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《浙江大学》 2012年
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走滑断裂带变形局部化和地震成核过程探讨

高翔  
【摘要】:现代板块边界是现代构造运动最强烈的地带,也是地震强度最大、频度最高的地带。板块间的相互作用,加之欧亚板块内部构造和深部动力的联合作用造就了中国大陆不同类型的活动构造,控制着中国大陆强震的空间分布格局,其最显著的特征就是巨大的晚第四纪活动断裂发育,将中国大陆切割成不同级别的活动断块。活动断块边界构造带是板内大地震集中发生的场所,这是因为在整个构造形变场中断块边界构造带是一个不连续构造变形带,应力在此释放,应变在此局部化,位移在此发生。所以,无论是区域性活动断块区,还是地区性活动断块的边界构造带都是大地震发生带。在这些边界构造带中,走滑断裂活动和走滑型地震尤其显著。 地震前的变形是如何集中在断层上及断层的某一段落,即变形局部化,是目前和未来地学领域的重要问题之一。同样,由于地震成核、孕育和发生过程在地震预测上非常重要,它也是现代地震研究中的热点。变形局部化和地震成核问题实质上反映了震源在断层的某个位置上形成、发展和破裂的过程,是一个极为复杂且尚未被认识的过程。本文对走滑断裂枢纽运动的研究就是其中一个方面。 本文以前人对走滑断裂枢纽运动模型及其控制的构造地貌、形变、孕震特征和初步的力学分析为基础,以则木河断裂大箐断层和富蕴断裂两个枢纽运动十分典型的断裂为研究对象,结合构造地貌测量、探槽剖面分析、计算机数值模拟等方法,深入地定量分析走滑断裂枢纽运动模型,进一步分析和阐述了走滑断裂变形和孕震特点。这一研究丰富了活动断裂的研究内容,有助于更深入的理解地震孕震和发生过程。 通过总结走滑断裂枢纽运动实例、理论模型、野外观测和数值模拟结果,对走滑断裂的运动特征和过程,应力演化及其局部化过程,可以得到如下认识: 1.走滑断层运动分成两个阶段,分别是枢纽运动阶段和大滑移阶段。枢纽运动阶段积累应力,应变局部化和集中,时间漫长,以垂直运动为主,孕育地震;大滑移阶段释放应力,时间短暂,以水平运动为主,发生地震。 2.枢纽运动是断层在垂直方向上的运动。枢纽运动有两种模式:(1)存在与主断面相交的横向构造,称为横断型;(2)没有与主断面相交的横向构造,只沿主断面滑动,称为主滑型。主滑型也有两种表现形式:一种是简单的掀斜,例如富蕴断裂;另一种更加复杂,在掀斜的基础上还发生旋转,例如则木河断裂大箐断层。枢纽运动形成构造和地貌的四象限分布,是走滑断层枢纽作用形成局部应力场和应变场的结果,不是区域变形。枢纽轴部是断层两盘发生升降的支撑点,是枢纽型地震的发震部位,是走滑断裂的闭锁区。它在枢纽运动过程中处于最强烈挤压的状态,应力将在这里集中与释放。 3.有三个因素可以影响枢纽运动:(1)断层面倾角,随着断层面倾角的减小,隆起和下陷的垂直位移量一直在增大,掀斜运动持续进行;(2)闭锁区面积,随着断层面闭锁区面积的增大,隆起和下陷的垂直位移量显著减小,掀斜运动明显受阻;(3)闭锁方式,富蕴型和大箐型实际上包含了两种闭锁方式,运动闭锁(局部摩擦增大阻碍运动)和结构闭锁(断层面倾向变化),尤其是大箐型受两种闭锁方式控制。模拟结果表明:(1)在运动闭锁的基础上增加结构闭锁作用后,大箐型断层北段东盘抬升量移和南段东盘下降量明显减小;(2)运动闭锁(局部摩擦增大阻碍运动)起主要的作用,只有结构闭锁(断层面倾向变化)作用似乎不能使断层产生枢纽运动。 4.枢纽运动阶段,断层面上应力从四周向闭锁区集中。在闭锁区及其附近存在一个相对稳定的区域(应力集中区)使得应力由外向内一直处于积累状态,面积不断增大。其内部核心具有最大的应力。应力集中区可能比闭锁区面积大,但是核心的面积肯定比闭锁区面积小很多。这个核心的形成过程,就是应力局部化和集中的过程,也是地震成核的过程。这种成核作用是长期存在的,贯穿枢纽运动始终,与地球物理概念中的短期震源成核有很大区别。 5.大滑移阶段,应力积累突破核心区的极限,使得应力迅速释放,一方面使得水平剪切作用显著增强,出现巨大的水平位移,走滑运动取代了垂直运动成为主要的运动方式;另一方面,在近地表震中附近应力释放过程比闭锁区长,水平位移量最大。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P542

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