水的扩散与断层的粘滑

在实验过程中发现,将压力水注入花岗岩样品的切割裂纹,则一次注水可触发一系列的粘滑事件,每次粘滑都产生了明显的应力降和位移,並伴有巨大的声音。为了解释这种实验现象,本文提出了新的概念和模式,从而将在均匀情况下的摩擦准则扩展应用於非均匀状态。 弱化断层非稳定性的不均匀模式假定压力水随时间沿断层面扩散,根据临界水压将断层面划分成“滑移区”和“闭锁区”。随着水随时间的扩散,“滑移区”不断扩大,该区的剪应力连续下降並向“闭锁区”转移,以保持整个断层面的宏观平衡,这个过程将持续进行到粘滑突然发生时为止。 将实验的实测数据和模式的计算结果相比较,发现只要“闭锁区”上的积分平均剪应力和有效正应力满足摩擦准则,则粘滑不稳定性就发生。水压的增加使有效正应力下降,而应力转移又使剪应力增加,由水扩散而引起的这二种作用的共同结果产生了弱化断层的粘滑不稳定性。 该模式较好地解释了实验结果,也可用於对余震和水库地震机制的解释。