一种斜断层FSI超剪切地震危险性估计方法技术

本发明专利技术属于属于地质灾害危险性评估技术领域，公开了一种斜断层FSI超剪切地震危险性估计方法，其模拟不同滑动角下的断层破裂传播，确定产生FSI超剪切破裂的滑动角阈值；根据斜断层上FSI超剪切破裂的非对称性，对FSI超剪切破裂产生的方位进行评估；计算不同场景下的低频峰值速度PGV，判断PGV分布与断层方向的关系，对斜断层上盘的地震动分布范围进行评估；判断上盘滑动方向与破裂传播方向的相对关系对地震动强度的影响，进而指导地震危害评估策略。略。略。

【技术实现步骤摘要】
一种斜断层FSI超剪切地震危险性估计方法


[0001]本专利技术属于地质灾害危险性评估
，具体是涉及一种斜断层FSI超剪切地震危险性估计方法。

技术介绍

[0002]地震破裂的速度通常来说为亚瑞类波速度，然而在某些应力条件下，可能诱发超剪切破裂。超剪切破裂可以产生马赫波，其辐射能量形成一对远离断层的斜向传播的波束，可能导致大范围的能量分布或远离断层的强地面震动，造成更加广泛的地震灾害。因此实际情况下识别一个断层是否存在产生超剪切破裂的可能性，对于降低地震灾害对人类社会的风险，提高防震减灾技术尤为重要。
[0003]已有的研究工作表明，在数次大规模走滑地震中已经观测到超剪切破裂的传播，这些地震发生的破裂主要为模式II(传播方向平行于滑动方向)，且大部分破裂都到达地球表面，断层轨迹相对平直。超剪切破裂的产生可以由Burridge
‑
Andrews(BA)机制来解释，即当破裂传播方向与滑动方向一致时，在亚Rayleigh破裂前的S波引起的应力可以诱发一个子破裂，该破裂以超剪切速度向前传播，逐渐与原来的破裂拉开距离。此外，一些研究认为只要断层足够长,平坦的自由表面总是倾向于诱导超剪切破裂的转化。这种由自由表面诱发(free
‑
surface
‑
induced,FSI)的超剪切破裂主要由SV
‑
P转换震相触发，与由BA机制诱导的破裂行为完全不同。若考虑倾滑断层，即逆断层或正断层，模式II方向与断层倾斜方向一致，这种情况下，超剪切破裂即使发生也更不易观察。若沿着断层走向观测，倾滑断层破裂主要以模式Ⅲ(即传播方向垂直于断层滑动方向)传播，然而模式Ⅲ被证明可以阻止FSI超剪切破裂的产生。
[0004]从上述内容可以看出，为了判定一个断层是否具有产生超剪切地震的能力，可以根据其是否为走滑地震、断层长度、以及断层轨迹是否平直来判断。对于倾滑断层(例如纯正断层或者逆断层)，超剪切地震很难出现，即使出现也较难被观测到，然而对于斜滑断层(假设破裂到达地表)，无论沿着哪个方向观测，都同时包含了模式III和模式II，属于混合模式。斜滑断层同时包含II和Ⅲ两种模式，是否会产生FSI超剪切破裂到目前来说没有较好的判断标准。鉴于此，目前缺乏对斜断层是否产生FSI超剪切破裂及其分布、产生的影响等问题实现有效评估的技术方法。

技术实现思路

[0005]为了判断斜断层是否存在发生超前切破裂的可能性，本专利技术基于有限元方法，考虑倾斜平面断层下的三维地震动态破裂过程数值模拟，通过分析断层类型变化(特别是滑动角变化)如何影响FSI超剪切破裂的产生和传播，根据断层类型和基本的几何形态判断FSI超剪切破裂，以及进一步判定强震动分布。
[0006]本专利技术所述的一种FSI超剪切地震危险性估计方法，所述方法步骤为：
[0007]步骤1、构建超剪切地震几何模型，模拟不同滑动角下的断层破裂传播；
[0008]步骤2、根据模拟情况确定全局超剪切破裂发生转换的滑动角阈值，对是否产生超剪切破裂进行预测；
[0009]步骤3、根据斜断层上FSI超剪切破裂的非对称性，对FSI超剪切破裂产生的方位进行评估；
[0010]步骤4、计算不同场景下的低频峰值速度PGV，判断PGV分布与断层方向的关系，对斜断层上盘的地震动分布范围进行评估；
[0011]步骤5、判断上盘滑动方向与破裂传播方向的相对关系对地震动强度的影响，进而指导地震危害评估策略。
[0012]进一步的，所述滑动角变化范围为
‑
90
°
到90
°
，依次得到五类断层：纯正断层、斜滑正断层、纯走滑断层、斜滑逆断层、纯逆断层；构建所有场景下的初始应力场，将不同场景下的区域应力场投影到断层面上，得到大小相同但方向不同的剪应力及相同的正应力，以排除不同场景下断层应力强度差异对动态破裂过程的影响。
[0013]进一步的，定义沿断层走向的两个相反的破裂传播方向，如果上盘或下盘的倾滑分量向上，则将该块体的走滑方向定义为正方向，而另一个方向定义为负方向；破裂速度v
r
由计算得到，其中是空间梯度算子，t
r
(ξ)定义为断层面上某一点ξ滑动速率超过阈值0.01m/s的时刻。
[0014]进一步的，斜断层上FSI超剪切破裂具有非对称性；在正方向上，产生不可持续的超剪切破裂，滑动角越小，超剪切破裂持续的时间越短，低于40
°
时，逐渐消失；在负方向上，产生全局超剪切破裂，滑动角的大于43
°
或小于
‑
33
°
时，全局超剪切破裂立即消失。
[0015]进一步的，步骤4中，斜断层正方向比负方向分布更广泛的高PGV，二次亚Rayleigh破裂可能产生类似的马赫锥，并导致斜断层上盘的地震波能量广泛分布。
[0016]进一步的，步骤5中，在上盘滑动方向与破裂方向一致的方向上，地震动得到明显增强；走滑断层的情况下，破裂的方向性效应最集中在破裂传播的方向上，而倾滑断层在地表上产生的方向性效应最集中在震源上方向上运动的块体即上盘或者下盘。
[0017]本专利技术所述的有益效果为：本专利技术首次提出了斜断层FSI超剪切地震的危险性评估方法，可以从超剪切地震的产生与否、以及强震动的分布范围两个方面进行定性和定量评估。对于一个自然界的活断层，可以根据其地表滑动速率、构造应力场推测出其大致的断层几何、断层类型，根据本专利技术提出的方法，可以定性地评估其产生超剪切破裂的可能性，以及哪个区域可能遭遇更强烈的地震动；通过进一步数值模拟，可以对结果作进一步量化，例如最大可能产生多大的震动加速度。本专利技术所述的方法可以对某个自然界断层作中长期危险性预报，最大程度地降低地震灾害对人类社会的风险，并进一步引导制定改进的地震危害评估策略。
附图说明
[0018]图1是本专利技术构建的模型的模拟区域几何展示图；
[0019]图2是破裂前峰等值线图及标准化后的破裂速度图；
[0020]图3是走滑断层和斜滑逆断层的滑动速率快照；
[0021]图4是走滑断层和斜滑逆断层地表的速度快照；
[0022]图5是不同滑动倾角下的地表峰值速度分布示意图；
[0023]图6是本专利技术所述的方法流程图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
[0025]如图1所示，本专利技术所述的一种斜断层FSI超剪切地震危险性估计方法，步骤为：
[0026]步骤1、构建超剪切地震几何模型，模拟不同滑动角下的断层破裂传播；
[0027]步骤2、根据模拟情况确定全局超剪切破裂发生转换的滑动角阈值，对是否产生超剪切破裂进行预测；
[0028]步骤3、根据斜断层上FSI超剪切破裂的非对称性，对FSI超剪切破裂产生的方位进行评估；
[0029]步骤4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斜断层FSI超剪切地震危险性估计方法，其特征在于，所述方法步骤为：步骤1、构建超剪切地震几何模型，模拟不同滑动角下的断层破裂传播；步骤2、根据模拟情况确定全局超剪切破裂发生转换的滑动角阈值，对是否产生超剪切破裂进行预测；步骤3、根据斜断层上FSI超剪切破裂的非对称性，对FSI超剪切破裂产生的方位进行评估；步骤4、计算不同场景下的低频峰值速度PGV，判断PGV分布与断层方向的关系，对斜断层上盘的地震动分布范围进行评估；步骤5、判断上盘滑动方向与破裂传播方向的相对关系对地震动强度的影响，进而指导地震危害评估策略。2.根据权利要求1所述的一种斜断层FSI超剪切地震危险性估计方法，其特征在于，所述滑动角变化范围为
‑
90
°
到90
°
，依次得到五类断层：纯正断层、斜滑正断层、纯走滑断层、斜滑逆断层、纯逆断层；构建所有场景下的初始应力场，将不同场景下的区域应力场投影到断层面上，得到大小相同但方向不同的剪应力及相同的正应力，以排除不同场景下断层应力强度差异对动态破裂过程的影响。3.根据权利要求2所述的一种斜断层FSI超剪切地震危险性估计方法，其特征在于，定义沿断层走向的两个相反的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐荣江，甘露，李福生，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：