作用; 花岗岩组成矿物的硬度大且胶结紧密, 初始粘结力大, 孔隙率低, 因此摩擦性状对含水量的变化响应较小。 不同岩性的摩擦稳定性在干湿条件下均存在差异, 不同岩性断层摩擦性状对含水量的变化响应不同, 因此研究水库诱发地震时要考虑断层的岩性特征。 相似文献
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汶川Mw7.9级大地震的发震断层具有高角度逆冲滑动特征.通过对高角度逆断层滑动的力学条件的分析表明,龙门山断裂深部可能存在高孔隙流体压力有利于断层的失稳滑动.利用现有的技术手段无法获得中地壳深度断层内的流体特征.龙门山断裂带是一条逆冲推覆的构造带,这使得地质历史早期的龙门山断裂深部的彭灌杂岩体抬升到地表,并保留了当时的深部流体特征和变形特征.研究地表露头的变形花岗岩能够推断过去的龙门山地区的深部环境,从而了解过去该地区的深部强震孕育机理,这能够帮助理解现今龙门山地区类似汶川地震的强震的发生机理. 相似文献
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利用双轴伺服控制加载装置,采用3块花岗闪长岩标本组成的含有2个滑动面的直剪结构,开展了摩擦滑动实验。实验中通过在剪切方向上叠加正弦波状的位移扰动,研究了剪应力扰动对断层粘滑失稳的影响。研究表明,在恒定的正应力和位移速率下,标本表现出较为规则的粘滑;当在剪切方向叠加位移扰动后,随扰动振幅的增加,粘滑发生时间与扰动的相关性增大,粘滑的应力降和时间间隔的分布趋于离散,其中扰动能产生明显影响的临界振幅大致为0.05MPa;粘滑应力降和时间间隔随扰动振幅增大而逐渐离散的现象在较高正应力下更为明显,而相同扰动振幅下粘滑失稳发生时间与扰动的相关性也随正应力增加而增大;扰动周期对摩擦性状的影响不明显。研究结果意味着,地震引起的同震剪应力的变化不仅会引起邻近断层上地震发生时间的变化,也可能引起地震强度的变化 相似文献
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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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理解震群的成因机制是地震科学的重要挑战.本文基于速率-状态摩擦定律,利用Dieterich断层失稳模型探讨了流体运移、慢滑移和震群触发三者之间的关系,研究结果表明:(1)断层内部或周边流体流动所导致的孔隙压力升高可诱发断层发生慢滑或非地震滑移,慢滑或非地震滑移可使区域内临近断层上库仑应力加载速率升高,进而导致震群产生;... 相似文献
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将地壳介质视为马克斯威尔体,运用三维有限元方法,探讨分层地壳结构中存在高速体、低速体和深部断裂时,地壳应力的集中及应力集中随时间演化的特征．计算结果表明:① 由于地壳的非均匀性,在高速体内形成高平均应力集中条带,在高速体内和深部断裂附近形成水平最大剪应力（以下简称最大剪应力）高集中区．平均应力扰动值随时间的变化趋势,导致在漫长的地质年代内,平均应力在地壳内有趋向一致的变化趋势．最大剪应力扰动值随时间的变化,导致低速体内的剪切应变能向高速体内转移;② 当地幔以1 cm/a速率上隆时,平均应力扰动值随时间的变化比较复杂,高速体和低速体的边界已不是那么明显．在高速体内沿狓方向的两个边区,最大剪应力扰动值随时间更加高速地增长,这种应力演化更有利于实现低速体内的剪切应变能向高速体内转移;③ 在深部断裂带的下半段附近,平均应力和最大剪应力扰动值随时间的变化趋势,导致在较长时间内积累较高的剪应力,最后引起深部断裂失稳和沿断层方向的加速蠕滑;④ 深部断裂沿断层方向的加速蠕滑,可以使深部断层两侧地表面垂直位移的变化,与邢台地震震前一年的地表面垂直位移变化趋势非常一致．深部断裂的加速蠕滑可能是震前地表垂直位移异常变化的原因之一． 相似文献
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地震主应力方向的附加潮汐应力计算及其对发震断层的作用方式研究 总被引：4，自引：0，他引：4
通过对地震震源处沿主压应力P轴和主张应力T轴方向的附加潮汐应力分量的计算，在岩石力学莫尔－库化准则的基础上分析了附加潮汐应力对发震断层的作用方式。分析和计算表明，对发震断层有促滑作用的附加潮汐应力作用方式分增压型和减压型，增压型潮汐应力增大断层面上的正压力和剪应力，促使断层达到破裂滑动条件，减压型潮汐应力在一定条件下能降低断层面上的破裂滑动强度，同样能促使断层的运动。计算实例显示，大部分发震断层受到了附加潮汐应力的增压型或减压型促滑作用。 相似文献
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关于直立倾滑断层运动的几个问题 总被引：1，自引：0，他引：1
直立倾滑断层运动的一个重要特点是:其驱动力应该是产生于断层带附近深部物质的差异升降运动。在这种条件下,断层的扩展将是一个从深到浅的过程。地壳强度按深度峰形分布可能是这种过程缓慢地进行到某一阶段出现失稳的一个重要原因。另一个对直立倾滑断层运动有重要影响的因素是围压按深度的分布。在深部,因为围压很大,所以断层能够沿平面扩展;而在浅部,当围压足够小时,在断层的端都会出现侧向张性破裂。 相似文献
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断层带摩擦稳定性转换及其对应的微破裂特征对于地震成核条件和慢地震机理研究具有重要的意义.本文利用双轴实验装置研究了硬石膏断层带摩擦稳定性的转换及其对应的应变变化、微破裂特征,并分析了实验标本的微观结构.实验结果表明,σ2和加载点速度对断层滑动稳定性具有显著影响.在低σ2条件下,硬石膏断层带出现不稳定滑动,变形以局部化的脆性破裂和摩擦为主;随σ2的增加,断层由不稳定滑动向稳定滑动转换,断层带变形方式逐渐转变为分布式的破裂.在低σ2条件下,硬石膏断层带在较低加载点速度下表现为速度强化且滑动稳定,在中等加载点速度下表现为速度弱化并伴有准周期性的黏滑,在较高加载点速度下又有转向速度强化的趋势,σ2的提高使得速度弱化的范围逐渐减少,滑动趋于稳定.上述两次转换对应不同的微破裂特征,在较高速度下从速度弱化转换为速度强化时,断层滑动伴有能量较小但频度很高的微破裂活动,而在较低速度下从速度弱化转换为速度强化时,断层滑动伴有间歇性的微破裂,这与断层带的微观结构特征有较好的对应关系,表明其转换机制是不同的. 相似文献
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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． 相似文献