岩石破裂的两阶段模型

提出了岩石破裂的两阶段模型。在第一阶段，裂纹或局部的破坏是互不相关的，与以前含裂纹的负载相应，在岩石内随机萌生。随着岩石中损伤的累积，大丛集的空间上密集的裂纹和局部破坏区发育的可能性逐渐增大。在裂纹群扩展到足以形成更大一级破坏（第二阶段）岩石裂纹的地方先出现临界破坏密度。通过统计分析可知，空间上邻近的裂纹群内出现裂纹相互作用和协同裂纹时，裂纹群的最初发育是以业已存在的裂纹群中的随机变量为基础进行预测的。这样，模型中不稳定的第二阶段的开始可从随机的、不相关的破裂的产生中计算出来。本文提出的模型综合了固体强度的动力学概念（时间相关）岩石的分散等级结构及导致破裂增加的裂纹群。该模型的优点是对于包括地震过程在内的大范围尺度级别的破裂过程它都是正确的。引入了裂纹等级（裂纹大小）概念，提出了裂纹集结作用和破裂过程从一个级别向另一个级别的转变。     

场地地震地表破裂危险性估计

摘要：地震地表破裂是强地震活动中沿发震断层在地表形成的位移,它是包括震源因素、传播途径因素、场地地质条件因素等多种复杂因素的综合作用产物。地震地表破裂可以定量地加以描述。在假定基岩介质具有各项均匀刚性的前提下,对于一般的场地,地震地表破裂的危险性（概率P）大致可以确定为场地地震危险性（P1）、断层（P2）、场地第四系覆盖层（P3）的函数,即P=3Пi=1Pi.Pi值的确定可以通过多种途径来实现,本文在Pi值的确定过程中,以场地所在潜在震源区震级上限（Mu）为指标,P1=1．5874（Mu-6）-1;P2表示为断层发育状况、活动程度和断层最新活动性质的概率指数,P2=3Пi=1P2i.P3=nПi=1kiwi,wi为分解的第i均质土层（i=1,2,…,n）对地震破裂的衰减系数,ki为破裂通过第i均质土层（i=1,2,…,n）与其下土层临界面的破裂传播折射损耗率。通过上面的计算可以得到一般场地条件下地震地表破裂的危险性估计,这一估计是相对保守的估计。     

2021年漾濞地震序列破裂方向性研究

基于2021年云南漾濞M_S6.4地震序列的强震动记录,建立了地震动参数预测方程,采用破裂方向性效应拟合方法估计了强震动记录丰富且空间分布均匀的九次地震的震源破裂方向性特征.结果表明:其中的四次地震(1号、4号、8号、9号)表现出破裂方向性效应,且均为不均匀双侧破裂,但优势破裂方向不同(4号和8号为东南向,1号西北向,9号西南向),说明2021年漾濞地震序列的地震破裂较为复杂;由于主震(4号地震)的破裂速度较慢(约为2.2 km/s),其破裂方向性效应较弱且主要对峰值速度有影响,其它三次地震破裂方向性效应十分显著,破裂速度大于主震;此外,四次地震的破裂方向性效应还存在一定的周期相关性.     

2008年汶川大地震单侧破裂过程的动力学机制研究

2008年汶川大地震的破裂过程极其发杂,向东北方向的破裂距离长达300 km,而向西南方向的破裂长度很小,呈现出单侧破裂的主要特征.尽管汶川地震破裂呈单侧传播的现象引起许多地震学家的关注,但其物理机制至今还不是十分清楚.本文利用有限单元计算方法,模拟了汶川地震的破裂过程.模型中根据龙门山断裂带两侧（东南侧为四川盆地,西北侧为川西高原）实际的地震波速度来确定模型的介质物性参数,利用目前观测的应力环境来选定初始应力条件.模拟结果表明：破裂在汶川地震的震中处成核后,先向断层两侧自发传播,但向东北方向的传播距离明显大于向西南方向;断层面上的正应力在东北方向（破裂的正方向）随着传播距离的增大而不断减小,位错速率随着破裂的传播距离而越来越大,其脉冲变得越来越尖锐,即产生了Weertman脉冲.研究结果显示：由于这种脉冲的出现,破裂在正方向上（东北方向）能够自己放大、自己愈合、自行维持,摩擦热极小,所以破裂能够沿着东北方向一直传播,直到应力场方位发生变化,不利于破裂时才最后终止.但在西南方向,破裂过程中断层面上的正应力增大,阻碍破裂继续扩展.最后就出现了汶川地震中破裂朝东北方向单侧优势传播的基本格局.模拟结果还表明：若断层面两侧介质均匀,则破裂向两侧是对称传播,且破裂距离很短,因此这种情况无法产生像汶川大地震那样的特大地震.因此,文中的模拟结果表明龙门山断裂带两侧的物性差异是造成汶川大地震单侧传播的决定性因素.断层两侧物性差异（bimaterial contrast）影响断层破裂过程的研究对于深入认识地震动力学过程、地震灾害预测及评估等有重要的科学意义.     

近震源破裂过程反演研究

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程. 为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型. 反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6~27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处. (2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当. 标量地震矩为7.76×10²⁰牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩. (3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速. 起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生. 最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

2014年8月3日云南鲁甸6.5级地震序列破裂过程研究

本文利用主地震相对定位法,对2014年鲁甸MS6.5地震序列中的8月3日—9月30日地震进行了重新定位,借助于时空图像分析方法,对本次地震破裂过程进行了分析,得到如下结果:(1)2014年鲁甸MS6.5地震主要沿NW向破裂,存在沿NE向破裂的成分,但是NE向破裂并不明显;(2)地震破裂时,主要从主震震中处往ES方向传播,破裂带长度大约为10km,破裂面近乎直立;(3)余震活动主要集中于主震上方区域,震源深度大于主震的余震稀少.根据上述结果,结合当地的地震构造情况和本次地震的震源机制解,分析表明,本次地震的破裂面为NW向,其发震断层为包谷垴—小河断裂的可能性很大.     

2009年8月10日安达曼地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2009年8月10日安达曼地震发生后,采用全球地震台网（GSN）的宽频带地震资料,快速反演了这次地震的破裂过程,在地震发生约４小时后得出了这次地震的破裂过程反演结果．结果表明,这次安达曼地震的破裂过程具有如下基本特征:① 矩震级约为MW7.6;② 地震主要破裂持续时间约为65s;③ 滑动量在断层面上的分布比较简单,整个地震破裂主要包含一个滑动量较大的区域;④ 这次地震基本上是一次双侧破裂事件,同时破裂有明显地向地面扩展的趋势      

近震源破裂过程反演研究--Ⅱ.9.21中国台湾集集地震破裂过程的近场反演

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程.为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型.反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6～27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处.(2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当.标量地震矩为7.76×1020牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩.(3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速.起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生.最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

2007年8月15日秘鲁M_W8.0地震的破裂震相记录特征

对2007年8月15日秘鲁近海MW8.0地震在全球数字地震仪台网(GSN)83个台的宽频带数字记录进行分析,在短周期(SP)、中长周期(SK)和长周期(LP)记录上均识别出在震源破裂过程中由主要破裂激发出的破裂震相。由破裂震相分析结果可以看出:该地震是一个由4次主要破裂构成的地震事件,第2次破裂、第3次破裂和第4次破裂与第1次破裂之间的时间间隔平均约9.1 s、48.5 s和63.3 s,与震源破裂时间函数的结果一致。4次主要破裂激发的破裂震相在GSN台站可识别的震中距范围为1.4°—153.8°。本文给出的破裂震相记录特征,为分析识别其他地震的破裂震相提供了参考。从地震记录图上直接识别破裂震相有助于快速判断震源破裂过程,有助于快速判断震灾损失。     

地震破裂过程的几何学与运动学特征的模拟

本应用形变破裂和激光全息光弹实验，结合断裂力学的观点研究了地震破裂过程的三个方面：１．地震破裂的力学机制；２．地震破裂的应变特征与运动过程；３．地震破裂过程的应力场分布特征。并分析了地震破裂过程的几何学与运动学特征以及探讨了它们与地震发生。前兆和余震迁移的密切关系。此项研究为活动断层分段研究和地震预报提供了实验证据。     

2000年姚安M_S6.5地震震源破裂过程研究

利用从IRIS上获取的11个台站震相清晰的P波波形记录资料对2000年姚安MS6.5地震的震源破裂过程进行了反演,结果表明:(1)地震破裂持续时间为5.6s,破裂主要集中在破裂开始0.2s后的时间段内,由两次2s多的破裂组成,而且后一次破裂的强度超过了前一次;(2)静态滑动位移和应力降分布图均显示存在震中区和震中以东区两个变化比较明显的区域,破裂沿北西向断裂进行。     

2010年2月27日智利地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2010年2月27日智利地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,反演了这次地震的破裂过程,在震后约3.5小时得到了这次地震破裂过程的反演结果.结果表明,这次智利地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级为MW8.6;②地震破裂持续时间约为150s;③包括4个滑动量集中分布区域,最大滑动量约为8m,最大滑动速率约为0.8m/s;④这次地震总体上是一次不对称的双侧破裂事件,破裂从破裂起始点(震源)开始,同时向南北两个方向扩展,但以向北扩展的破裂为主.     

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

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。     

2010年1月12日海地地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2010年1月12日海地地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,反演了这次地震的破裂过程,得到了这次地震破裂过程的反演结果.结果表明,这次海地地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级约为MW7.1;②地震主要破裂持续时间约为22s;③包括3个滑动量集中分布区域,最大滑动量约为4.9m,最大滑动速率约为3.3m/s;④这次地震基本上是一次双侧破裂事件,破裂从震中同时向东西两个方向延伸.     

2010年玉树超剪切破裂地震破裂过程反演

为探讨玉树地震是否为超剪切破裂事件,利用Yagi的方法重新进行了此次地震震源破裂过程的反演。通过给定不同的破裂速度进行对比,发现当破裂速度为4.7km/s时,理论与实际观测结果拟合残差最小,且反演结果更符合实际。另据P波高频辐射能量包络反演,破裂传播速度在4.7～5.8km/s范围内,而该地区的剪切波速度则为3.0～3.6km/s,从而证明了此次地震超剪切破裂现象的存在。反演结果表明,此次地震在玉树段的NW和SE段形成了19和31km的地表破裂,而震中所在的中段由于隆宝湖拉分盆地的存在,造成了15km的未破裂区。超剪切破裂是造成SE段玉树县城遭受严重破坏的原因之一。     

新疆伽师强震群的震源破裂特征

利用国内外短周期P波初动符号及全球数字地震台网 (GDSN)的宽频带数字记录资料 ,研究了 1997年 1月 2 3日至 1997年 11月 4日伽师强震群的震源机制解和伽师强震群中的 5个强震、后续地震及其周边地震的震源破裂过程。从震源机制解来看 ,伽师强震群主要有走滑和正倾两种破裂类型 ,主压应力轴方向主要为NNE向和近垂直 ,而主张应力轴为NW向并近水平 ,与区域构造应力场方向存在差异 ,具有明显的局部特征。从破裂过程看 ,伽师强震群的破裂过程相对简单 ,破裂面积不大 ,上升时间较短 ,是由一点向四周快速扩散的脆性破裂 ,无明显的伸展方向 ,与阿图什地震完全不同。研究结果表明 ,伽师强震群与震源附近的地壳结构在垂向和横向上的非均匀变化有着密切关系 ,而阿图什地震与塔里木盆地的现今构造运动关系密切。伽师强震群是在震源区附近地壳上部垂向和水平向力共同作用下发生的多次沿NNE向的快速脆性破裂 ,从而形成了以张性破裂和左旋走滑为主的震源特征     

破裂速度和地震

设计了一个二维脆性玻璃板的破裂模拟实验,以研究脆性介质的破裂传播过程。从实验中,发现破裂的传播有两种截然不同的方式,一种是破裂速度极缓慢的蠕裂,另一种是破裂速度极快的崩裂,它们之间相差7个数量级。 联系实验中的破裂现象和地震及崩塌现象,认为:在地震破裂过程中,尤其前、主震之间,很可能存在蠕裂过程;在大规模崩塌之前,也可能存在蠕裂过程。     

震级—破裂长度关系与断层破裂模型

现代工程地震的进展之一是对所论地区作概率的地震危险性分析。1968年,Cornell首先对地震危险性分析作系统的研究,提出了著名的“点源模型”。70年代,洪华生(A.H-S)等提出断层破裂模型。该模型假设,断层破裂长度仅由震级决定,场地烈度由场地到断层破裂区的最短距离决定。由于断层破裂模型的广泛使用,震级-破裂长度关系的研究已成为危险性分析工作的一部分。     

汶川地震震源破裂动力学研究

关于汶川地震的破裂过程的运动学已有许多研究成果,如沈正康小组(2009)、陈运泰小组(2008)、姚振兴小组(2008)和纪晨小组(Jietal,2008)。尽管各个结果有所不同,但基本特征还是一致的。以沈正康小组最近在Nature Geosciences上的结果为例(Shenetal,2009),地震破裂断层存在两个滑动剧烈的地区:映秀、北川,滑动量近10m,在南坝也有5m的滑动量。如果进一步观察,会发现这些滑动剧烈的局部地区与断层的几何非均匀性(弯折、跨跳等)有一致的对应关系。为了从物理上理解这种对应关系,我们利用本课题组近年来发展的能够计算复杂的非平面地震断层自发破裂动力学过程的新方法(Zhang and Chen,2006;Liuand Chen,2008;Zhuetal,2009),系统研究了地震断层的几何非均匀性与等效平面地震断层的剪切破裂强度等动力学参数之间的等效性问题。在此基础上,根据汶川地震发震断层的非平面几何模型(Shenetal,2009;Xuetal,2009),我们模拟计算了该地震的自发破裂动力学过程,结果较好地解释了由震源运动学反演获得的复杂断层滑动过程的主要特征,即断层滑动复杂非均匀分布与断层的几何非均匀性(弯折、跨跳等)之间的对应关系。     

昆仑山口西8.1级地震西破裂带尾端破裂特征

20 0 1年 11月 14日昆仑山口西 8.1级地震的地表破裂带 ,宏观上可明显分为东、西两段。野外考察表明 ,8.1级地震地表西破裂带分布于库水浣湖—太阳湖之间 ,总体走向为 2 85°～ 2 90° ,全长约 2 5km ,以左旋走滑为主。西破裂带具有典型的左旋走滑末端效应 ,该段西端位于库水浣湖以西的冲沟沟床中 ,破裂带总体走向由NWW向转为 2 4 0°方向 ,表现为一系列走向 30°～ 4 0°、长 5～ 15m不等的斜列张裂缝及走向NW -SE的挤压脊组合 ;东端位于太阳湖西岸阶地上 ,破裂带总体走向由 10 5°～110°转为N5 0°E左右 ,NE向构造张裂缝与NW向挤压脊交错排列 ,总体表现为棋盘格状 ,并在太阳湖边消失。分析认为 ,昆仑山口西 8.1级地震地表西破裂带为一独立的地震事件所形成的形变带 ,昆仑山口西 8.1级地震具有多点破裂的特征