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活断层的发震模式

已有 3904 次阅读 2019-3-6 14:03 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 活断层, 发震模式

按邓起东先生(2016)的定义,活断层是指晚更新世(10-12万年)以来一直在活动,现今还在活动,未来一定时期内仍可能发生活动的各类断层。按活断层发震与否,可分为:(1)发震断层,指曾发生和可能再发生较大地震的活断层;(2)蠕滑断层,不发生地震或能发生小地震的稳态滑动断层。

为何发震断层能发生较大地震呢?这是因为断层内存在能积累较高能量的载体(锁固段和非锁固段,非锁固段指承载力远低于锁固段但高于断层中的软弱介质),在某个构造应力加载步下其发生破裂时可能发生较大地震。反之,若断层内不存在这样的载体,即断层内仅有软弱介质,则不会发生较大地震(软弱介质中某些强度高的颗粒破裂可发生小地震),断层整体上表现为稳态蠕滑。

如果某地震区当前地震周期某发震断层中的锁固段和非锁固段已发生宏观破裂,则在该周期几乎不再发生较大地震,其后呈现稳态蠕滑方式。换句话说,在一定条件下,原来的发震断层可转化为蠕滑断层。

如果发震断层中的锁固段和非锁固段承载力较高,且当前的构造应力水平未达到其裂纹起裂点的应力水平,其长期并不发震,会被误认为是“死断层”,这往往会造成严重低估其发震潜力的后果。

以下,再谈谈流体(水)对活断层的作用。

对蠕滑断层,流体进入其内部且起作用后,因可降低软弱介质的强度和有效应力,则在一定程度上能提高断层的运动速率。

对发震断层,流体进入其内部且起作用后,也可降低锁固段和非锁固段的强度(原来锁固段和非锁固段的承载力较高)。相应地,这将降低裂纹起裂所需的应力水平。如此,较小的构造应力水平可导致裂纹扩展发生地震。换句话说,流体的作用使处于“潜伏(不发震)”状态的发震断层提早发震了,流体起到了诱发断层“活化”的作用,此时发生的地震可称为诱发地震。又因为每次地震或震群都会引起应力降,如果构造应力不再持续加载至达到或超过原来的应力水平,地震不会再次发生。所以说,首批诱发地震后再次发生的地震由构造应力加载所致,流体的作用仅影响后续地震的频率和大小,这些后续地震应视为构造地震。嗯,地震类型不是一成不变的,其处于动态变化中,对此应有理性地认识。

明白了上一段的意思,下面就更容易理解了。如果发震断层中的锁固段和非锁固段在流体作用以前曾发生较大地震(对应承载力不太高的情况),说明构造应力已达到或超越了其裂纹起裂所需的应力,并不需要流体起“活化”作用,流体的作用仅影响后续地震的频率和大小,这些地震应视为构造地震。

鉴于流体(如库水或页岩开采压裂液)是否渗入发震断层内且能其多大作用,难以搞清楚。为此,本文对诱发地震给出一个简单的定义,供大家讨论。水库蓄水后或压裂液注入后,流体作用使原来未发生过较大地震的发震断层“活化”而导致的首次较大地震或震群为诱发地震。

最后,再谈谈流体对地震频率和震级的影响。

从大量岩石力学实验知,如果流体能参与锁固段和非锁固段的孕震过程,主要有两种作用:(1)降低其强度;(2)加速其破裂(即某个加载步下发生的地震多一些)。这意味着地震的频率增高、震级减小。相对而言,没有流体作用时,地震的频率低、震级较大(图1)。因为震级是影响破坏烈度的主要因素,所以从总体上衡量,流体参与导致的地震,相对危害较小,即弊端”相对小一些。

image.png

1三轴压缩下自然状态与饱水状态砂岩的声发射能率变化特征(杨睿,2016

可看出饱水状态下砂岩的破裂事件能级(震级),均比自然状态砂岩的能级小。

总结下,要深入探索和揭示自然现象的演化规律,除有严密的逻辑思维外,还得有辩证思维的助力。辩证思维的特点是从对象的内在矛盾的运动变化中,从其各个方面的相互联系中进行考察,以便从整体上、本质上完整地认识对象思考问题时,若有了辩证思维的助力,可避免陷入非此即彼的怪圈,有助于全面地、动态地洞察问题的本质,进而揭开各种谜团。

参考(略)




https://blog.sciencenet.cn/blog-575926-1166021.html

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