动态触发对断层亚失稳过程影响的实验研究

作     者：张康华 董鹏 徐冉 王璞 徐颖 夏开文 ZHANG KangHua;DONG Peng;XU Ran;WANG Pu;XU Ying;XIA KaiWen

作者机构：天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 中国地质大学(北京)地质安全研究院北京100083 Department of Civil and Mineral EngineeringUniversity of TorontoTorontoOntarioM5S 1A4Canada 

出 版 物：《地球物理学报》 (Chinese Journal of Geophysics)

年 卷 期：2023年第66卷第12期

页      面：4973-4986页

核心收录：

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(42174061) 天津市自然科学基金项目(19JCZDJC40400) 国家重点研发计划项目(2018YFC1503302)资助 

主　　题：亚失稳 动态触发 成核 破裂速度 破裂长度 

摘      要：为探究动态应力扰动对断层亚失稳过程的影响,本文基于实验室地震研究方法,对准静态加载下的断层施加动态应力扰动,模拟不同应力状态下断层的地震动态触发过程,利用高速摄影和数字图像相关方法(DIC)观测动态触发地震的全过程.研究结果表明,当动态扰动恒定时,对于在亚失稳之前触发的事件,其破裂模式取决于初始的应力水平(τ/σ_(n),剪应力/正应力):当应力水平较低时(τ/σ_(n)0.42),断层更加接近临界状态,易产生完全破裂,破裂速度较高.整体而言,破裂长度随着初始应力水平的提高而增长,直至发生完全破裂.而当断层进入亚失稳阶段后,可以看到明显的成核阶段,在此期间施加的动态扰动均能触发整个断层的破裂.失稳时的应力降及破裂速度均高于亚失稳阶段之前的动态触发事件,甚至能触发超剪切破裂.此外,应力降(Δτ)随着初始应力水平的提高呈增加趋势.以上结果表明,动态触发地震的破裂特征与断层所处的应力状态存在对应关系.本研究系统性地揭示了动态触发地震的破裂特征,既丰富了地震亚失稳理论研究,也为利用动态触发地震的震源特征推测断层应力状态提供实验依据.