【摘要】：斷層兩側(cè)介質(zhì)物理性質(zhì)對(duì)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(duì)于斷層兩側(cè)材料的各向異性對(duì)斷層破裂動(dòng)力學(xué)過程有何影響,目前還不甚了解;特別是對(duì)這一現(xiàn)象的研究至今在全世界未見相關(guān)報(bào)道。為此,研究中利用有限單元計(jì)算方法,對(duì)當(dāng)斷層兩側(cè)介質(zhì)存在各向異性時(shí),斷層的破裂行為進(jìn)行模擬分析。計(jì)算結(jié)果表明,斷層兩側(cè)材料的各向異性對(duì)于斷層破裂動(dòng)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(duì)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(shí),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(shí),斷層出現(xiàn)不對(duì)稱的雙側(cè)破裂,成核中心一側(cè)的位錯(cuò)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(duì)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(duì)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(shí)(即斷層兩側(cè)為同樣的各向異性材料),則不會(huì)影響斷層破裂的空間對(duì)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(shí),斷層破裂的空間對(duì)稱性會(huì)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(huì)被終止,無法產(chǎn)生特大地震�？梢�,本研究對(duì)于深入認(rèn)識(shí)震源動(dòng)力學(xué)過程以及地震災(zāi)害的預(yù)測(cè)與評(píng)估等有重要的科學(xué)意義及實(shí)用價(jià)值。此外,考慮到華北地區(qū)活斷層層豐富、強(qiáng)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(cuò)理論和分層巖石圈模型,計(jì)算了自1820年以來華北地區(qū)中強(qiáng)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(jì)算結(jié)果顯示,自1888年渤海灣地震發(fā)生以來的24個(gè)地震中,共有19個(gè)落在了庫侖應(yīng)力變化的正值區(qū)域,觸發(fā)率高達(dá)79%;計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(xiǎn)相對(duì)較高,仍需要進(jìn)一步的深入研究。
【圖文】：

模型空ＩＵ）足－個(gè)】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?cè)谡麄�(gè)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(chǎng)。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(gè)模型有１４９２９５個(gè)節(jié)點(diǎn)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(jì)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(cuò)空間逡逑分布圖。圖中可見，斷層兩側(cè)位錯(cuò)對(duì)稱分布，最大位錯(cuò)量可達(dá)？５ｍ。此外，圖逡逑３．１還顯示，斷層面上任一點(diǎn)的位錯(cuò)持續(xù)時(shí)間很短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整個(gè)斷層破裂的持逡逑續(xù)時(shí)間，因此該破裂為脈沖型（ｐｕｌｓｅ－ｌｉｋｅ）破裂。逡逑為探求不對(duì)稱破裂的力學(xué)機(jī)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(shí)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(shí)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(fù)方向），正應(yīng)力的絕對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P315.5

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