非平面斷層與等效平面斷層的破裂動力學及輻射特征研究.pdf

1、地震斷層幾何形態(tài)多種多樣，是地震破裂復雜性的重要來源之一，本文提出并構造非平面斷層的動力學等效平面斷層，利用非均勻的屈服強度近似斷層不連續(xù)處在破裂過程正演中的影響，使平面斷層得到相似的破裂過程和滑動量分布。文中采用曲線網(wǎng)格有限差分方法和并行計算結合，高效率高精度的計算非平面斷層動力學破裂過程，幾何投影計算等效平面?zhèn)位瑒铀俾史植?，再以半解析的半空間牽引力邊界積分方程為基礎，代入計算等效平面斷層的等效靜摩擦系數(shù)分布，再以此正演得到等效平面斷

2、層的破裂過程，分析對比等效平面斷層的屈服應力變化，從而在量化認識斷層非平面幾何在破裂過程的影響中提供了另外一種思路。最后結合非平面斷層破裂和等效平面斷層破裂模型計算了二者的近遠場輻射場，波形吻合良好。
　　本文詳細介紹了階梯斷層的破裂跳躍問題的數(shù)值模擬和地質(zhì)調(diào)查情況。對非平面斷層來說，破裂傳播到發(fā)震斷層末端之后，是否能繼續(xù)觸發(fā)子斷層，如果觸發(fā)能否繼續(xù)破裂傳播開去，都是決定最終地震大小的重要因素。大量的地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)幾乎所有的成功跳躍

3、階梯斷層的階梯距離都在4-5公里以下，也有個別研究者認為Kunlunshan地震曾經(jīng)出現(xiàn)過10公里的跳躍，但沒有繼續(xù)傳播開去。受限于計算能力，之前的研究者都采用二維模型分析計算，本文采用曲線網(wǎng)格有限差分結合滑動弱化摩擦準則快速計算三維半空間階梯斷層跳躍問題。模擬分析三維階梯斷層的在不同參數(shù)情況下的破裂跳躍情況，包括了自由表面，內(nèi)聚力，加速距離，正應力等影響因素。發(fā)現(xiàn)超剪切破裂的存在對破裂跳躍距離有關鍵影響，僅有亞剪切存在時破裂最多跳躍2

4、公里距離。超剪切破裂存在，尤其是自發(fā)超剪切破裂增強，能大大增加拉張型斷層的跳躍距離，不過大部分仍限制在5公里距離以下，但極限情況下，自發(fā)超剪切能量足夠強，同時存在地表超剪切破裂，以及零內(nèi)聚力情況下，拉張型斷層最大能跳躍14公里的距離。這些是以前沒有發(fā)現(xiàn)過的結果。
　　本文驗證了考慮正應力情況下三維分岔斷層的動力學破裂過程的邊界積分方程方法計算，同時應用等效平面斷層思想分析分岔點破裂阻礙作用，發(fā)現(xiàn)等效靜摩擦系數(shù)在斷層間斷處發(fā)現(xiàn)明顯增

5、強，但和階梯斷層的等效靜摩擦系數(shù)相比增幅不大。我們設計不同應力模型研究破裂傾向性問題，發(fā)現(xiàn)破裂傳播到分叉點時，主斷層和分岔斷層之間正應力的相互作用對破裂路徑選擇影響巨大。對大傾角的分岔斷層，主斷層上正應力變化不大，壓縮子斷層上正應力增大，破裂繼續(xù)沿主斷層傳播，而不會傳到子斷層上。對小傾角的分岔斷層，主斷層和子斷層正應力作用變化較大，情況復雜，但在剪應力大于剩余應力的區(qū)域內(nèi)，破裂一般可以傳播到子斷層上，且當剪應力和剩余應力差值最大時，一般