断层阶区对产生超剪切地震破裂的促进作用

地震时若断层发生超剪切破裂,地震灾害会显著加剧.因此研究超剪切破裂的形成机理有着非常重要的科学意义.本文利用动力有限单元方法,模拟断层破裂从初始断层跳跃传播到另一条平行的次级断层(断层阶区)时破裂速度的变化情况,并分析断层阶区几何特征等物理参数对产生超剪切地震破裂的促进作用.计算结果表明,断层阶区的诸多物理因素(如:重叠长度、相隔距离以及摩擦系数等)都会对破裂的传播速度产生影响.在一定条件下,破裂传播速度会由在初始断层上的亚剪切波速度,转换为在次级断层上的超剪切波速度.在破裂速度转换过程中,断层间隔起着重要作用,当断层阶区中两断层垂直间隔距离小到一定程度时,破裂跳跃阶区后,破裂速度不会发生变化.所以对于分段断层(可视为一种特殊的断层阶区),由于其断层垂直间隔为0,也就不会出现破裂速度变化的现象,模拟结果对此也进行了证实.然而,若断层间隔太大,当其距离超过一定的限度后,破裂通常无法跨越断层阶区继续传播,而是终止在初始断层上.模拟结果还表明,初始断层与次级断层之间的重叠距离也十分重要,只有当断层阶区中两平行断层之间的重叠部分达到一定长度后,断层的破裂速度才有可能发生转换.此外,计算结果显示,破裂过程中断层面上的应力变化可能是破裂传播速度发生转换的直接原因.最后,模拟还发现,当破裂跨越断层阶区发生速度转换时,破裂需要停顿一定的时间,以便积聚足够的能量来实现破裂速度的增快.

采用不同摩擦定律动态模拟断层阶跃

众所周知,断层阶跃在某些情况下可使破裂贯通,而在另外的一些情况下则可能使破裂终止。然而,不同摩擦定律公式对跨越破裂的影响尚未得到广泛的探讨。本研究采用二维动态有限元方法探讨张性和压性两种环境下不同摩擦参数如何影响破裂跨越阶跃的能力。我们比较了线性滑动弱化摩擦和三种速率—状态依从摩擦:衰变定律、滑动定律、强速率弱化滑动定律。我们发现,对于相同有效滑动弱化距离的摩擦参数,该摩擦定律的函数形式可对最大跨越距离有显著影响。将摩擦定律调整为具有等效破裂能量时,我们发现这种摩擦定律的函数形式对跨越破裂的影响次之。最后,我们发现采用特定参数时,一旦破裂在次断层段重新起始,跨越阶跃系统的破裂延迟可导致先前未曾见到的超剪切转换模式,即使初始应力场阻碍这种转换也如此。对复杂几何形态如断层阶跃采用多种摩擦定律进行研究可有助于更好地认识和理解破裂性质对模型及统计分析中采用的摩擦定律类型的依赖性。