断层阶区对产生超剪切地震破裂的促进作用 被引量：10

1

作者 袁杰 朱守彪 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期212-224,共13页

地震时若断层发生超剪切破裂,地震灾害会显著加剧.因此研究超剪切破裂的形成机理有着非常重要的科学意义.本文利用动力有限单元方法,模拟断层破裂从初始断层跳跃传播到另一条平行的次级断层(断层阶区)时破裂速度的变化情况,并分析断层... 地震时若断层发生超剪切破裂,地震灾害会显著加剧.因此研究超剪切破裂的形成机理有着非常重要的科学意义.本文利用动力有限单元方法,模拟断层破裂从初始断层跳跃传播到另一条平行的次级断层(断层阶区)时破裂速度的变化情况,并分析断层阶区几何特征等物理参数对产生超剪切地震破裂的促进作用.计算结果表明,断层阶区的诸多物理因素(如:重叠长度、相隔距离以及摩擦系数等)都会对破裂的传播速度产生影响.在一定条件下,破裂传播速度会由在初始断层上的亚剪切波速度,转换为在次级断层上的超剪切波速度.在破裂速度转换过程中,断层间隔起着重要作用,当断层阶区中两断层垂直间隔距离小到一定程度时,破裂跳跃阶区后,破裂速度不会发生变化.所以对于分段断层(可视为一种特殊的断层阶区),由于其断层垂直间隔为0,也就不会出现破裂速度变化的现象,模拟结果对此也进行了证实.然而,若断层间隔太大,当其距离超过一定的限度后,破裂通常无法跨越断层阶区继续传播,而是终止在初始断层上.模拟结果还表明,初始断层与次级断层之间的重叠距离也十分重要,只有当断层阶区中两平行断层之间的重叠部分达到一定长度后,断层的破裂速度才有可能发生转换.此外,计算结果显示,破裂过程中断层面上的应力变化可能是破裂传播速度发生转换的直接原因.最后,模拟还发现,当破裂跨越断层阶区发生速度转换时,破裂需要停顿一定的时间,以便积聚足够的能量来实现破裂速度的增快. 展开更多

关键词 超剪切地震破裂 断层阶区 破裂速度转换 有限单元

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青海玉树地震(M_s=7.1)产生超剪切破裂过程的动力学机制研究 被引量：13

2

作者 朱守彪 袁杰 缪淼 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期3832-3843,共12页

由于2010年玉树地震(Ms=7.1)产生了超剪切地震破裂,所以地震灾害特别严重.国内外地球科学家对该地震产生超剪切破裂过程的物理机制一直非常关注,但至今没有给出满意的解答.为此,文中根据玉树地震发震断层的实际几何构建有限单元数值模型... 由于2010年玉树地震(Ms=7.1)产生了超剪切地震破裂,所以地震灾害特别严重.国内外地球科学家对该地震产生超剪切破裂过程的物理机制一直非常关注,但至今没有给出满意的解答.为此,文中根据玉树地震发震断层的实际几何构建有限单元数值模型,模型中的断层由2个断层段构成,它们之间有约10°的夹角,形成断层拐折.模拟结果表明,玉树地震的破裂由2个子事件组成;当破裂在震源所在的断层上成核后,先在第一个断层段上传播,其速度为亚剪切波速度;当破裂一旦越过断层拐折,在第二个断层段上传播时,破裂速度就立即转变为超剪切波速度.计算结果显示,当断层发生超剪切破裂时,断层上的位错幅度、破裂产生的地震波速度及加速度都会显著增大,从而造成地震灾害大大增加,这很可能是玉树地震的震害特别严重的重要原因.从模拟实验中还看到,若是模型中的断层没有发生拐折,在模型的其他参数都保持不变的情况下,破裂速度不会发生变化.但是,若初始应力场的方位与断层之间的夹角发生变化,这时断裂系统中尽管存在断层拐折,也不是一定能产生超剪切破裂.只有当初始应力方位与断层之间的夹角以及断层走向变化的偏角二者之间的关系恰到好处时,断层拐折才有可能促使断层破裂由亚剪切转化为超剪切破裂.所以,玉树地震之所以能产生超剪切地震破裂,恰恰是发震断层几何与初始应力场方位之间的关系达到某种"最佳状态"的结果.这也可能是天然地震中超剪切破裂事件稀少的原因之一.因此,研究超剪切地震破裂过程的动力学机制,对于深入研究地震震源过程、地震灾害评估等有着非常重要的科学意义. 展开更多

关键词 超剪切破裂 断层拐折 地震灾害 玉树地震 有限单元

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地震超剪切破裂研究现状 被引量：10

3

作者 胡进军 谢礼立 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期39-47,共9页

地震断层的破裂速度是地球物理学和地震学研究中重要的一个参数,以往的相关研究多是基于或者关注于断层破裂速度小于或接近于剪切波速时的情况,但是随着宽频带地震学的发展,在实际地震中已经观测到了一些超剪切波破裂速度的地震。为了... 地震断层的破裂速度是地球物理学和地震学研究中重要的一个参数,以往的相关研究多是基于或者关注于断层破裂速度小于或接近于剪切波速时的情况,但是随着宽频带地震学的发展,在实际地震中已经观测到了一些超剪切波破裂速度的地震。为了解地震超剪切破裂相关研究的现状和发展趋势,基于大量相关研究文献,从地震超剪切破裂的概念、断层的极限破裂速度和超剪切破裂的初步原因出发,综述了地震超剪切破裂在地震观测数据、实验室实验、理论分析以及数值模拟等方面的研究现状,并提出了一些需要探讨和进一步研究的问题。 展开更多

关键词 断层破裂 超剪切破裂 破裂速度 近断层地震动

原文传递

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

4

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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2001年昆仑山口西MS8.1地震自发破裂过程数值模拟研究

5

作者 奉建州 廖力 +1 位作者 李平恩 吴庆举 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2141-2158,共18页

2001年11月14日,青藏高原的东昆仑断裂带发生昆仑山口西MS8.1地震,现场考察和破裂过程反演结果表明这是一次破裂过程非常复杂的走滑地震事件.研究这次地震的自发破裂过程,对于认识大陆型特大地震的发生机理具有重要意义.本文利用曲线网... 2001年11月14日,青藏高原的东昆仑断裂带发生昆仑山口西MS8.1地震,现场考察和破裂过程反演结果表明这是一次破裂过程非常复杂的走滑地震事件.研究这次地震的自发破裂过程,对于认识大陆型特大地震的发生机理具有重要意义.本文利用曲线网格有限差分法对2001年昆仑山口西MS8.1地震的动力学破裂过程进行研究.首先建立能反映这次地震主要特征的三维非平面断层模型,并以地质考察、以及根据GPS和InSAR观测数据、远场地震记录得到的反演结果为约束,通过数值模拟重现了这次地震破裂过程的主要特征.在此基础上,进一步讨论了背景应力场、断层几何、摩擦系数对断层面滑移量分布、震源时间函数、破裂传播速度的影响.研究结果表明,昆仑山口西MS8.1地震发展成为具有超长破裂尺度的大型地震的重要原因可能是:青藏高原最大水平主压应力方向沿东向的顺时针旋转特征和断层面较低的动摩擦系数.并且沿昆仑山口西地震断层面的动摩擦系数可能是非均匀的,由此产生了沿断层走向复杂变化的应力降,从而导致超剪切破裂的发生,并控制了断层面滑移量分布. 展开更多

关键词 昆仑山口西MS8.1地震 曲线网格有限差分法 自发破裂过程 同震滑动量分布 超剪切破裂

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实际地形对2010年玉树MS7.1地震动力学破裂过程及地震动特征的影响 被引量：3

6

作者 王铭锋 李一琼 俞言祥 《地震学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期57-72,共16页

基于震源动力学模型,采用曲线网格有限差分法模拟了水平自由地表及实际地形条件下2010年玉树MS7.1地震的震源破裂过程及相应的地面地震动,获取了断层面上的破裂传播过程、最终滑移量分布及峰值地面速度分布,讨论了实际地形对玉树地震破... 基于震源动力学模型,采用曲线网格有限差分法模拟了水平自由地表及实际地形条件下2010年玉树MS7.1地震的震源破裂过程及相应的地面地震动,获取了断层面上的破裂传播过程、最终滑移量分布及峰值地面速度分布,讨论了实际地形对玉树地震破裂过程及相应地震动的影响。基于本文设定的动力学模型,模拟结果显示:断层面上的高应力降是玉树地震出现超剪切破裂传播现象的主要原因;计算区域的实际地形阻碍了由自由地表引起的超剪切破裂的产生,对断层面滑移量的分布特征及滑动速率影响较大,进而在一定程度上降低了地震动峰值,同时对地震动的分布特征产生影响,且地震动平行断层面的水平分量相对受影响更大。 展开更多

关键词 震源动力学破裂 超剪切破裂 起伏地形 强地面地震动 曲线网格有限差分

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2018年印尼帕卢M_W7.5地震——一次超剪切破裂事件 被引量：3

7

作者 李琦 谭凯 +3 位作者 赵斌 鲁小飞 张彩红 王东振 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期3017-3023,共7页

利用反投影方法,使用日本密集台网Hi-net远场垂直分量568条P波资料对2018年9月28日印尼帕卢MW7.5地震震源破裂过程进行成像,结果显示此次地震的能量释放比较集中,主要集中在10~20s之间.破裂有两个集中区,破裂峰值分别位于12s和19s,最大... 利用反投影方法,使用日本密集台网Hi-net远场垂直分量568条P波资料对2018年9月28日印尼帕卢MW7.5地震震源破裂过程进行成像,结果显示此次地震的能量释放比较集中,主要集中在10~20s之间.破裂有两个集中区,破裂峰值分别位于12s和19s,最大能量释放区域位于震中南侧约0~50km内,另一破裂集中区覆盖了帕卢市及周边区域.破裂主要向南侧延展,破裂总长度至少100km,平均破裂速度约4.1km·s^-1,属于一次超剪切破裂事件. 展开更多

关键词 印尼帕卢MW7.5地震 震源破裂过程 反投影 超剪切破裂

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近断层地震动方向性效应及超剪切破裂研究 被引量：2

8

作者 胡进军 《国际地震动态》 2010年第1期40-42,共3页

近断层地震动是造成近断层区工程结构破坏的重要因素,近断层地震动的特征受到诸多因素的影响,其中断层破裂传播的方向性是影响近断层地震动及其分布特征的关键因素之一。方向性效应的影响因素众多,比如断层破裂的速度、破裂的方向、断... 近断层地震动是造成近断层区工程结构破坏的重要因素,近断层地震动的特征受到诸多因素的影响,其中断层破裂传播的方向性是影响近断层地震动及其分布特征的关键因素之一。方向性效应的影响因素众多,比如断层破裂的速度、破裂的方向、断层的倾角、震源的深度、破裂的模式、破裂起始位置以及断层面上的局部震源参数等。但是这些参数是如何影响方向性效应的呢?特别是一般认为断层的破裂速度接近于剪切波传播速度时,会产生明显的方向性效应,但是当破裂速度超过剪切波传播速度时是否会产生方向性效应?如果存在,又会对近断层地震动的特征产生如何影响?为了回答这些问题,本研究首先分析了方向性效应的相关概念,接着采用数值方法模拟了各种震源相关参数的变化对方向性效应的影响,并且对模拟结果和实际近断层强地震动的方向性特征进行了分析,最后专门研究了地震破裂过程中的超剪切破裂现象及其对近断层地震动方向性效应的影响。研究时分别从地震动的加速度、速度和位移三方面,系统地分析了其三分量的峰值、频谱和持时特征,研究的主要内容和结论如下: 展开更多

关键词 近断层地震动特征 方向性效应 超剪切破裂 显著影响区域

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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

9

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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2020年M_(W)7.7加勒比海地震:反投影成像确定的一次超剪切事件 被引量：1

10

作者 曹博男 盖增喜 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1558-1568,共11页

利用反投影方法,使用美国阿拉斯加台网的远场P波垂直分量地震数据,对2020年1月28日M_(W)7.7加勒比海地震的破裂过程分两个频段(0.2~1.0 Hz,0.5~2.0 Hz)进行成像.结果显示,地震沿西向单侧近线性破裂,破裂规模约为250 km,破裂时长约为98 s... 利用反投影方法,使用美国阿拉斯加台网的远场P波垂直分量地震数据,对2020年1月28日M_(W)7.7加勒比海地震的破裂过程分两个频段(0.2~1.0 Hz,0.5~2.0 Hz)进行成像.结果显示,地震沿西向单侧近线性破裂,破裂规模约为250 km,破裂时长约为98 s,平均破裂速率约为2.55 km·s^(-1).破裂的瞬时速率存在明显波动,在大约53~62 s达到约6 km·s^(-1),超过了所在深度的S波速度,为超剪切破裂.地震在5~15 s,21~30 s和66~79 s存在三个高频能量释放峰值,相应时段破裂速率较低,破裂能量得以在局部区域集中释放.破裂一直延伸至大洋中脊附近受阻挡而停止,转换断层几乎完全破裂,释放了加勒比板块和北美板块之间由于相对运动而长期积累的应力.发震断层特殊的空间几何特征和长期积累的应变能,为此次超剪切破裂事件的发生提供了断层几何和动力条件. 展开更多

关键词 2020年加勒比海地震 破裂过程 AK135模型 反投影 超剪切破裂

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地震超剪切破裂传播过程反演分析

11

作者 刘凌志 邹旭明 +1 位作者 万志文 钟菊芳 《南昌航空大学学报（自然科学版）》 CAS 2022年第4期49-58,共10页

国内外学者对“5.12”汶川地震的发震构造环境及震源破裂传播方式获得了初步认识,但地震中超剪切破裂现象的产生及其影响仍有待深入研究。本文利用经校正的加速度时程积分得到的测点地表位移和GPS获取的位移数据,得到了102°~106
... 国内外学者对“5.12”汶川地震的发震构造环境及震源破裂传播方式获得了初步认识,但地震中超剪切破裂现象的产生及其影响仍有待深入研究。本文利用经校正的加速度时程积分得到的测点地表位移和GPS获取的位移数据,得到了102°~106°N、30°~33°E区域的汶川地震水平和垂直向同震位移场,由同震位移反演得到了发震断层的滑动分布形式;同震位移场和断层滑动分布展示了映秀-北川断裂带由具有明显逆冲性质的破裂前段经过高川阶区后发展成具右旋走滑特征的后段。采用有限元软件模拟了汶川地震映秀-北川断裂带由亚剪切破裂转换为超剪切破裂的破裂传播过程和地表位移量,讨论了高川阶区的介质属性对超剪切破裂过程的影响。结果表明,高川阶区中砂岩介质促进了超剪切破裂现象的产生,破裂在越过高川阶区后以超剪切波速在北川地区进行传播,使得地表各质点的振动加速度和位移相较于其他区域要大很多,因而造成了该区域更为严重的震害。 展开更多

关键词 汶川地震 同震位移场 滑动分布 超剪切破裂 介质属性

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不同因素对于断层动力学破裂过程复杂性的影响研究

12

作者 张丽芬 《国际地震动态》 2017年第2期43-45,共3页

断层破裂传播过程是非常复杂的,受多个因素的控制,如断层结构、介质特性、断层面上不均匀应力的分布等都对其有重要影响。深入分析和讨论各因素对于断层破裂传播过程的影响,有助于我们理解地震破裂发生、传播和停止的物理机制,以及近场... 断层破裂传播过程是非常复杂的,受多个因素的控制,如断层结构、介质特性、断层面上不均匀应力的分布等都对其有重要影响。深入分析和讨论各因素对于断层破裂传播过程的影响,有助于我们理解地震破裂发生、传播和停止的物理机制,以及近场强地面运动特征。 展开更多

关键词 断层自发破裂 边界积分方程方法 复杂断层系 自由表面 超剪切破裂 玉树地震

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