2008年5月12日,龍門山斷裂帶上發(fā)生了 Ms8.0級(jí)的汶川地震。至今近十年的時(shí)間里,位于青藏高原東緣和四川盆地交界處的龍門山構(gòu)造帶及汶川地震,都一直是眾多學(xué)者研究的熱門。因其獨(dú)特的地理位置,龍門山斷裂帶具有獨(dú)特的構(gòu)造形態(tài)和地震破裂特點(diǎn),不同學(xué)者對(duì)其形成原因以及對(duì)地震破裂的影響都提出了不同的觀點(diǎn)。本文總結(jié)了龍門山地區(qū)和汶川地震相關(guān)的數(shù)值模擬研究結(jié)果,綜合了龍門山構(gòu)造帶的地質(zhì)地球物理資料,利用數(shù)值模擬軟件COMSOL Multiphysics 5.2,建立了斷層呈鏟形形態(tài)的二維有限元數(shù)值模擬模型,對(duì)汶川地震的孕震及同震階段進(jìn)行了模擬研究,試圖探索汶川地震同震觸發(fā)階段,斷層面摩擦滑動(dòng)的產(chǎn)生過程與變化規(guī)律。本文主要展開了以下幾方面工作:(1)建立跨龍門山斷裂帶的鏟形斷層二維有限元模型結(jié)合龍門山地區(qū)的地質(zhì)地球物理資料,總結(jié)不同學(xué)者對(duì)龍門山構(gòu)造帶孕震模式的推測(cè)與估計(jì),建立包括青藏高原東緣、四川盆地、龍門山斷裂帶在內(nèi)的二維固體力學(xué)模型。選取合適的各區(qū)域參數(shù)與邊界條件,并對(duì)鏟形斷層面上附加Stribeck摩擦模型。(2)研究鏟形斷層與發(fā)震位置的關(guān)系通過建立連續(xù)鏟形斷層面并人為控制斷層閉鎖-開鎖轉(zhuǎn)換,得出鏟形斷層陡緩交界處,也即鏟形彎曲程度最大處一般為初始破裂位置的結(jié)論。(3)研究鏟形斷層孕震及同震總位移場(chǎng)分布對(duì)模型進(jìn)行孕震期-同震期分段數(shù)值模擬,以第一階段最后時(shí)刻結(jié)果為第二階段初始值,獲取汶川地震同震位移場(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果。結(jié)果顯示,汶川地震具有的深部低傾角、淺部高傾角的鏟形幾何特征對(duì)汶川地震的能量積累有著不可忽視的作用。孕震期應(yīng)力應(yīng)變?cè)跀鄬诱乘苄赞D(zhuǎn)換帶處進(jìn)行積累,青藏高原側(cè)地表發(fā)生明顯隆升與縮短。同震期汶川地震特有的高傾角鏟形斷層有促進(jìn)水平位移在近斷層處轉(zhuǎn)化為豎直位移的特點(diǎn),其同震位錯(cuò)最大處為地表出露處,上下盤位錯(cuò)高達(dá)5m,且主要集中在上盤;同震豎直位移大于水平位移,豎直位移主要集中在圍繞斷層15km范圍內(nèi),水平位移隨距離衰減慢于垂直位移,且其分布范圍略廣。(4)研究同震觸發(fā)階段斷層面粘滑的產(chǎn)生過程與特點(diǎn)汶川地震發(fā)生同震大型位錯(cuò)前,有2min左右的同震觸發(fā)階段,該階段斷層主要進(jìn)行小尺度粘滑,斷層摩擦成分主要為粘著摩擦。同震觸發(fā)階段斷層大致摩擦滑動(dòng)模式分為4步。當(dāng)模型進(jìn)入同震觸發(fā)階段后,斷層在15km左右深度首先發(fā)生擾動(dòng),擾動(dòng)范圍及斷層主要滑動(dòng)摩擦成分及摩擦力大值集中在15-10km深處,其他區(qū)域?yàn)檎持Σ翣顟B(tài)。在同震觸發(fā)階段40s左右,斷層突破10km深度的摩擦阻力,在斷層中部開始有滑動(dòng)摩擦成分,并在距地表約2km處再次形成應(yīng)力應(yīng)變集中點(diǎn)。擾動(dòng)進(jìn)行到約90s,整條斷層出現(xiàn)多個(gè)應(yīng)力應(yīng)變集中區(qū)域,且粘著摩擦和滑動(dòng)摩擦成分頻繁交替出現(xiàn),代表斷層正式破碎前最后的摩擦突破階段。當(dāng)擾動(dòng)進(jìn)行到100s時(shí),深度2km的集中點(diǎn)應(yīng)力應(yīng)變符號(hào)改變,顯示在正式同震破裂前較短時(shí)刻,上盤會(huì)發(fā)生反方向微小形變的可能性。此后,斷層開始主要為滑動(dòng)摩擦成分的摩擦滑動(dòng),大尺度同震階段開始。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P315

【參考文獻(xiàn)】

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