三維非平面斷層破裂動力學研究.pdf

1、地震動力學問題，特別是三維介質中復雜幾何斷層上的自發(fā)破裂問題是地震學中的一個難題。對此問題沒有理論解析解，唯有依靠數(shù)值方法模擬計算。在眾多數(shù)值計算方法中，由于其計算效率以及精確性，有限差分方法已成為地震動力學數(shù)值模擬中的一種重要的數(shù)值方法，在震源理論研究以及實際地震動力學模擬中都有廣泛應用。
　　傳統(tǒng)有限差分方法基于笛卡爾坐標，需要構造規(guī)則正交網(wǎng)格，不利于模擬復雜幾何斷層動力學破裂。雖然有學者對此提出了各自的改進方案，該方法的普適

2、性還有待提高。利用曲線網(wǎng)格可以解決這復雜幾何這一問題，我們可以沿著不規(guī)則界面劃分網(wǎng)格。曲線有限差分方法被證實在復雜起伏地表介質中能很好地模擬地震波場傳播過程。本文將曲線有限差分方法引入到地震動力學求解中，該方法即保持了傳統(tǒng)有限差分方法的特點，如計算效率、容易施加等，又在模擬復雜斷層方面有較高靈活性，可以用來模擬現(xiàn)實中常見的復雜幾何斷層，如傾斜、彎曲、跳躍等斷層，不規(guī)則起伏自由表面也可以靈活地包含在模擬中。
　　本文采用分裂節(jié)點描述

3、斷層間斷面，網(wǎng)格沿著斷層以及自由表面等不規(guī)則界面劃分。通過重新定義曲面斷層分裂節(jié)點物理量，曲線坐標系中的彈性動力學方程可以與摩擦準則約束的物理變量牽引力結合起來。對于斷層與自由表面的交點，本文采取特定的物理條件，使得交點在既滿足斷層滑動規(guī)律，又遵循自由表面條件的前提下，數(shù)值計算能保持穩(wěn)定。
　　為了驗證本文提出的方法的正確性，本文模擬了南加州地震中心給出的幾個標準斷層模型的自發(fā)破裂過程，并將計算結果與其他方法模擬結果進行比較。在此

4、之后本文還對幾個特定復雜斷層的破裂進行了模擬，并分析部分動力學規(guī)律。最后運用此方法，本文模擬了汶川地震的自發(fā)破裂過程，斷層的走向、傾角均隨空間變化，摩擦參數(shù)的選取基于現(xiàn)有的觀測研究。模擬表明，汶川地震的斷層幾何對斷層滑動分布花樣起著重要的控制作用，簡單的平面斷層或者等效平面斷層不能模擬出合理的斷層滑動分布。
　　總得說來，本文介紹的方法可以用模擬復雜幾何形態(tài)的三維斷層上的自發(fā)破裂過程，在足夠計算資源條件下能從動力學基礎出發(fā)，模擬基