用数值模拟方法研究不同因素对断层粘滑运动的影响

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采用弹簧-滑块等断层运动模型和以Dieterich&Linker速度-状态依赖摩擦本构关系为理论基础的断层运动偏微分方程组,用数值模拟计算的方法,模拟研究了断层周围岩石刚度、构造应力加载速度、断层面上正应力不同变化形式等因素对断层面上剪切应力和断层粘滑运动的影响;模拟研究了静态应力扰动(应力阶)和动态应力扰动(应力脉冲和波包)对断层粘滑发生时间的影响。结果显示,断层周围岩石刚度(用弹簧刚度模拟)的大小会影响断层摩擦滑动的稳定性,当刚度小于临界刚度时,断层出现粘滑失稳,粘滑的发生次数随刚度增大而增加;当刚度大于或等于临界刚度时,断层为稳定的摩擦滑动。构造应力加载速度(用弹簧端点的速度模拟)的变化幅度增大时,断层面上粘滑应力降的幅度随之增大,周期随之减小。正应力变化幅度的增加时,断层面上典型的粘滑特征(应力突降表征出的锯齿状粘滑曲线)会随之越来越突出。对于静态应力扰动,在粘滑周期内加载应力扰动,会出现两个对粘滑发生时间影响最大的时刻,而在粘滑周期的末期加载应力扰动,不会影响下一次粘滑发生的时间。粘滑发生时间的变化会随着扰动幅度的增加而增大。对于动态应力扰动,粘滑发生时间的变化随正应力脉冲半宽度的变化总体是一种增加的趋势,波包周期对粘滑发生时间的影响存在一个临界周期,且应力扰动幅度越大或者扰动加载时间越晚,波包周期对粘滑发生时间的影响越大。
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