动态触发对断层亚失稳过程影响的实验研究

作者：张康华; 董鹏^*; 徐冉; 王璞; 徐颖; 夏开文

来源：地球物理学报, 2023, 66(12): 4973-4986.

• 亚失稳
• 动态触发
• 成核
• 破裂速度
• 破裂长度

为探究动态应力扰动对断层亚失稳过程的影响，本文基于实验室地震研究方法，对准静态加载下的断层施加动态应力扰动，模拟不同应力状态下断层的地震动态触发过程，利用高速摄影和数字图像相关方法(DIC)观测动态触发地震的全过程.研究结果表明，当动态扰动恒定时，对于在亚失稳之前触发的事件，其破裂模式取决于初始的应力水平(τ/σn,剪应力/正应力):当应力水平较低时(τ/σn<0.42),破裂发生之后无法持续传播，形成自停止破裂，破裂速度(V)相对较低；而当应力水平较高时(τ/σn>0.42),断层更加接近临界状态，易产生完全破裂，破裂速度较高.整体而言，破裂长度随着初始应力水平的提高而增长，直至发生完全破裂.而当断层进入亚失稳阶段后，可以看到明显的成核阶段，在此期间施加的动态扰动均能触发整个断层的破裂.失稳时的应力降及破裂速度均高于亚失稳阶段之前的动态触发事件，甚至能触发超剪切破裂.此外，应力降(Δτ)随着初始应力水平的提高呈增加趋势.以上结果表明，动态触发地震的破裂特征与断层所处的应力状态存在对应关系.本研究系统性地揭示了动态触发地震的破裂特征，既丰富了地震亚失稳理论研究，也为利用动态触发地震的震源特征推测断层应力状态提供实验依据.

• 单位
  天津大学; 中国地质大学（北京）; 水利工程仿真与安全国家重点实验室