鎖固段是主控構(gòu)造地震產(chǎn)生的地質(zhì)結(jié)構(gòu),研究其損傷過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化與分配原理,可加深對(duì)其損傷行為和能量演化機(jī)制的理解.基于能量守恒原理,闡明了受載鎖固段內(nèi)裂紋擴(kuò)展時(shí)儲(chǔ)存彈性應(yīng)變能的轉(zhuǎn)化與分配關(guān)系,提出了鎖固段破裂事件的地震波輻射能計(jì)算公式.據(jù)此,在孕震斷層多鎖固段脆性破裂理論框架下,推導(dǎo)了主震判識(shí)的震級(jí)準(zhǔn)則,論證了鎖固段累積Benioff應(yīng)變比與剪切應(yīng)變比的等效性,提出了鎖固段破裂事件的震源參數(shù)計(jì)算方法.實(shí)例分析表明,該方法可靠.該研究成果在主震判識(shí)、震源參數(shù)估算與復(fù)核等方面具有良好的應(yīng)用前景. 

【文章來(lái)源】：東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,41(07)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

伊斯蘭堡—加德滿(mǎn)都地震區(qū)地震構(gòu)造圖

當(dāng)鎖固段承受的荷載超過(guò)裂紋起裂點(diǎn)時(shí)，其內(nèi)部已存裂紋開(kāi)始擴(kuò)展且能產(chǎn)生新裂紋．在彈性應(yīng)變能的驅(qū)動(dòng)下，伴隨著鎖固段內(nèi)部的裂紋擴(kuò)展(此時(shí)有應(yīng)力降產(chǎn)生)，儲(chǔ)存彈性應(yīng)變能的一部分將轉(zhuǎn)化為耗散能，即地震能，主要包括表面能、摩擦熱能與地震波輻射能，剩余部分仍以彈性應(yīng)變能形式留存在鎖固段內(nèi)(圖1)．隨著每次已存裂紋的擴(kuò)展或新裂紋的生成，其所需的部分彈性應(yīng)變能也將轉(zhuǎn)換為耗散能，導(dǎo)致總耗散能逐漸增加．由此可見(jiàn)，耗散能是部分彈性應(yīng)變能轉(zhuǎn)化的結(jié)果，即耗散能由彈性應(yīng)變能提供，彈性應(yīng)變能是導(dǎo)致鎖固段損傷斷裂的根源．根據(jù)Griffith理論[19]的核心思想———能量平衡思想，當(dāng)裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力等于裂紋擴(kuò)展阻力時(shí)，裂紋擴(kuò)展將終止．每次裂紋的擴(kuò)展過(guò)程對(duì)應(yīng)著一次地震的產(chǎn)生過(guò)程．由上述分析知，裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力由儲(chǔ)存在鎖固段中的彈性應(yīng)變能提供，而裂紋擴(kuò)展阻力主要源自裂紋擴(kuò)展過(guò)程中的摩擦熱能和形成新表面的表面能．如圖1所示，當(dāng)鎖固段被加載至點(diǎn)C，裂紋開(kāi)始擴(kuò)展時(shí)，伴隨有應(yīng)力降產(chǎn)生，這相當(dāng)于沿路徑CA卸載．隨裂紋擴(kuò)展，阻力隨之增大，相應(yīng)地用于驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展的彈性應(yīng)變能減小，因此當(dāng)卸載至點(diǎn)B時(shí)，阻力與驅(qū)動(dòng)力達(dá)到平衡，裂紋停止擴(kuò)展，同時(shí)應(yīng)力降產(chǎn)生過(guò)程完成．由此可見(jiàn)，從裂紋開(kāi)始擴(kuò)展到停止，是自發(fā)的能量平衡過(guò)程，即裂紋擴(kuò)展前儲(chǔ)存在鎖固段中的彈性應(yīng)變能密度(三角形面積SACE)=裂紋擴(kuò)展后留存在鎖固段中的彈性應(yīng)變能密度(三角形面積SABF)+耗散能密度(梯形面積SBCEF，由儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能轉(zhuǎn)換而成)，其中:耗散能密度(梯形面積SBCEF)=地震波輻射能密度(三角形面積SBCD)+表面能密度與摩擦熱能密度之和(矩形面積SBDEF)．因此，在一次裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，鎖固段內(nèi)減少的彈性應(yīng)變能全部轉(zhuǎn)化為耗散能，應(yīng)力降大小決定了耗散能中地震波輻射能的占比，該過(guò)程遵循著能量守恒原理．以單鎖固段為例，在其峰值強(qiáng)度點(diǎn)前處于宏觀加載狀態(tài)，對(duì)應(yīng)著能量積累階段;而在峰后階段(含峰值強(qiáng)度點(diǎn))處于宏觀卸載狀態(tài)，對(duì)應(yīng)著能量釋放階段．顯然，鎖固段峰前積累的彈性應(yīng)變能與峰后可釋放的彈性應(yīng)變能守恒．

圖2 伊斯蘭堡—加德滿(mǎn)都地震區(qū)地震構(gòu)造圖1950年8月15日至今，伊斯蘭堡-加德滿(mǎn)都地震區(qū)發(fā)生的不小于Mv的地震，均為當(dāng)前地震周期第5鎖固段破裂事件．參照不同學(xué)者給出的1950年8月15日中國(guó)西藏察隅MW8.6地震、2005年10月8日巴基斯坦穆扎法拉巴德MW7.6地震、2015年4月25日尼泊爾廓爾喀MW7.8地震和2015年5月12日尼泊爾科達(dá)里MW7.3地震最大滑動(dòng)量反演結(jié)果，可擬合鎖固段破裂最大滑動(dòng)量(D)與震級(jí)(MW)關(guān)系[20]．從圖4可看出，線性擬合結(jié)果良好，且斜率與式(29)的理論結(jié)果一致，驗(yàn)證了該式的合理性．可以預(yù)料，式(29)在估算與復(fù)核震級(jí)、應(yīng)力降與滑移量等震源參數(shù)方面具有良好的應(yīng)用前景．

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]2017年伊拉克MW7.3地震的類(lèi)型界定及其震后趨勢(shì)分析[J]. 楊百存,秦四清,薛雷,張珂.  地球物理學(xué)報(bào). 2018 (02)
[2]環(huán)太平洋、大洋海嶺與大陸裂谷地震帶主要地震區(qū)主震事件判識(shí)[J]. 秦四清,李培,楊百存,薛雷,吳曉媧.  地球物理學(xué)進(jìn)展. 2016(02)
[3]歐亞地震帶主要地震區(qū)主震事件判識(shí)[J]. 秦四清,楊百存,薛雷,李培,吳曉媧.  地球物理學(xué)進(jìn)展. 2016(02)
[4]中國(guó)大陸某些地震區(qū)主震事件判識(shí)（Ⅱ）[J]. 秦四清,楊百存,吳曉媧,薛雷,李培.  地球物理學(xué)進(jìn)展. 2016(01)
[5]臺(tái)灣海峽地震區(qū)大震預(yù)測(cè)[J]. 秦四清,楊百存,薛雷,李培,吳曉媧.  地球物理學(xué)進(jìn)展. 2015(05)
[6]孕震斷層的多鎖固段脆性破裂機(jī)制與地震預(yù)測(cè)新方法的探索[J]. 秦四清,徐錫偉,胡平,王媛媛,黃鑫,泮曉華.  地球物理學(xué)報(bào). 2010(04)



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