【摘要】：斷層兩側(cè)介質(zhì)物理性質(zhì)對震源破裂過程產(chǎn)生重要影響,而地球介質(zhì)的各向異性十分普遍,但對于斷層兩側(cè)材料的各向異性對斷層破裂動力學(xué)過程有何影響,目前還不甚了解;特別是對這一現(xiàn)象的研究至今在全世界未見相關(guān)報道。為此,研究中利用有限單元計算方法,對當(dāng)斷層兩側(cè)介質(zhì)存在各向異性時,斷層的破裂行為進行模擬分析。計算結(jié)果表明,斷層兩側(cè)材料的各向異性對于斷層破裂動力學(xué)過程有著非常重要的作用,并且材料性質(zhì)與破裂之間的關(guān)系非常復(fù)雜。對于正交各向異性材料,當(dāng)斷層兩側(cè)各向異性材料主方向上的楊氏模量不同時,特別是當(dāng)平行于斷層走向的材料其一側(cè)楊氏模量顯著大于另一側(cè)時,斷層出現(xiàn)不對稱的雙側(cè)破裂,成核中心一側(cè)的位錯顯著大于另外一側(cè),破裂長度也是一側(cè)顯著大于另一側(cè)(亦稱單側(cè)破裂)。沿著斷層走向的材料主軸方向上的楊氏模量對于破裂過程的影響大于垂直于斷層走向的楊氏模量,但隨著各向異性材料主軸方位的變化,這種影響也發(fā)生相應(yīng)地變化。模擬結(jié)果還表明材料主軸方向的變化對破裂過程的影響也很顯著。此外,通過模擬還發(fā)現(xiàn),若斷層兩側(cè)材料為相同的各向異性介質(zhì)時(即斷層兩側(cè)為同樣的各向異性材料),則不會影響斷層破裂的空間對稱性分布;當(dāng)其中一側(cè)的各向異性材質(zhì)主軸方位發(fā)生變化時,斷層破裂的空間對稱性會受到一定程度的影響,但其影響很小;可是,隨著正交各向異性材料剪切模量的增加,斷層破裂會被終止,無法產(chǎn)生特大地震�？梢�,本研究對于深入認識震源動力學(xué)過程以及地震災(zāi)害的預(yù)測與評估等有重要的科學(xué)意義及實用價值。此外,考慮到華北地區(qū)活斷層層豐富、強震頻發(fā),所處地理位置又十分特殊。為此,文中根據(jù)彈性位錯理論和分層巖石圈模型,計算了自1820年以來華北地區(qū)中強地震(MS≥6.0)引起的同震及震后介質(zhì)粘彈性松弛產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化。計算結(jié)果顯示,自1888年渤海灣地震發(fā)生以來的24個地震中,共有19個落在了庫侖應(yīng)力變化的正值區(qū)域,觸發(fā)率高達79%;計算結(jié)果進一步表明,寧河-新鄉(xiāng)地震帶的灤具-樂亭斷裂、潘莊西斷裂、東明-成武斷裂、鄆城斷裂、隆堯斷裂;郯廬地震帶的營口-濰坊斷裂,首都圈地區(qū)夏墊斷裂、黃莊-高麗營斷裂帶上的庫侖應(yīng)力變化增加,其地震發(fā)生的風(fēng)險相對較高,仍需要進一步的深入研究。
【圖文】：

模型空ＩＵ）足－個】００邋ｋｍ＞＜１00邋ｋｍ的＿ｉｈ方形Ｒ域，內(nèi)嵌…條５０邋ｋｍ長的斷戾，位逡逑于模型的屮央。為了便于描述，我們讓斷層走向沿若直角中標(biāo)系Ｘ軸的力＇向（如逡逑閣２．１所示）。圖２．１中，線段ＡＢ代表斷Ｍ的空間位Ｈ，五角星表示篇源位Ｓ逡逑（即成核中心）。模型四周為吸收邊界（ＡＢＡＱＵＳ屮的無限中兒），其目的足逡逑為／消除地震波反射造成的影響。此外，我們在整個模型ｌｘ域內(nèi)施加統(tǒng)－的法向逡逑應(yīng)力－ｃｒ＇（張力為正）和剪切應(yīng)力ｒ邋＇作為初始應(yīng)力場。逡逑在模型的有限單兀網(wǎng)格剖分中，全部采丨ｆｌ二角型網(wǎng)格（見閣２．１），目的是逡逑消除沙漏現(xiàn)象的影響（Ｈｉｂｂｉｔｔ邋ｅｔ邋ａｌ．．邋２００６）。由于我們主要關(guān)注斷域，，因此在逡逑斷層附近的網(wǎng)格密度大，向外網(wǎng)格逐漸變粗。在模型的屮央丨Ｘ：域，中．兒邊長為逡逑１００邋ｍ：而在模型夕卜圍單元邊長貝ｉｊ為５００邋ｎｈ整個模型有１４９２９５個節(jié)點和２９５１７８逡逑１２逡逑

在上述條件下，斷層首先在成核區(qū)開始出現(xiàn)滑移，然后逐步向左右兩側(cè)產(chǎn)生逡逑自發(fā)破裂。逡逑圖３．１是有限元計算給出的破裂沿著斷層向兩側(cè)傳播過程中產(chǎn)生的位錯空間逡逑分布圖。圖中可見，斷層兩側(cè)位錯對稱分布，最大位錯量可達？５ｍ。此外，圖逡逑３．１還顯示，斷層面上任一點的位錯持續(xù)時間很短，遠遠小于整個斷層破裂的持逡逑續(xù)時間，因此該破裂為脈沖型（ｐｕｌｓｅ－ｌｉｋｅ）破裂。逡逑為探求不對稱破裂的力學(xué)機制，文中將導(dǎo)出破裂過程中斷層面上的正應(yīng)力、逡逑剪應(yīng)力的數(shù)值，其結(jié)果顯示在圖３．２中。該圖是斷層面上不同時刻的正應(yīng)力、剪逡逑應(yīng)力分布的快照。圖３．２左側(cè)是斷層面上的正應(yīng)力、右側(cè)為剪應(yīng)力分布。由圖結(jié)逡逑果可見，正應(yīng)力、剪應(yīng)力在不同時刻的空間分布是不同的。特別是正應(yīng)力在成核逡逑中心左側(cè)（Ｘ軸負方向），正應(yīng)力的絕對大小在縮小，即該方向上的斷層面之間逡逑的壓力在變小
【學(xué)位授予單位】：中國地震局地殼應(yīng)力研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P315.5

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