龙门山断层带物理力学性质与地震发生机理研究取得多项科学认识

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为揭示大地震孕育发生的力学机制,中国地震局地质研究所研究团队以2008年汶川8.0级地震断层带为研究对象,对龙门山断层带的物理力学性质开展了系统研究,分析了其与汶川地震孕育发生机理的关系,取得了一系列重要的科学认识。

通过对汶川地震断层带多个断层露头和钻探样品的分析研究,揭示了地震断层带结构和成分特征及其与地震滑动的关系。研究发现,断层同震滑动局部化特征明显,滑动带宽度仅2-3厘米;流体—断层相互作用显著影响着断层带物质变化。基于对龙门山断层带的物质分析和低速摩擦实验,建立了断层带的流变结构与地震成核模型。研究发现,断层带摩擦强度强烈依赖于矿物类型和含量,彭灌杂岩中花岗岩质岩石在震源深度具有高强度和速度弱化行为,具备地震成核条件。依托自主研发的岩石高速摩擦实验装置,在断层同震滑动特征及机制方面取得全新认识。研究发现,地震滑动速率下断层表现出显著滑移弱化,稳态摩擦系数很低且不依赖于矿物组成;凹凸体急剧加热及热压作用是主要的弱化机制,在同震过程中会促进地震破裂的扩展。依托自主研发的超低渗透率测量装置及测量技术,在断层带传输性质与同震热压作用方面获得全新结果。研究发现,同震滑移量与断层泥的渗透率密切相关,较大的同震滑移通常对应于低渗透率。

研究成果对深入了解地震断层的力学行为及灾害效应具有重要的理论和实际意义,为模拟大地震发生过程、发展地震预测方法奠定了物理基础。研究成果受到国际知名学者高度评价,多篇学术论文以研究亮点或焦点的形式被国内外同行点评和关注。该研究领域的国际著名学者克里斯托弗﹒朔尔茨(Christopher H. Scholz)撰写的专著《地震与断层力学》(《The Mechanics of Earthquakes and Faulting》)第三版中亦引用了研究成果的多项内容。建立的技术先进的断层物理与力学实验平台,吸引了多名国际学者来实验室开展研究工作,提升了我国地震物理研究的国际影响力和竞争力,培养了一批优秀青年人才。

(该研究成果获得2021年度防震减灾科学成果奖二等奖)

来源:中国地震局科技与国际合作司

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