分形断层的隧道效应和平面内剪切断层的跨S波速破裂

摘要：

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,给出了求解激发跨S波速破裂起始的积分方程,并计算出破裂速度在跨S波速区间内的下限为1.105 3β, 而不是β, 从而避免了发散困难.跨S波速破裂是不稳定解, 在非临界区段可测的条件下,立即退化为亚瑞利波速破裂.本研究的结果说明,跨S波速破裂的起始和持续取决于孕震区的"成核"状态.

关键词：地震破裂动力学、平面内剪切断层、分形、跨S波速破裂

分类号：P3(地球物理学)

资助基金：中国科学院资助项目49774217;中国地震局项目85-03-07-02;中国地震局地球物理研究所项目99A01006

在线出版日期：2004-01-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：17-23