弯折断层系统上超剪切破裂传播的产生条件

郑玲珑, 钱峰, 张海明

北京大学地球与空间科学学院地球物理系, 北京 100871

0 引言

地震发生过程中断层的破裂速度是控制地震波形态的重要因素，对于近场的强地面运动有显著的影响.随着观测记录的增多，在越来越多的地震中发现了超剪切传播的证据.已被发现出现超剪切破裂的地震包括1979年Imperial Valley地震(Archuleta, 1984)，1999年Duzce地震(Bouchon et al., 2001)，1999年Kocaeli地震(Bouchon et al., 2001)，2001年昆仑山口西地震(Bouchon and Vallée, 2003)，2002年Denali地震(Dunham and Archuleta, 2004)，2010年玉树地震(Wang and Mori, 2012)，以及2013年Craig地震(Yue et al., 2013)等.在超剪切破裂过程中，断层不同时刻辐射的剪切波互相干涉、叠加，形成马赫波，使得地震波振幅更大，辐射范围更广，往往造成更严重的地震灾害(Bernard and Baumont, 2005; Dunham and Archuleta, 2005; Dunham and Bhat, 2008).多数破坏性的地震往往都发生在几何形态复杂的断层系统上，由于断层空间延展尺度较大，断层的几何形状将会对破裂过程产生重要的影响(马瑾等，1996).研究复杂断层系统上的超剪切破裂转化的条件，对于震源过程的科学认识和防震减灾工作都具有重要的意义.

B-A机制是针对二维模型提出的，认为无量纲比值S临界值为1.77，只有满足一定的背景应力和摩擦条件时，才能够产生超剪切破裂(Andrews, 1985).针对三维均匀介质模型，Madariaga和Olsen(2000)提出了另一种无量纲化参数κ作为确定破裂速度的指标，定义为破裂应力释放能与断裂能之比，包含了更多破裂信息，适用于高应力场断层破裂情况；而S则需要小于更小的临界值1.19，才能触发超剪切破裂(Dunham, 2007).考虑包含地表的均匀半空间介质，S值大于1.19也产生超剪切破裂(Bizzarri, 2010; Bizzarri and Das, 2012; Zhang and Chen, 2006).Olsen等(1997)、Kaneko和Lapusta(2010)认为自由界面SV-P衍射波的相变转换……