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为什么说弹性回跳机制是冗余的? 精选

已有 2172 次阅读 2021-9-19 12:05 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记

弹性回跳说(elastic rebound hypothesis),是里德(H.F. Reid, 1911)根据1906年美国旧金山大地震时发现圣安德列斯断层产生水平移动而提出的一种假说。

USGS给出了弹性回跳的定义:Elastic rebound is what happens to the crustal material on either side of a fault during an earthquake. The idea is that a fault is stuck until the strain accumulated in the rock on either side of the fault has overcome the friction making it stick. The rock becomes distorted, or bent, but holds its position until the earthquake occurs, and the rock snaps back into an unstrained position, releasing energy that produces seismic waves.

我在不改变原意的情况下,把其翻译成了容易理解的中文:弹性回跳是地震期间断层两盘的地壳材料发生的变化。这个想法是断层被卡住,直到断层两盘岩石中积累的应变克服了使断层黏住的摩擦。在地震发生之前,岩石变得扭曲或弯曲但保持其位置;震时,岩石回弹(回跳)至不受约束的位置,释放产生地震波的能量(图1)。

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1 弹性回跳机制示意图(图片来自网络,无商业目的,在此致谢。)

a 断层两盘的未变形岩石;b因构造运动,两盘岩石发生变形;c两盘岩石沿断层突然错动,

并回跳到未变形状态

显然,断层被“卡住”是弹性回跳机制成立的前提,但里德并未阐明断层被“卡住”所需的物理条件下面,我以两种简单情况为例进行分析。

1、断层内为软弱介质

在这种情况下,由于构造加载刚性大的断层两盘岩石易沿断层面相对滑动,而几乎不会扭曲或弯曲变形积累能量,这是断层不被“卡住”的情况。大量实验表明,在一定温压条件下,软弱介质如断层泥,呈现应变硬化特性(图2)。如此,随滑移增大,摩擦力从快速增长过渡到慢速稳态增长,这说明断层两盘岩石中积累的应变不能克服使断层黏住的摩擦(水涨船高),即不具有发生回跳的物理条件。

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2 断层泥摩擦实验(王泽利等,2004

2、断层内存在锁固段

在这种情况下,断层能被“卡住”,故两盘岩石可发生变形积累一定的弹性应变能,但因两盘岩石的刚度远大于锁固段的刚度,故前者的变形远小于后者,即后者是发生变形的主体。当锁固段变形到裂纹起裂点时,破裂本身就能发生地震——破裂释能给断层以动能导致断层突然滑动;由于破裂必然产生应力降——卸荷,卸荷必然伴随有回弹(回跳)。注意回弹主要发生在锁固段上,且其回弹量与震时的滑移量相比,是一小量。

以上分析说明,地震产生机制并不需要单独的弹性回跳机制,回跳只是破裂的一个副产品,即破裂是因,回跳是果。根据奥卡姆剃刀律,弹性回跳机制是冗余的,应予剔除。

在震源上,锁固段脆性破裂机制与弹性回跳机制的主要区别是,前者的震源在断层中的锁固段,而后者的震源在两盘。如果在两盘,就带来了一个问题,震源位置如何确定?

弹性回跳机制是基于现象提出的,但从现象推出本质,不仅需要大胆假设,更需要小心论证。从我们的研究看,锁固段(包括非锁固段)脆性破裂机制是目前正确的地震产生机制,其不仅得到了大量震例分析的支持,而且能合理解释以前难以解释的地震现象,如地球上每天发生的众多地震、某区域的震群、双向地震破裂等。然而,对这些现象,根据弹性回跳机制与黏滑机制,则无法给出圆满的解答。

锁固段脆性破裂机制能统一弹性回跳机制和黏滑机制,后两者都是由于锁固段的存在和破裂产生的现象和结果(图3)。

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3 锁固段在震间和震时的行为

目前,不少大学给学生上《地震原理》等课程时,还在讲授弹性回跳机制,现在该是终止以讹传讹的时候了,因为我们已有了更好的地震产生机制——锁固段脆性破裂机制。大家知道,新陈代谢是科学发展的主旋律,而墨守成规则阻碍科学新认知的传播。何去何从,不难定夺。

参考(略)



http://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1304850.html

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