应力非均匀性对地震周期和地震破裂速度影响的数值模拟

《应力非均匀性对地震周期和地震破裂速度影响的数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中国科学技术大学博士学位论文应力非均匀性对地震周期和地震破裂速度影响的数值模拟作者姓名：学科专业：指导教师：7吉c；／小s,Ⅺ蚪11'．1间：I别：凇／翁辉辉固体地球物理学黄金水教授二。一五年六月UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeNumericaISimulationsontheEffectsofHeterogeneOusStressonEarthquakesCycleandRupturesVelocityAlut

2、hor：Speciality：Supervisor：FinishedTime：HuihuiWengSolidGeophysicsProf．JinshuiHuangJune，2015中国科学技术大学学位论文原创，眭声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作

3、权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(——年)作者签名：绡聱聋导师签名签字日期：摘要弹性回跳理论目前被认为是构造地震发生的主要机制。所谓的弹性回跳理论是：断层两边岩石在构造应力的作用下发生形变，应力

4、和应变能逐渐累积，当应力达到一定程度就会造成断层的突然活动，导致地震发生，应变能也得到突然释放。野外地质调查和岩石物理实验都显示，地震的这种过程可以简化为断层的粘滑行为。而且断层的这种粘滑可以用滑移弱化摩擦准则或一个与速率和状态相关的摩擦准则来表示。研究也发现，地震发生时，断层面的破裂速度可能会出现超剪切现象。而超剪切破裂可能会在水平方向上产生扩张的平面S波以及马赫波，这些波会显著地加强断层破裂方向上的地面震动以及破坏力，即有着更强的能量辐射。地震断层的粘滑行为以及断层面的破裂过程与周围地质环境密切相关，如断层的应力

5、扰动或孔隙压变化可能会影响地震的周期以及地震的大小(长时间尺度，年)、也有可能阻碍断层的破裂或触发超剪切破裂(短时间尺度，秒)。深刻认识周围环境变化对断层滑动和破裂过程的影响，对进一步理解地震的物理过程以及防震减灾工作都具有重要的理论和现实意义。本文意欲通过建立物理模型的方法，研究周围环境应力变化对断层粘滑行为以及断层面的破裂过程的影响。具体来说，就是利用有限元方法以及滑移弱化摩擦准则，通过模拟断层应力加载的过程来认识断层的滑动规律、并探索断层的动态破裂过程，以期能加深对地震物理过程的理解，并为防震减灾提供一些有价值

6、的科学依据。首先，建立一个二维走滑断层数值模型，并结合断层滑移弱化摩擦准则对断层长期滑动规律以及应力扰动对其影响进行了研究；然后，以日本2011年TohokuMw9．0地震为具体实例，建立一个二维曲线断层数值模型，并且利用高精度的形变观测来约束模型；最后，在二维平面走滑断层中，研究局部有效正应力增加的障碍体(barrier)对超剪切破裂的触发作用。主要结果如下：(1)数值计算结果表明，在均匀应力分布情况下，平面断层滑动显示出典型的特征地震规律，断层面上的应力扰动对断层滑动规律产生影响，压应力增加明显延迟地震的发生时间

7、，并增加地震释放的能量。应力扰动发生在地震破裂临界区时的影响比在震前滑移区时的影响显著。当发生在地震滑移区时，若应力扰动足够大，则压应力增大会造成地震发生时部分动力断层被暂时锁住，使得地震释放的能量变小，但可增加后续地震的能量；而压应力减小则可导致地摘要震规律产生更加复杂的变化，会即时触发地震。如果应力扰动发生在一个地震周期的早期，则触发的地震较小，但可导致随后的地震提前发生；如果应力扰动发生在一个地震周期的后期，则会触发大地震。当应力扰动位于震前滑移区或破裂临界区时，小的扰动也可能产生类似的效果。应力扰动产生越晚，

8、这种影响也越明显。应力扰动发生在破裂临界区的影响最明显。应力扰动的影响一般主要集中在应力发生扰动后的1．2个地震周期内。后续地震基本恢复无应力扰动时的特征地震规律。(2)数值模拟计算结果显示，模型在1000年间的6次大地震表现出特征重复地震的规律。模型的数值结果与地表同震GPS位移、震间GPS速度分布都具有较好的一致性。此外，模型结果也显示了在