断层位错中的孔隙流体效应

摘要

孔隙流体的出现对于断层位错的等效体力有何种影响?孔隙流体对于位错的辐射地震波和伴随电磁场有何种影响?孔隙介质中的地震矩张量具有什么特殊形式?对这些问题的研究是深入认识地震电磁场的前提.本文的主要目的就是回答这些问题,深入认识断层位错中的孔隙流体效应.本文首先应用Biot方程组推导了孔隙介质中的互易定理和位移的表达定理，发现在一般情况下，位错在流体上的等效力和在孔隙单元上的等效力不同。对断层位错源应用表达定理得到了位错的辐射位移场公式。通过进一步推导发现，孔隙介质中断层位错应该等效为两个独立的地震矩，它们分别与断层面上的固相位错和渗流位错相对应，而辐射位移场公式可以表示为这两个地震矩和孔隙介质中格林函数空间导数的卷积。将此式中孔隙介质格林函数换为Pride和Haartsen (1996)给出的震电场格林函数，得到了辐射电场的表达公式。随后考察了孔隙流体的存在对于地震矩、等效力和辐射场的影响。发现孔隙流体会导致孔隙介质特有的渗流位错地震矩的出现，如果断层中有流体注入和流出，那么渗流位错地震矩不为零;相反，如果断层破裂很迅速，没有流体流入和流出断层，那么渗流位错地震矩为零。发现孔隙流体的存在会导致位错在流体上等效力的出现，即使在渗流地震矩为零时，如果固相位错存在垂直于断层面的分量，例如爆炸源、张性断层和井下水力压裂等情况，那么流体上的等效力也不为零。计算了几种地震矩张量源的辐射图案，发现位错在流体上的等效力对位移、电场慢纵波的远场和中间场的辐射图案有较大影响。