直立走滑断层凹凸体附近闭锁程度和应力积累的时空演化:来自三维黏弹性数值模拟的视角OA北大核心CSTPCD

了解断层凹凸体附近的运动学状态和应力积累对于评估其地震危险性至关重要。断层的闭锁程度被广泛用来刻画断层的震间运动学特征,但断层闭锁程度空间分布与凹凸体位置之间的关系很少被人关注。除此之外,地球介质的流变作用如何调节凹凸体附近滑动亏损和剪应力积累速率的时空演化目前仍不清楚。为揭示凹凸体对震间变形以及应力积累的调节作用,构建了包含直立走滑断层的三维弹性/黏弹性有限元模型,采用接触算法考虑凹凸体的闭锁作用,讨论单一凹凸体附近闭锁程度和剪应力积累速率的时空变化,并通过鲜水河断裂的实例对基于断层闭锁的震间变形方法进行验证。研究结果显示:由于凹凸体的锁定作用,距离凹凸体一定范围的断层面无法完全自由滑动,导致以凹凸体为中心的一定区域内存在滑动亏损,因此断层闭锁程度呈现出以凹凸体为中心的环状衰减样式;在完全弹性条件下,凹凸体附近区域的闭锁程度和剪应力积累速率不随时间变化;在黏弹性条件下,凹凸体附近区域的闭锁程度和剪应力积累速率等值线随时间的加载不断变大,且闭锁程度等值线随时间变化效应更加明显;对于断层两侧黏度存在差异的场景,由于断层两侧松弛时间不一样,断层的震间变形和应力积累速率主要受到松弛时间较低一侧介质流变性质控制。最终得出以下结论:由于介质的连续性,凹凸体邻近区域虽然不闭锁,但其滑动速率仍低于块体运动速度,从而导致闭锁程度的空间样式表现为由凹凸体向外逐渐衰减;黏弹性效应调节凹凸体附近的变形,导致凹凸体附近闭锁程度等值线空间范围随时间增大;断层闭锁程度可以近似作为衡量剪应力积累速率的指标,当不考虑黏弹性效应可以近似取0.5作为中强闭锁的阈值,低于该值剪应力积累不明显;考虑鲜水河断裂带炉霍至康定段的空间非均匀闭锁分布,模拟得到的地表速度与GPS观测吻合较好,验证了方法的可靠性。该项研究建立了断层闭锁程度和剪应力积累速率之间的桥梁,为潜在震源区识别提供有益思路。