地震地质 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (1): 131-149.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.01.009
收稿日期:
2024-08-13
修回日期:
2025-01-16
出版日期:
2025-02-20
发布日期:
2025-04-09
作者简介:
余博文, 男, 1995年生, 现为中国地震局地质研究所固体地球物理学专业在读博士研究生, 从事构造物理学以及诱发地震机理研究, E-mail: ybw_nepu@163.com。
基金资助:
YU Bo-wen(), MA Sheng-li, ZHANG Lin
Received:
2024-08-13
Revised:
2025-01-16
Online:
2025-02-20
Published:
2025-04-09
摘要:
工业注水可引起断层所受应力的扰动, 进而对区域内的地震活动性造成影响。通过实验研究正应力扰动对断层滑动行为的影响有助于理解诱发、触发地震活动机制。文中使用双剪样品结构开展了不同正应力扰动振幅条件下天然断层泥和盐岩断层泥的摩擦实验, 并对断层附近应变场和声发射进行观测。随着正应力扰动振幅增加, 2种断层泥的黏滑应力降增大, 天然断层泥的黏滑时间间隔逐渐增大并趋于离散, 成核位置增多且该阶段无声发射事件。然而盐岩断层泥的黏滑时间间隔几乎不变且始终保持同一位置成核, 其成核时间和和范围随扰动振幅的增加而增大, 声发射事件位置与成核区基本吻合。断面非均匀性和断层泥模量的差异可解释2种断层泥带附近应变场演化的差异。文中研究可为构建考虑应变非均质性和不同断层泥成分的地震成核模型提供实验观测依据。
余博文, 马胜利, 张林. 正应力扰动条件下断层泥带黏滑行为、应变场和声发射时空演化特征[J]. 地震地质, 2025, 47(1): 131-149.
YU Bo-wen, MA Sheng-li, ZHANG Lin. EFFECTS OF NORMAL STRESS OSCILLATION ON THE STICK-SLIP BEHAVIOR, NEAR-FAULT STRAIN FIELD AND ACOUSTIC EVENTS FOR FAULT GOUGE LAYERS[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2025, 47(1): 131-149.
实验编号 | 断层泥 | 加载速度 /μm·s-1 | 背景有效正应力 /MPa | 正应力扰动频率 /Hz | 正应力扰动振幅 /% |
---|---|---|---|---|---|
HBR-21-89 | 天然断层泥 | 0.05 | 10 | 0.1 | 0.2—0.7—1.2—2.4 |
HBR-22-36 | 盐岩断层泥 | 0.5 | 5 | 0.1 | 0.2—0.6—1—2 |
表1 实验条件汇总
Table1 Summary of experimental set-up
实验编号 | 断层泥 | 加载速度 /μm·s-1 | 背景有效正应力 /MPa | 正应力扰动频率 /Hz | 正应力扰动振幅 /% |
---|---|---|---|---|---|
HBR-21-89 | 天然断层泥 | 0.05 | 10 | 0.1 | 0.2—0.7—1.2—2.4 |
HBR-22-36 | 盐岩断层泥 | 0.5 | 5 | 0.1 | 0.2—0.6—1—2 |
图2 剪应力定量描述参数, 包括断层弱化程度Δτw、黏滑应力降Δτ及黏滑时间间隔ΔT
Fig. 2 Parameters used to analyze the fault shear stress, including fault weakening Δτw, shear stress drop Δτ, time interval of stick-slip event ΔT.
图3 应变花和声发射传感器空间位置示意图 a 单一应变花内3个应变片与实验断层带的位置关系示意图; b 声发射传感器位置分布三维图解。应变和声发射数据处理均遵循图b所示坐标系
Fig. 3 Schematic diagram showing the location of the strain rosettes and the acoustic sensors.
图4 正应力扰动振幅对天然断层泥黏滑行为的影响 a 断层弱化程度Δτw; b 黏滑应力降Δτ; c 黏滑时间间隔ΔT; d 黏滑失稳时断层的滑动速度V(由LVDT记录计算得到)
Fig. 4 Effects of normal stress oscillation amplitudes on the stick-slip behavior of the natural fault gouge.
图5 正应力扰动振幅对盐岩断层泥黏滑行为的影响 a 断层弱化程度Δτw; b 黏滑应力降Δτ; c 黏滑时间间隔ΔT; d 黏滑失稳时断层的滑动速度V(由LVDT记录计算得到)
Fig. 5 Effects of normal stress oscillation amplitudes on the stick-slip behavior of the halite gouge.
图6 断层失稳成核和破裂期间, 不同正应力扰动振幅下沿断层剪应变的时空演化 a 无正应力扰动; b—e 正应力扰动振幅从0.2%增至2.4%对应的实验结果。实验断层内部填充天然断层泥
Fig. 6 Spatial and temporal evolution of the fault shear strain at the instability nucleation and rupture stage.
图7 断层失稳成核和破裂期间, 不同正应力扰动振幅下沿断层剪应变的时空分布情况 a 无正应力扰动; b—e正应力扰动振幅从0.2%增至2%对应的实验结果。实验断层内部填充盐岩断层泥
Fig. 7 Spatial and temporal distribution of the fault shear strain at the instability nucleation and rupture stage.
图8 一个黏滑周期内应力扰动振幅对含天然断层泥的实验断层沿走向方向正应变分布的影响
Fig. 8 Effects of normal stress oscillation amplitudes on the along-strike normal strain distribution for the experimental fault that was filled with the natural fault gouge.
图9 一个黏滑周期内应力扰动振幅对含盐岩断层泥的实验断层沿走向方向正应变分布的影响
Fig. 9 Effects of normal stress oscillation amplitudes on the along-strike normal strain distribution for the experimental fault that was filled with the halite gouge.
图10 应力扰动振幅对天然断层泥一次黏滑发生前一段时间内声发射事件时空演化规律的影响 x轴末端代表黏滑发生时刻。破裂前无数据点代表无声发射事件发生
Fig. 10 Effects of normal stress oscillation amplitudes on the spatio-temporal evolution of the AE events for the natural fault gouge.
图11 应力扰动振幅对盐岩断层泥一次黏滑发生前一段时间内声发射事件时空演化规律的影响 x轴末端代表黏滑发生时刻
Fig. 11 Effects of normal stress oscillation amplitudes on the spatio-temporal evolution of the AE events for the halite gouge.
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