起伏地形及断层摩擦准则对断层破裂动力学及辐射特征之影响研究

摘要

本文采用曲线网格有限差分方法来做一些断层破裂动力学方面的研究。该方法不仅保留了传统有限差分方法的高效率、易于施加等优点，而且对于复杂几何模拟具有较高的灵活性。在震源理论研究及实际地震动力学模拟中都有广泛的应用。
　　在数值模拟中，自由表面在动力学破裂过程中对破裂形态起着重要的作用，尤其是亚剪切到超剪切的转换。这种转换主要是由自由地表处滑移量的放大及SV-P转换的散射波应力加载引起的。在半空间垂直走滑断层中，只要能够可持续破裂就会出现超剪切现象，通常把这种超剪切叫做自由地表超剪切。然而，在现实中地球表面往往是起伏不平的，不规则的起伏地表可能会打破自由地表超剪切产生的机制。本文通过大量模拟来研究起伏地形对动力学破裂过程及地震辐射的影响。模拟结果显示在特定的情况下起伏地形会阻碍自由地表超剪切的产生，起伏地形对动态破裂的影响主要依赖于其形状和相对位置。虽然自由地表超剪切的地震辐射能量影响的范围比较大，但是当起伏地形阻挡自由地表超剪切出现时，断层附近的地面运动比较强。同时也将这种自由地表超剪切和由高应力引起的超剪切（固有超剪切）进行对比，当两种超剪切同时存在时，固有超剪切会占据主导作用。结果对自由地表超剪切有了一个更深入的了解与认识，对地震灾害评估会有一定的参考价值。
　　地震成核过程在动力学破裂模拟中是一个重要的问题。由于不可直接观察，只能通过数值模拟方法进行探索。在数值模拟中常使用到的成核方式主要有三种:1.给定初始恒定的破裂速度;2.引入一个高初始应力体，也称为“overstress”;3.初始质点速度扰动。通常动力学破裂模拟中采用的是第二种形式，也就是滑动弱化摩擦准则。滑动弱化准则具有形式简单易于加载的优点。另一种比较常用的是时间弱化摩擦准则，以恒定的破裂速度从成核区中心逐渐向外传播。本文对比了这两种摩擦准则对破裂过程及地震辐射场的影响。基于动力学破裂模拟也详细地讨论了时间弱化摩擦准则成核区的半径对破裂过程的影响。

目录

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摘要

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主要符号对照表

第一章 绪论

1．1 复杂断层几何的震源动力学数值模拟研究进展

1．1．1 含起伏地形的动力学数值模拟研究进展

1．1．2 含分岔断层的动力学数值模拟研究进展

1．2 震源动力学模拟中摩擦准则的研究进展及现状

1．3 数值模拟方法的进展及现状

1．4 本文的研究目的和内容

第二章 边界积分和曲线网格有限差分方法介绍

2．1 边界积分方程方法

2．2 曲线网格有限差分方法

2．2．1 曲线网格有限差分方法的基本理论

2．2．2 曲线网格有限差分动态破裂方法的基本理论

2．3 摩擦准则

第三章 曲线网格有限差分方法模拟含起伏地形的动力学破裂衣D0及亍田辐刀l射卟丁特，l儿征．

3．1 起伏地形对动力学破裂过程的影响

3．2 地震辐射场

3．3 讨论

3．3．1 半空间和全空间中初始剪切应力对破裂过程及地震辐射的影响

3．3．2 起伏地形的大小对破裂过程和地震辐射的影响

3．4 本章小结

第四章 时间和滑动弱化摩擦准则的成核特征研究

4．1 时间弱化和滑动弱化摩擦准则的对比

4．2 时间弱化摩擦准则的成核区大小讨论

4．2．1 成核区大小对成核及破裂过程的影响

4．2．2 不同破裂方式的成核过程应力分析

4．2．3 避免破裂前锋变形的两种方法

4．2．4 断层宽度对动态破裂过程的影响

4．3 讨论

4．4 本章小结

第五章 分岔断层动力学数值模拟

5．1 背景构造应力及分岔角对破裂过程的影响

5．1．1 压缩分岔断层

5．1．2 拉张分岔断层

5．1．3 强度参数S对破裂倾向性的影响

5．1．4 分岔断层长度对破裂倾向性的影响

5．2 采用曲线网格有限差分模拟分岔断层

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果