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什么样的断层会出现蠕滑/黏滑现象? 精选

已有 2040 次阅读 2019-12-1 10:38 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 断层, 蠕滑, 黏滑

我在某微信群和学者们讨论断层运动形式和地震关系时,感觉许多人忽略了关键因素——断层运动形式依赖于断层带介质及其应力应变特性。为此,撰写此文以正本清源。

从事地学研究的诸多人士知道,活断层的基本活动形式是蠕滑和粘滑,有些断层则兼具两种方式。国内外的诸多研究表明,纯粹的蠕滑断层是非常罕见的,一般情况下同一条活动断层无震(这里指无较大的地震)蠕滑和有震黏滑现象都存在,但有的以蠕滑为主,有的以粘滑为主。

断层蠕滑是指天然构造断层速率缓慢的无震滑动;断层黏滑是指伴有地震的间断性断层快速滑动。需指出的是,术语“黏滑的出处,最早来自于在压剪作用下两块岩石接触面的光面摩擦效应,而天然断层(图1)两盘非光滑接触,且一般在两盘间存在“带”(断层带),故把该术语用于描述天然断层的滑动行为并不恰当。然而,鉴于不少学者已习惯了该术语,本文将沿用之。

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1 天然断层(图片来自网络,无商业目的,在此致谢)

那么,什么样的断层会出现蠕滑现象呢?

若断层带仅由软弱介质(如断层泥)组成,则会出现蠕滑现象。以下讲讲“why”。大量的岩石力学实验表明,在一定的温度和围压条件下,断层泥的剪切应力-位移曲线呈应变硬化型(图2),即随位移增大,剪应力随之增大。因这样的介质在加载过程中无应力降产生,故使断层保持稳态蠕滑而不发生地震。

一般说来,在一定的温度和围压条件下,越硬的岩石,其应力应变曲线呈应变软化型;而越软的岩石、土则呈应变硬化型。不少学者容易混淆之,故在此提个醒。

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2 断层泥摩擦实验(王泽利等,2004

类似地,什么样的断层会出现蠕滑和粘滑并存现象呢?

若断层带内既有软弱介质,又有高强介质——锁固段(图3),会出现蠕滑和粘滑并存现象。或者说,对应软弱介质的断层段为蠕滑段,而对应锁固段的断层段为粘滑段。容易理解,若断层的锁固段占比较大,则以粘滑为主;反之,则以蠕滑为主。 

锁固段破裂发生地震时,相应地会带动断层两盘相对快速滑动。注意哦,破裂是“因”,滑动是“果”,或者说震源在锁固段上而不是两盘。

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3 地震区与锁固段类型示意图

锁固段类型:(1)岩桥;(2)坚固体;(3)凹凸体;(4)被断层围限而成的块体

有些学者(向宏发等,1997)认为“大范围的断层蠕滑能释放已积累的巨大构造应变,从而减轻发生突发型地震位错的可能性”,这种理解正确吗?

根据上述分析知,对软弱介质和锁固段并存的断层,在锁固段断裂前,其总体上处于加载阶段,此时的蠕滑表示该断层整体上处于能量积累阶段而非能量释放阶段,这意味着蠕滑并不能减轻地震发生的可能性,而是相反。当然,若断层带内仅有软弱介质,再大的蠕滑也无震发生。

综上,分析活断层与地震的关系时,断层带内是否存在锁固段是关键。为此,建议未来这方面的研究,应聚焦于此。

参考(略)




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