地震地质 ›› 2026, Vol. 48 ›› Issue (2): 329-350.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.20240118
收稿日期:2025-09-27
修回日期:2025-12-16
出版日期:2026-04-20
发布日期:2026-05-14
通讯作者:
*卓燕群, 男, 1986年生, 副研究员, 主要研究领域为构造物理学与断层亚失稳, E-mail: zhuoyq@ies.ac.cn。
作者简介:基金资助:
LI Zi-hong(
), ZHUO Yan-qun*(
), CHEN Shun-yun, CHEN Hao, LU Li-li
Received:2025-09-27
Revised:2025-12-16
Online:2026-04-20
Published:2026-05-14
摘要:
实验研究断层接触非均匀性对地震活动的影响可为分析小地震活动与主震的关系提供重要参考。文中通过预制断层面来实现非均匀接触条件, 并进行了不同正应力条件的滑动失稳实验, 结果显示: 1)断层非均匀接触对小地震分布与主震发生位置具有显著的影响, 主震前出现明显的小地震频度增加的特征。其中, 小地震主要集中发生在高正应力或正应力变化显著的区域, 而主震的起始位置则与高应力比的区域有关。这预示着小地震与主震的力学机制可能不同。2)通过经验格林函数法获得了小地震的矩震级大多分布在-8~-7级, 与主震(-3.4~-3.0级)相差达5个震级单位。3)平均正应力对小地震和主震的震级和应力降的影响存在明显不同。小地震震级与应力降对平均正应力变化不敏感, 但主震应力降与震级均随平均正应力增加而变大。总之, 断层面接触的强弱分布对声发射事件时空分布具有明显影响, 尤其是主震与小地震活动的空间不一致性, 有助于阐明根据小地震活动预测强震存在不确定性的观点。
李子鸿, 卓燕群, 陈顺云, 陈浩, 卢丽莉. 断层非均匀接触对地震活动性影响的实验[J]. 地震地质, 2026, 48(2): 329-350.
LI Zi-hong, ZHUO Yan-qun, CHEN Shun-yun, CHEN Hao, LU Li-li. EXPERIMENTAL STUDY ON THE EFFECTS OF FAULT CONTACT HETEROGENEITY ON SEISMIC ACTIVITY[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2026, 48(2): 329-350.
图1 样品结构、 传感器布设及加载方向 样品上表面与钢夹具的结构, 样品与夹具之间添加一层特氟龙板。其中, Ⅰ为固定盘, Ⅱ为移动盘。实验采取如下方式加载: 当σ1与σ2达到目标静水压后, 沿σ1方向以一定位移速率前进, 同时沿σ2方向以相同位移速率后退, 以保持断层面的平均正应力具有较小的波动。声发射传感器与应变片标识中, 黑色标识为上表面的声发射探头与应变片, 灰色标识为下表面的声发射探头与应变片
Fig. 1 Schematic diagram showing sample design, loading manner, and distribution of sensors.
图3 落球及声发射事件信号的处理方法 a 落球产生的声发射信号波形, 图中为在-90mm处落球点的第1个落球波形; b 断层面不同分区的落球点位置, 圆圈为内径8mm的玻璃圆管的范围, 黑点为落球的声发射信号定位结果; c、 d 声发射观测到的落球信号频谱和同一探头观测到的该落球范围内声发射事件的频谱, 频谱中的虚线为拐角频率的大小
Fig. 3 Processing methods of signals of ball drop and AE events.
图4 实验宏观力学曲线 a Exp1; b Exp2。黑色数字代表平均正应力(σ0), 灰色数字代表加载速度(Vl)。其中Exp1中有2种加载速度, 而Exp2只有1种加载速度。图a插图为主震的应力降Δτ
Fig. 4 The average loading curves during the experiments.
图7 不同正应力下声发射震级随时间变化过程(M-T图) a—c Exp1; d—f Exp2。Exp1与Exp2均采用加载速度为1μm/s的事件, 震级均为AE标定结果
Fig. 7 The time-dependent variation process of acoustic emission magnitude under different normal stresses(M-T diagram).
图9 不同正应力下小地震与主震的时空演化 a—c Exp1正应力为11.1MPa、 18.7MPa和25.8MPa的情形; d—f Exp2正应力为23.5MPa、 26.9MPa和29.9MPa的情形。黑色圆点为小事件, 五角星为主事件
Fig. 9 The spatio-temporal evolution of small AE events and mainshock under different normal stresses.
图12 沿断层面的局部正应力、 剪应力与应力比分布 a 正应力和剪应力分布; b 应力比分布。数据为Exp2中在26.9MPa正应力下的黏滑事件
Fig. 12 Distributions of normal stress, shear stress, and stress ratio along fault shear direction.
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