横向非均匀黏性对走滑断层地震循环影响的三维数值模拟

作     者：翟鹏 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄金水

授予年度：2022年

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] 

主      题：有限元模型 摩擦定律 横向黏性差异 幂律流变 地震循环 

摘      要：大地测量观测显示走滑断层两侧的震间形变率往往是非对称的,通常可以用断层两侧块体的黏度差异来解释。另外,许多走滑断层大地震的震后形变反演结果也显示,断层两侧岩石圈下地壳或上地幔的有效黏度往往会有数量级上的差别。这种断层两侧黏性结构的差别会影响介质的应力传递效率和断层面上的应力积累效率,最终对地震循环过程产生重要影响。目前,有关断层两侧有效黏度的差异对地震循环过程影响的研究还不充分。首先,我们构建了三维的横向均匀走滑断层有限元模型,综合滑移弱化摩擦定律和幂律流变黏弹性本构关系,通过施加远场板块加载速度,成功模拟了自发的地震循环过程。我们的模拟结果与前人的二维模型的模拟结果基本一致,黏弹性模型深部的断层两侧形成了明显的塑性剪切带,有效阻碍了同震位错的深部扩展。然后,将断层两侧的物质设置为不同的地温梯度控制的幂律流变性质,构建了横向非均匀黏弹性地震循环模型。我们分析了所有模型的地震复发间隔、断层面库伦应力积累、模型内部应力和应变状态、地表形变以及重力异常的基本特征。断层两侧黏性结构的差异造成了震间非对称的地表形变速度,且随着黏性差异的增加,震间地表形变速率的差异逐渐增加。断层任意一侧的低黏度会导致地震复发间隔增加。低黏度一方面会导致孕震区在震间末期的库伦应力积累速率减小,另一方面导致同震破裂所需的临界库伦应力值增加,两者的综合效应使得地震复发间隔和地震震级略微增加。断层两侧黏性结构的差异也会产生非对称的震间重力异常,未来或许可以通过重力观测结果反演岩石圈黏性结构。