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2008年汶川大地震中北川地区极重震害的物理机制研究 被引量：10
1
作者 朱守彪 袁杰 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1863-1873,共11页
2008年汶川特大地震中北川地区受灾特别严重,而该地区远离汶川主震震中超过100多千米.尽管汶川地震发生已近10年,但这种不正常现象一直困扰着地学工作者,至今没有给出合理的解答.为此,本文利用有限单元方法模拟汶川地震的主要发震断裂带... 2008年汶川特大地震中北川地区受灾特别严重,而该地区远离汶川主震震中超过100多千米.尽管汶川地震发生已近10年,但这种不正常现象一直困扰着地学工作者,至今没有给出合理的解答.为此,本文利用有限单元方法模拟汶川地震的主要发震断裂带(即:映秀—北川断层)的自发破裂动力学过程.模型中,几乎平直的映秀—北川断裂带在高川地区发生拐折,形成高川右弯.模拟结果显示,破裂沿着映秀—北川断裂带向东北方向前行,当破裂前端到达高川右弯时,破裂形态发生剧烈变化,破裂传播速度由亚剪切破裂突然转化为超剪切破裂.与断层阶区促进超剪切破裂明显不同的是,这种超剪切破裂形态的转化不需要时间停顿.由于超剪切地震破裂的产生,破裂辐射的地震波发生相长干涉,形成马赫波,地震动被大大放大.计算给出的强地面运动峰值加速度在北川地区不仅数值高,而且高值区分布范围广,造成了北川地区的震害特别严重.模拟结果还表明,若高川右弯不存在(即映秀—北川断层面为平直),则北川地区的断层不会形成超剪切破裂;如果高川右弯附近断层的不连续程度较大,则破裂会被终止;这些情况下,北川地区的震害都没有那么严重.所以,高川右弯的几何形状对于超剪切破裂的形成起着决定性作用,也是造成远离震中的北川地区震害特别严重的主要原因.因此,分析发震断层几何对于研究震源动力学过程及震害评估等有着非常重要的科学意义和实际应用价值. 展开更多
关键词 汶川地震 映秀—北川断裂带 高川右弯 超剪切破裂 北川地区 地震灾害
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强震孕育、发生及其复发循环过程的有限单元法模拟 被引量：4
2
作者 袁杰 崔泽飞 +1 位作者 朱守彪 王进廷 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期537-545,共9页
强震孕育发生及其复发过程的定量研究对于预测预报地震有着重要的科学意义;合理连续地计算地震孕育、同震破裂过程及其复发循环特征将有助于我们更好地认识强震发生的时空分布规律.为此,本文基于Newmark隐式时间积分法,根据模拟孕震-同... 强震孕育发生及其复发过程的定量研究对于预测预报地震有着重要的科学意义;合理连续地计算地震孕育、同震破裂过程及其复发循环特征将有助于我们更好地认识强震发生的时空分布规律.为此,本文基于Newmark隐式时间积分法,根据模拟孕震-同震循环过程的特殊要求,发展了一种新的有限单元计算方法.新方法具有以下特点:(1)在不改变时间积分方法的情况下,实现对时间步长进行自动平滑地缩放,进而可以连续的模拟准静态、动态不同力学状态下的孕震-同震循环过程;(2)模型的初始应力场非人为指定,计算时通过施加重力及缓慢的构造加载获得;(3)地震破裂的成核区域及成核方式等亦非人为给定,模拟中破裂成核是自然形成的,这样更加符合实际地震地质情况.通过大量的模型计算,其结果表明,新的计算方法可以连续稳定的模拟断层孕震-同震及其循环过程,计算结果不仅可以给出强震的复发间隔,同时还可以给出地震时断层破裂行为的详细过程.此外,本文还考察了摩擦系数对地震准周期性的影响,发现断层上的静、动摩擦系数差值直接影响着断层的强震复发周期,两者差值越小,复发周期越短;差值越大,复发间隔越长. 展开更多
关键词 强震孕育 同震破裂 强震复发周期 连续模拟 有限单元法
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为什么自然界中超剪切破裂的地震是如此之少? 被引量：1
3
作者 朱守彪 崔泽飞 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期51-66,共16页
超剪切破裂的地震由于比同震级的亚剪切地震造成更为严重的地震灾害,因而受到广泛重视.可是,自然界中超剪切破裂的地震数量极其稀少;到目前为止,全球只是发现了十几个超剪切破裂的震例.那么是哪些因素造成了超剪切破裂地震是如此之少?... 超剪切破裂的地震由于比同震级的亚剪切地震造成更为严重的地震灾害,因而受到广泛重视.可是,自然界中超剪切破裂的地震数量极其稀少;到目前为止,全球只是发现了十几个超剪切破裂的震例.那么是哪些因素造成了超剪切破裂地震是如此之少?这个科学问题,至今未见前人有系统的分析和研究;为此,本文利用有限单元的计算方法,对触发产生超剪切破裂的几种常见力学因素进行定量分析.有限元模拟结果显示,地表作为触发产生超剪切破裂效率最高的因素,但当地表附近具有沉积层、未固结的断层泥等松软介质时,地表附近断层介质是由速度强化的摩擦本构关系所控制,此时亚剪切破裂无法转换为超剪切破裂,近地表的这层薄薄的摩擦速度强化层会有效抑制超剪切破裂的发生.此外,模拟结果还表明,断层上的障碍体、反凹凸体、断层阶区虽然可以促使亚剪切破裂转换为超剪切破裂,但在转化过程中,由于破裂出现时间上的停顿,这样整个断层上的破裂速度就被平均为亚剪切破裂,即远场地震台站接收的地震信息很可能无法辨别局部超剪切破裂的发生.若要产生一个目前可以识别的超剪切破裂地震事件,其条件十分苛刻,通常需要断层的长度足够长,断层几何要足够平直,初始应力水平要足够高,地表的摩擦速度强化层厚度要足够薄,近场要有足够多的地震台站,等.由此可见,上述这些因素导致了自然界中可以辨别的超剪切破裂地震非常稀少.本研究有助于我们深入理解超剪切破裂发生的力学机制,有助于我们更好地评估地震灾害. 展开更多
关键词 超剪切破裂地震 地表摩擦速度强化层 断层阶区 障碍体 反凹凸体 有限单元法
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基于孔隙弹性介质的不同断层类型地震孔隙压与库仑破裂应力的时空演化
4
作者 缪淼 韩鹏 +3 位作者 朱守彪 常莹 袁杰 王蕤 《地震地磁观测与研究》 2022年第S01期210-212,共3页
1研究背景大地震产生的应力变化通常会触发大量余震,前人研究(King et al,1994)发现,大部分主震产生的同震静态库仑应力变化(ΔCFS)可以用来解释余震空间分布,特别是1992年美国Landers地震、1999年中国台湾集集地震和2008年中国汶川地... 1研究背景大地震产生的应力变化通常会触发大量余震,前人研究(King et al,1994)发现,大部分主震产生的同震静态库仑应力变化(ΔCFS)可以用来解释余震空间分布,特别是1992年美国Landers地震、1999年中国台湾集集地震和2008年中国汶川地震。此后,ΔCFS作为一个包含明确物理意义的地震预测参数,广泛应用于实际问题。 展开更多
关键词 库仑应力变化 流固耦合 地震 有限元
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不同摩擦本构关系对断层自发破裂动力学过程的影响 被引量：6
5
作者 唐荣江 朱守彪 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3712-3726,共15页
地震是断层的摩擦失稳过程.摩擦本构关系对断层的破裂成核、破裂传播、破裂速度、能量释放、破裂终止等起着至关重要的控制作用.为了比较不同摩擦关系在断层自发破裂动力学过程中的影响,文中引入目前应用最为广泛的4种典型摩擦本构关系... 地震是断层的摩擦失稳过程.摩擦本构关系对断层的破裂成核、破裂传播、破裂速度、能量释放、破裂终止等起着至关重要的控制作用.为了比较不同摩擦关系在断层自发破裂动力学过程中的影响,文中引入目前应用最为广泛的4种典型摩擦本构关系,它们分别是:滑移弱化摩擦关系,速率弱化摩擦关系,以及速率-状态相依摩擦关系中的老化定律和滑动定律.研究中利用有限单元方法对上述4种摩擦关系控制的断层自发破裂过程分别进行模拟计算,模拟结果显示:当模型参数相同时,不同摩擦关系模拟的破裂行为总体上具有一致性,都可以产生亚剪切破裂或超剪切破裂,并且破裂传播速度的大小与摩擦本构关系的类型无关.此外,它们之间还存在着较大的差异:(1)速率弱化摩擦关系可以模拟脉冲型破裂;而其他3个摩擦关系只能模拟裂纹性破裂.(2)不同摩擦关系模拟的超剪切破裂转换长度不同,速率-状态相关摩擦关系的老化定律相比其他摩擦关系需要更大的转换长度才能实现亚剪切破裂转变为超剪切破裂;而速率弱化的摩擦关系的超剪切转换长度可以为0,即不需要转换距离就直接产生超剪切破裂.(3)速率弱化摩擦关系模拟的破裂速度自成核后很快就达到稳定值;而其他类型摩擦关系模拟的破裂传播则要经历由缓慢破裂到逐渐加速直至达到稳定破裂的过程.值得特别指出的是,本文所使用的4种摩擦关系都不能完整地反映实际大地震破裂过程的摩擦属性,需要进一步深入研究. 展开更多
关键词 摩擦本构关系 断层自发破裂过程 超剪切破裂 有限单元法
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2011年日本东北大地震（M_W=9.0）震间与震前变形场特征及其对强震预测的启示 被引量：5
6
作者 朱守彪 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期427-439,共13页
强震震前(preseismic)动力学过程的研究对于地震预测具有十分重要的意义,但由于观测资料的限制,目前对强震前孕震区力学状态及其演化过程的认识还非常有限.2011年日本东北9.0特大地震(Tohoku-Oki)发生在GPS观测台站最为密集的地区,为研... 强震震前(preseismic)动力学过程的研究对于地震预测具有十分重要的意义,但由于观测资料的限制,目前对强震前孕震区力学状态及其演化过程的认识还非常有限.2011年日本东北9.0特大地震(Tohoku-Oki)发生在GPS观测台站最为密集的地区,为研究特大地震震间(interseismic)与震前的变形状态提供了难得的机会.文中将利用日本东北大地震之前连续的GPS观测资料,分别计算震间与震前的速度场与变形场.通过对比分析发现,日本东北地区(Tohoku)震前的应变状态与震间的有很大的不同,震间的变形主要受到太平洋板块向日本海沟北西西向的俯冲挤压作用所控制,其主压应变以近东西向压缩为主,日本东北地区的运动方向与太平洋板块的运动方向大体一致.但是,临近地震前(震前)日本东北地区的运动方向发生了很大变化,震前30天的连续GPS观测结果显示,速度场的优势方向经常变换,间歇性地出现与太平洋板块运动方向相反的情况.这意味着震前孕震区的力学状态发生了很大的改变.这种变化可能与震前破裂成核或慢滑移及慢地震等过程有关,这些过程将加速或促进大地震的发生,从而为大地震的发生准备了力学条件.值得特别强调的是,这些现象都是可以通过直接观测能够发现的大地震之前的异常现象.由此可见,加密GPS站点进行连续观测,寻找震前变形异常区以及探索异常的物理机制对于地震预测预报有重要的科学意义. 展开更多
关键词 2011年日本东北MW9.0大地震 GPS连续观测 震前变形 地应变率场 地震预测
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新生破裂影响地震破裂跨越断层阶区传播过程的扩展有限单元法模拟
7
作者 崔泽飞 朱守彪 《地震学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期959-969,共11页
采用扩展有限元方法计算了断层阶区内介质产生的新生破裂对地震破裂跨越断层阶区传播过程的影响。模型中新生的断层扩展遵循最大剪应力破坏准则,当最大剪应力超过岩石的承受极限时,完整介质产生破裂形成新的断层,并且新断层的扩展方向... 采用扩展有限元方法计算了断层阶区内介质产生的新生破裂对地震破裂跨越断层阶区传播过程的影响。模型中新生的断层扩展遵循最大剪应力破坏准则,当最大剪应力超过岩石的承受极限时,完整介质产生破裂形成新的断层,并且新断层的扩展方向为最大剪应力方向。扩展有限元法模拟结果表明,断层阶区内新生的断层改变了断层阶区的几何形态,同时也改变了断层破裂后的应力状态。新生破裂可以改变库仑应力在空间的分布格局,特别是可以提高断层上的应力水平,从而提高地震破裂跨越断层阶区的能力。模拟结果还显示,断层阶区内新生破裂的产生,可以使得地震破裂跨越10 km宽的断层阶区,若阶区内部介质没有产生新生破裂,则地震破裂无法跨越该断层阶区。本研究有助于进一步认识地震破裂跨越断层阶区的传播过程,特别是对地震震源过程分析及地震灾害评估等具有重要的科学意义。 展开更多
关键词 断层阶区 新生破裂 断层自发破裂 扩展有限单元法
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断层两侧各向异性介质对地震破裂过程影响的有限单元法模拟研究 被引量：2
8
作者 张群伟 朱守彪 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期4706-4717,共12页
断层两侧介质物理性质的差异(bimaterial contrast)会对震源破裂过程产生重要影响,而地球介质的各向异性十分常见,但对于断层两侧材料的各向异性对断层破裂动力学过程有何影响,目前不甚了解,而国内外也未见相关研究报道.为此,研究中利... 断层两侧介质物理性质的差异(bimaterial contrast)会对震源破裂过程产生重要影响,而地球介质的各向异性十分常见,但对于断层两侧材料的各向异性对断层破裂动力学过程有何影响,目前不甚了解,而国内外也未见相关研究报道.为此,研究中利用有限单元法,对断层两侧材料存在各向异性时的破裂行为进行模拟研究.计算结果表明,断层两侧材料的各向异性性质对断层破裂动力学过程有重要作用,并且材料性质与破裂之间的关系非常复杂.对于正交各向异性材料,当断层两侧各向异性材料主方向上的杨氏模量不同时,特别是当平行于断层走向的材料其一侧杨氏模量显著大于另一侧时,断层出现不对称的双侧破裂,成核中心一侧的位错显著大于另外一侧,破裂长度也是一侧显著大于另一侧(亦称单侧破裂).沿着断层走向的材料主轴方向上的杨氏模量对于破裂过程的影响大于垂直于断层走向的杨氏模量,但随着各向异性材料主轴方位的变化,这种影响也发生相应地改变.模拟结果表明材料主轴方向的变化对破裂过程的影响也很显著.此外,通过模拟还发现,若断层两侧材料为相同的各向异性介质时(即断层两侧为同样的各向异性材料),则不会影响断层破裂的空间对称性分布;而当其中一侧的各向异性材质主轴方位发生变化时,断层破裂的空间对称性会受到一定程度的影响,但其影响很小;然而,随着正交各向异性材料剪切模量的增加,断层破裂会被终止,无法产生特大地震.可见,本研究对于深入认识震源动力学过程及地震灾害评估等有重要的科学意义及实用价值. 展开更多
关键词 断层两侧各向异性 断层自发破裂 地震灾害 有限单元法
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断层破裂速度对地震动及其地震灾害影响的有限单元法模拟 被引量：1
9
作者 王松 朱守彪 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期686-697,共12页
断层破裂传播速度通常会影响强地面运动加速度的空间分布及地震的灾害程度,但究竟是如何影响的,目前未见全面的定量分析.为此,本研究设断层破裂速度从小到大发生改变(从亚剪切波速度到超剪切破裂速度),同时利用有限元方法计算在不同破... 断层破裂传播速度通常会影响强地面运动加速度的空间分布及地震的灾害程度,但究竟是如何影响的,目前未见全面的定量分析.为此,本研究设断层破裂速度从小到大发生改变(从亚剪切波速度到超剪切破裂速度),同时利用有限元方法计算在不同破裂传播速度的情况下,破裂产生的地震动及强地面运动峰值加速度(PGA)的空间分布,计算时保持在所有情况下其断层上的最终位错相等,即所有不同破裂情况下产生的地震矩震级保持不变,都为M_(W)=7.0.计算结果显示:总体上,破裂传播的速度越快,PGA的幅值越大并且高值区分布的范围也越广,其地震灾害会越严重;超剪切破裂相对于亚剪切破裂会加剧地震灾害.但是,当破裂速度正好等于介质的剪切波速度时,断层面附近PGA峰值最大,断层附近的地震灾害最为严重.此外,研究中还发现,当破裂传播速度等于√2倍剪切波速度时(该速度称为Eshelby速度),不产生剪切马赫波;这与超剪切破裂产生剪切马赫波的普遍现象不一致;但此时PGA并没有大幅度减小,其震害也不会有显著改变.因此,本研究对于深入认识地震震源过程、地震动效应以及灾害评估有着重要的科学意义及实用价值. 展开更多
关键词 断层破裂速度变化 强地面运动加速度 超剪切破裂 Eshelby速度 有限单元法
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水库诱发地震讨论及其动力学机制分析
10
作者 王秋月 朱守彪 《地壳构造与地壳应力文集》 2009年第1期73-84,共12页
本文介绍了几个典型水库地震事件,总结了目前对水库诱发地震的分析方法及其依据,重点从地震发生的时间、空间、强度、活动特征、震源深度5个方面介绍了水库诱发地震的特征,最后简要分析了水库诱发地震的动力学机制,认为通过人为调整库... 本文介绍了几个典型水库地震事件,总结了目前对水库诱发地震的分析方法及其依据,重点从地震发生的时间、空间、强度、活动特征、震源深度5个方面介绍了水库诱发地震的特征,最后简要分析了水库诱发地震的动力学机制,认为通过人为调整库水载荷大小等因素来研究水库地震活动性,对于研究地震触发及地震预报等有重要的社会价值和科学意义。 展开更多
关键词 水库 库水 研究 地震 特征 机制 活动 动力学
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