断层与破裂

断层和破裂

(参考文献:陈运泰《震源物理》讲义;《用P波初动资料确定地震震源机制教程(二)》)

破裂的最大剪切应力理论

1773年,库伦提出破裂的最大剪切应力理论:在应力作用下,当脆性物质中某一点的最大剪切应力达到某一确定值时,就沿着最大剪切应力*面破裂。通常这个值叫做物质的剪切强度(shear strength)

1849年,霍普金斯根据库伦准则,证明了破裂*面(即最大剪切应力*面)是通过中间主应力轴并*分最大与最小主应力轴之间的夹角的*面,而作用于此*面上的剪切应力(最大剪切应力)等于最大与最小主应力之差的一半

地震学中的习惯:应力为应力为

安德逊理论

实验证明,在单轴应力下,与库伦准则一致,p3轴与破裂面之间夹角约为45°。

地震是地面下岩石破裂,在地质条件下,地表面下的岩石承载上方岩石重量引起的沉重的载荷,即高围压,称为静岩压力(lithostatic pressure).许多证据表明,高围压下,上述角度减少至20°-30°。

按照库伦准则,岩石破裂产生滑移,除了克服表征材料特征的内聚力以外,还要克服与法向压应力(|pnn|)成正比的固体摩擦力的阻碍。因此,只有当作用于岩石中某一面上的剪切应力达到剪切强度,即内聚强度(cohesive strength)S和摩擦阻抗(μi|pnn|)之和时,岩石才能沿着该*面发生脆性破裂,也就是

|p|=S+μi|pnn|

式中,μi是内摩擦系数(coefficient of internal friction).

地壳中大部分,特别是地壳上部都有流体(主要是水)存在.水和其他流体的存在影响断层的摩擦滑动。在湿断层情况下,式中压应力应改为有效正应力(effective normal stress),即破裂面上压应力|pnn|与孔隙压(pore pressure)pf的数值|pf|之差。因此,

|p|=S+μi(|pnn||pf|)

有许多证据表明,深源地震也是岩石破裂。如果是这样,μi随深度急剧的减小,即破裂面与主应力方向成45°角。任何有关因体积变化而发生的深源地震的假说都应符合极端应力*乎水*并且破裂面与竖直成45°的结果。

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