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利用曲线网格有限差分方法研究三维倾斜断层的破裂动力学 被引量：5
1
作者 朱德瀚 张伟 +2 位作者 祝贺君 罗扬 陈晓非 《地震学报》 CSCD 北大核心 2010年第4期401-411,507,共11页
利用曲线网格有限差分方法,研究了三维倾斜断层的破裂传播过程.基于断层面生成贴体曲线网格,并通过坐标变换将含曲线网格的物理空间转换到含均匀直角网格的计算空间,实现了有限差分方法对复杂界面的处理.通过模拟地震断层的自相似破裂... 利用曲线网格有限差分方法,研究了三维倾斜断层的破裂传播过程.基于断层面生成贴体曲线网格,并通过坐标变换将含曲线网格的物理空间转换到含均匀直角网格的计算空间,实现了有限差分方法对复杂界面的处理.通过模拟地震断层的自相似破裂和自发破裂,并与已有发表的结果对比,发现拟合程度较高,验证了本方法的有效性和精确性.重点研究了不同倾角的倾斜断层破裂,最后展望了今后用本方法对非均匀介质中和任意起伏地表下的任意非平面断层破裂动力学的进一步研究. 展开更多
关键词 曲线网格 有限差分 破裂动力学 倾斜断层
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2022年青海门源M_(W)6.6地震震源动力学破裂过程
2
作者 谢张迪 于湘伟 章文波 《地震学报》 北大核心 2025年第1期21-36,共16页
2022年1月8日青海门源M_(W)6.6地震在地表产生了较强的破坏,为研究门源地震产生强地表破裂及阻碍托莱山东段应力释放的构造背景,本文采用谱元法模拟了门源地震曲面分支断层在实际地形下的动力学破裂过程。结果显示,破裂自初始破裂点沿... 2022年1月8日青海门源M_(W)6.6地震在地表产生了较强的破坏,为研究门源地震产生强地表破裂及阻碍托莱山东段应力释放的构造背景,本文采用谱元法模拟了门源地震曲面分支断层在实际地形下的动力学破裂过程。结果显示,破裂自初始破裂点沿断层上倾方向同时发生双侧破裂;受震源区上方高速P波异常体的影响,断层产生非连续破裂。在破裂传播到托莱山东段时,断层的滑动速度和滑动量发生明显的阶跃式下降;此外,近地表处滑动速率约3.6 m/s的区域可能为强地面运动生成区。以上两者产生的高频辐射共同作用可能是此次门源地震同震地表形变较强的主要原因。由动力学模拟结果计算得到的应变空间分布显示,托莱山东段南西侧与冷龙岭西段北东侧的应变以拉张为主,而冷龙岭西段南西侧的应变以挤压为主,这与门源地震震源机制解结果、门源地震所处的青藏高原东北缘北东向主压转为南西向迁移所处的构造背景以及ENE和WSW的震源区应力场方向一致。托莱山断裂东段受分支断层破裂过程的强烈抑制作用,其累积应力未完全释放,残留震级约为M_(w)5.1,在门源地震库仑应力的触发作用下,未来有进步破裂的可能. 展开更多
关键词 2022年门源地震 动力学破裂 谱元法 库仑应力
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2018年日本北海道M_(W)6.6地震震源动力学破裂过程 被引量：1
3
作者 谢张迪 于湘伟 章文波 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2972-2989,共18页
2018年9月5日日本北海道东胆振地区发生了M_(W)6.6地震,震源深度37 km,超过了地壳与上地幔脆韧性边界的深度,且在地表产生了较强的破坏.为研究北海道地震震源区发震构造及产生强地面运动的物理机制,本文基于此次地震的震源运动学模型,... 2018年9月5日日本北海道东胆振地区发生了M_(W)6.6地震,震源深度37 km,超过了地壳与上地幔脆韧性边界的深度,且在地表产生了较强的破坏.为研究北海道地震震源区发震构造及产生强地面运动的物理机制,本文基于此次地震的震源运动学模型,针对其震源动力学模型开展了研究,尝试反演了动力学破裂过程.首先,由北海道地震运动学模型分析计算了断层面上的剪切应力,确定其破裂过程基本上是遵循滑动弱化摩擦准则,并由此获得初始模型的震源动力学参数,然后通过试错法反演了这次地震的震源动力学破裂过程.研究结果显示,北海道地震动力学破裂为自破裂起始处以走滑为主,先NE后SW,最终向断层面上倾方向传播,并在断层几何的弯折处产生逆冲破裂.在逆冲破裂的位置,滑动速率和滑动量达到最大值,结合运动学和动力学反演结果分析,推断该区域为强运动生成区,在地面产生的高频地震动是该中等、较深震源地震破坏性较强的主因. 展开更多
关键词 2018年北海道地震 摩擦准则 动力学破裂 谱元法
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2008年汶川大地震单侧破裂过程的动力学机制研究 被引量：13
4
作者 朱守彪 袁杰 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期4063-4074,共12页
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300km,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... 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300km,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. 展开更多
关键词 破裂动力学过程 断层两侧物性差异 Weetman脉冲 单侧破裂 汶川地震 有限单元
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震源动力学破裂过程数值模拟研究 被引量：8
5
作者 张丽芬 姚运生 《地震学报》 CSCD 北大核心 2013年第4期604-615,2,共12页
首先阐述了震源动力学过程研究的重要意义,在此基础上,研究了复杂的断层几何形态及介质模型对动力学破裂过程的影响,并对常用的有限元方法、离散元方法、有限差分方法和边界积分方程方法等进行了相应介绍.讨论了这些数值模拟方法各自的... 首先阐述了震源动力学过程研究的重要意义,在此基础上,研究了复杂的断层几何形态及介质模型对动力学破裂过程的影响,并对常用的有限元方法、离散元方法、有限差分方法和边界积分方程方法等进行了相应介绍.讨论了这些数值模拟方法各自的优缺点,建议在方法的选择上应视具体问题及计算的精度而定.最后对动力学数值模拟的关键部分,滑动摩擦准则进行了论述.常用的滑动摩擦准则有滑动弱化准则、速率弱化准则和速率-状态依赖摩擦准则.在单纯考虑某个地震的动力学破裂传播过程时,滑动弱化准则较为常用,其中滑动弱化距离的选取至关重要.但若考虑整个地震循环,速率-状态依赖摩擦准则更为合适. 展开更多
关键词 震源动力学破裂过程 滑动摩擦准则 非平面断层 临界滑动弱化距离 数值模拟
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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：4
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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急斜特厚煤层开采扰动区(MDZ)煤岩体动力学变形失稳过程分析 被引量：5
7
作者 曹建涛 来兴平 +1 位作者 崔峰 单鹏飞 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2015年第4期397-402,共6页
为研究急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)内煤岩动力学灾害控制问题,综合利用现场声发射(Acoustic Emission,AE)与光学钻孔影像(Borehole Optical Image,BOI)技术方法,并依托乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层煤岩体动力学灾... 为研究急斜特厚煤层开采扰动区(Mining Disturbed Zone,MDZ)内煤岩动力学灾害控制问题,综合利用现场声发射(Acoustic Emission,AE)与光学钻孔影像(Borehole Optical Image,BOI)技术方法,并依托乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层煤岩体动力学灾害控制为工程背景,揭示了急斜特厚煤层开采环境条件下深部开采扰动区结构演化特征。结果表明:急斜煤层深部煤岩破裂与变形过程中"波-力"指标演化分为5个阶段(初始压密→破裂萌生→破裂加速→整体破坏→能量急剧释放);开采扰动区内覆层煤岩体局部动态演化特征显著,主要表现为局部应力畸变诱发煤岩体整体结构失稳和致灾;煤岩体变形破坏致灾是开采深度、煤岩体禀赋性、顶底板夹持结构及应力非对称效应共同作用结果,为急斜特厚煤层动力学灾害预报预测提供依据。 展开更多
关键词 急斜特厚煤层 煤岩体 动力学变形破裂 声发射 钻孔光学影像
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分形断层的隧道效应和平面内剪切断层的跨S波速破裂 被引量：4
8
作者 李世愚 陈运泰 《地震学报》 CSCD 北大核心 1999年第1期17-23,共7页
跨Ｓ波速破裂指断层破裂速度ｖ处于Ｓ波速度β和Ｐ波速度α之间，它在反平面剪切（即走滑）断层破裂过程中的存在已有证明，但在二维经典模型内，跨Ｓ波速破裂的实现还存在两个解释上的困难，即起始困难和发散困难．起始困难是指：当ｖ... 跨Ｓ波速破裂指断层破裂速度ｖ处于Ｓ波速度β和Ｐ波速度α之间，它在反平面剪切（即走滑）断层破裂过程中的存在已有证明，但在二维经典模型内，跨Ｓ波速破裂的实现还存在两个解释上的困难，即起始困难和发散困难．起始困难是指：当ｖ↑ｖＲ（瑞利波速度）时，动态应力强度因子Ｋ２（ｔ）→＋０；在区间（ｖＲ，β）内，Ｋ２（ｔ）由正变负．破裂速度如何越过“禁区”（ｖＲ，β）发散困难是指：在ｖ↓β时，Ｋ２（ｔ）→＋∞．我们引入断层普遍存在的分形和隧道效应概念．断层为多裂纹的分形结构．破裂速度是断层长度对时间的微商，因此，破裂速度也是分形的．隧道效应是指动态破裂越过裂纹间隙，而间隙的归并滞后于扰动的传播．假定孕震“成核”区处于临界状态或亚临界扩展状态，扰动的到来立即触发或加速裂纹前缘的扩展，而观测系统又不能区分扰动前缘和破裂前缘，则扰动传播的速度就被观测系统认定为破裂速度，从而出现了跨Ｓ波速破裂的现象，它是一种表观速度．导出表观速度的真正根源，在于剪切破裂的数学模型本来就是复杂过程的一种简化表象．破裂速度的二重性是指表观速度和微裂纹的真实速度，二者在物理上有区分，却在破裂判据上统一．将上述概念代入Ｋ２（ｔ）的计算，克服了起始困难，给出? 展开更多
关键词 地震 破裂动力学 平面内剪切断面 断层 S波速
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不同距离力源作用下脆性破裂的稳定性和止裂
9
作者 和雪松 李世愚 滕春凯 《地震学报》 CSCD 北大核心 2005年第1期51-59,共9页
　根据断裂力学的原理, 提出了脆性破裂的止裂准则, 给出了最小止裂方程. 利用 Er dogan的集中力的零频Green函数解, 分析了点力和简单分布力的位置对脆性破裂的稳定性和止裂的作用, 给出了若干典型条件下临界载荷、失稳边界线、止裂点... 　根据断裂力学的原理, 提出了脆性破裂的止裂准则, 给出了最小止裂方程. 利用 Er dogan的集中力的零频Green函数解, 分析了点力和简单分布力的位置对脆性破裂的稳定性和止裂的作用, 给出了若干典型条件下临界载荷、失稳边界线、止裂点的计算结果. 近距离力源引起的稳定性破裂, 对于解释一些蠕裂和构造的形成是有意义的; 不同距离力源引起的失稳破裂, 对于解释不同震级地震的发生和停止是有意义的. 强地震的发生有可能是远场力与近场力各种复合作用的结果. 本文的结果对于认识诱发地震的力学机制也有重要意义. 展开更多
关键词 断裂力学 震源物理 地震破裂动力学 失稳 止裂
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由动态裂纹退化得到的静态裂纹解
10
作者 李世愚 陈运泰 《地震学报》 CSCD 北大核心 1994年第3期304-309,共6页
用一个二维裂纹沿自身所在的平面扩展，作为断层的模型．在Ｋｏｓｔｒｏｖ（１９７５）的经典模型（线弹性断裂力学模型）的通解的基础上，采用动态解退化的方法，得到了三种类型的二维裂纹的静态解．本文采用的退化方法有两个便利之处... 用一个二维裂纹沿自身所在的平面扩展，作为断层的模型．在Ｋｏｓｔｒｏｖ（１９７５）的经典模型（线弹性断裂力学模型）的通解的基础上，采用动态解退化的方法，得到了三种类型的二维裂纹的静态解．本文采用的退化方法有两个便利之处：①对于三种类型裂纹的解，可以用统一的方法求出；②避免了采用物理意义不明显的位移势和应力函数．本文所得到的结果与以往作者采用对平衡方程积分变换得到的结果完全一致．本文说明：①静态解和动态解不可分割，因为静态解同样具有持续时间的含义；②临界裂纹的静态解与动态解需要满足同一组判定条件，它的转化必须以某种形式的附加扰动为前提．因此，在计算临界裂纹的起始破裂问题时，必须给出一定形式的扰动量． 展开更多
关键词 地震破裂动力学 断裂力学 静态解 退化方法
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