俯冲带地震循环的数值模拟——以日本Tohoku M_W9.0地震为例

基于滑移弱化摩擦准则,以日本2011年Tohoku M_W9.0地震为例,建立一个以物理规律控制地震循环过程的二维有限元数值模型。结果显示,参考模型在1 000a间的6次大地震表现出特征地震的规律,地震重复周期约161a,单位破裂长度地震矩为1.13×1020 Nm/km,在两次大地震中间会发生一次5.62×1018Nm/km的小地震。参考模型的数值结果与地表同震GPS位移、震间GPS速度分布具有较好的一致性。模型弹性参数的不确定性对同震以及震间形变的影响有限,模型粘性参数主要影响震间形变场。数值计算也显示,假设震间形变仅由断层运动规律所决定,那么在一个地震周期内,模型空间重力异常基本上随时间均匀变化,在大陆一侧距海沟100km处可达-370μGal;速度场的变化主要发生在震后约5a的时间内,此后基本保持稳定增加。

应力扰动对地震周期和地震矩影响的数值模拟

利用二维有限元数值模型,结合断层滑移弱化摩擦准则对断层滑动规律以及应力扰动对其影响进行了研究.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,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,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.