汶川8.0级地震断层摩擦特点探讨

更新时间:2024-02-17 作者:用户投稿原创标记本站原创
摘要:从研究地震断裂摩擦特征看,地震是断裂带在应力作用下的一种复杂的滑动摩擦。整个地震中,断层的滑移运动、地震应变能释放方式、释放速率、能量分配等都与断层摩擦特性有关。2008年5月12日就是巴颜喀拉地块与华南地块沿龙门山断裂带发生相对逆冲滑移摩擦造成的。开展了断层面滑移分布、摩擦物理性质、地震能量分配在内的综合地震断层摩擦特性研究。BBT-01测温系统对穿越断层的WFSD-1钻孔高精度温度测量,测量数据分辨率0.001℃高精度铂温度测量探头,可带科学钻探科研测温需求。测温数据分析发现多处温度异常,综合分析,存在于不透水断层泥中的温度异常摩擦热和热扩散规律,判定580-610m为断层位置。利用测得WFSD-1钻孔断层带温度异常,建立断层摩擦热一维热传导模型,断层摩擦系数μ=0.16~0.32,摩擦强度τ=3,0MPa。数值较室内试验小,考虑结果受到相对温度梯度不完全热平衡、钻探冷却钻头造成热对流而降低温度异常幅度、流体受热气化流动、断层滑移速度弱化以及如断层带熔融、断层带碎屑流润滑、流体润滑作用、断层带热压效应等物理机制综合作用的影响,综合考虑动摩擦系数应在0.25左右,并估算了断层总摩擦热EF=6.12×1018J,推算地震瞬间断层面摩擦升温为368℃。利用经验公式,估算了地震波辐射能,ER=5.46×1016J。基于断层面的岩样透射电子显微镜(TEM)、X光透射显微镜(TXM)、扫描电子显微镜(SEM)等光、电显微镜测试,断层泥颗粒级配分析,估算断裂表面能8.82×1016J。基于断裂带温度异常监测,建立一维热传导模型,估算摩擦参数,估算断层摩擦热6.12×1018J。综合能量分配研究地震效率仅为0.87%,破裂能效率1.41%,摩擦热效率97.72%。可见,断裂带所释放的弹性应变能主要用于克服断层摩擦而转化为断层摩擦热。视应力为0.76Mpa,静态应力降Δσ为7.64MPa,动态应力降为4.58MPa。而断层摩擦组合定律所得动态应力降达到5.62-8.73Mpa,较陈学忠等人计算的动态应力降要大些,可能是取的静水压力相对较小引起的。在地震中除了速度弱化原理降低断层摩擦应力外,可能还有其他弱化机制在起作用,如流体润滑、空隙流体气化、流体热压等,降低空隙流体压力而正应力降低,减小了断层摩擦应力。为此,在综合地震能量分配特点及震源区地质环境,探讨了地震中应力的演变及其发生机制。另外,还利用GPS地表同震位移有限元模型反演断层面滑移分布,并取得了初步成果。关键词:坟川地震论文龙门山地震断层论文摩擦论文摩擦热论文辐射能论文破裂表面能论文能量分配论文温度异常论文
摘要8-9
Abstract9-11
章 绪论11-23
1.1 前言11
1.2 地震与断层摩擦11-14
1.3 国内外研究现状14-15
1.4 断层摩擦特征研究内容15-19
1.4.1 断层摩擦物理性质的研究15-17
1.4.2 地震能量分配研究17-19
1.5 项目依托及论文研究内容选定19-20
1.5.1 项目依托19
1.5.2 论文研究内容选定19-20
1.6 技术路线20-21
1.7 小结21-23
章 区域地质背景23-31
2.1 发震构造23-24
2.2 区域地震地质背景24-27
2.2.1 地质构造24-26
2.2.2 的成因机理讨论26-27
2.3 龙门山断裂带地震活动特征分析27
2.4 断层破裂27-29
2.4.1 破裂27-28
2.4.2 地表破裂带28-29
2.5 小结29-31
章 断层摩擦物理性质的研究31-49
3.1 WFSD-1钻孔场地概述31-32
3.2 摩擦残余热测量方法现状及存在问题32-34
3.3 断层摩擦热温度异常测量方法及原理34-36
3.3.1 大地热流影响及温度异常确定34
3.3.2 断层摩擦温度异常测量影响因素分析34-36
3.4 温度测量36-39
3.4.1 温度测量系统36-38
3.4.2 钻孔温度测量方式38-39
3.5 测量数据分析39-42
3.5.1 数据可靠性分析39-40
3.5.2 温度异常分析40-42
3.6 摩擦特征参数的确定42-47
3.6.1 计算原理及参数的确定42-44
3.6.2 摩擦参数的估计44-46
3.6.3 摩擦参数结果的分析46-47
3.7 小结47-49
章 位移场分布49-59
4.1 前位移场分析49-50
4.2 同震位移场分析50-51
4.3 应力场演化及有限元模型计算51-57
4.3.1 有限元模型理论及方法51-52
4.3.2 有限元模型52-57
4.4 小结57-59
第五章 能量分配研究59-71
5.1 地震波辐射能估算59-63
5.1.1 地震波辐射能研究现状59
5.1.2 地震波辐射能计算方法59-60
5.1.3 辐射能估算60-63
5.2 断层摩擦能估算63
5.3 断裂表面能估算63-68
5.3.1 断裂表面能国内外研究现状63-64
5.3.2 断裂表面能研究方法64-66
5.3.3 断裂表面能估算66-68
5.4 地震效率68-70
5.4.1 地震效率定义及研究现状68-69
5.4.2 地震效率估算69-70
5.5 小结70-71
第六章 地震应力演化机制探讨71-81
6.1 地震中的应力71-75
6.1.1 地震断层摩擦定律71-72
6.1.2 地震中应力变化72-75
6.2 地震中应力演化及发震机制75-79
6.2.1 震源区地质环境75-76
6.2.1.1 地球内部构造及地质环境75
6.2.1.2 震源区物理特性75-76
6.2.2 地震中应力演化机制76-79
6.3 小结79-81
81-83

一、取得的成果81-82

二、存在问题及展望82-83

致谢83-85
参考文献85-89
附录A WFSD-1温度测量工作照片89-91
附录B 断层泥透射电镜(TEM)试验及91-98
个人简历98

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