拐折斷層黏滑過程的實(shí)驗(yàn)研究

郭彥雙 馬 瑾 云 龍

(中國地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

拐折斷層黏滑過程的實(shí)驗(yàn)研究

郭彥雙 馬 瑾 云 龍

(中國地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

采用位移、應(yīng)變和聲發(fā)射等測量手段，研究了預(yù)置5°拐折斷層的房山花崗巖樣品的黏滑過程，分析了不同加載速率下5°拐折斷層失穩(wěn)的黏滑特征及相關(guān)物理場的演化過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1)5°拐折斷層的黏滑周期與加載速率在數(shù)值上呈負(fù)對數(shù)相關(guān)關(guān)系;2)在不同的加載速率下，大多數(shù)的5°拐折斷層失穩(wěn)是雙震事件，2次子事件的間隔時(shí)間大多在100～200ms之間;3)采用不同的觀測手段，即使采樣速率一致，其臨震響應(yīng)也存在差異性，如斷層失穩(wěn)前沿?cái)鄬拥膽?yīng)變測量結(jié)果呈現(xiàn)明顯的應(yīng)變?nèi)趸瑪鄬游灰苿t未見明顯的變化;4)斷層黏滑過程中的聲發(fā)射事件呈現(xiàn)明顯的沿?cái)鄬舆w移的特征。認(rèn)識強(qiáng)震的發(fā)生機(jī)理和余震特征需要進(jìn)一步研究斷層失穩(wěn)過程的動(dòng)力學(xué)信息。

拐折斷層 黏滑過程 雙震事件 物理場

0 引言

黏滑(stick slip)是巖石摩擦實(shí)驗(yàn)中常出現(xiàn)的現(xiàn)象，一般是指斷層間斷性突然性發(fā)生的滑動(dòng)方式，常被用來解釋淺源地震的發(fā)震模式(Brace et al.，1966)。拐折斷層作為一種典型的斷層組合，常常是構(gòu)造地震發(fā)生的區(qū)域，易于導(dǎo)致不同斷層段發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，形成雙震型地震。King等(1985)、King(1986)研究了大量的拐折斷層帶，認(rèn)為世界上許多大地震都發(fā)生在斷層的2個(gè)5°拐折部位上。1976年唐山7.8級地震與灤縣7.1級地震(國家地震局《一九七六年唐山地震》編寫組，1982;呂政等，1989;鄭天榆等，1993;杜晨曉等，2010)亦位于一個(gè)含拐折的斷層帶上，2次地震相隔約15h，距離不到50km。2008年汶川8.0級地震的震源過程可分為4次子事件(張勇等，2008，2009)，分別在汶川和北川造成了重大破壞。這一現(xiàn)象不能說與中央斷裂帶斷層走向的變化無關(guān)，尤其是在安縣附近的斷層走向變化可能是造成北川嚴(yán)重?fù)p失的一個(gè)重要的構(gòu)造因素。一般認(rèn)為，大角度的拐折斷層應(yīng)力難以傳遞，相互作用比較困難，而小角度的拐折斷層相互作用強(qiáng)烈，大震易于連發(fā);并對此開展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究，如Andrews(1989，1994)、劉力強(qiáng)等(1995)、馬瑾等(1995，1996，1999)和Kato等(1999)研究了拐折斷層物理場的演化過程，并分析了幾種典型斷層與拐折斷層物理場不同的演化特征，討論了相關(guān)研究在分析地震破裂過程中的作用。

以往有關(guān)拐折斷層的實(shí)驗(yàn)研究主要集中在拐折斷層失穩(wěn)前后物理場演化的對比分析上，而缺乏對斷層失穩(wěn)過程的關(guān)注。Kato等(1999)曾在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中采用斷層相對位移和剪應(yīng)變觀測數(shù)據(jù)討論過拐折斷層失穩(wěn)的雙震事件。但是，Kato等采用應(yīng)變片進(jìn)行跨斷層測量，雖然作者聲明基于彈性形變理論，其拉伸形變的影響低于10%滑動(dòng)量，但文中并未考慮拐折斷層滑動(dòng)過程中在小角度斷層段的相對拉分作用，即隨著拐點(diǎn)的移動(dòng)，小角度斷層在拐折附近的拉分位移將遠(yuǎn)大于彈性形變分量，這將導(dǎo)致采用應(yīng)變片直接跨斷層測量所獲得結(jié)果的可靠程度大大降低。在我們開展的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，雙震事件的時(shí)間間隔與Kato等人的結(jié)果存在很大的差異。另一方面，加載速率與黏滑周期之間的關(guān)系未見報(bào)道，且各種測量手段在高采樣速率下的響應(yīng)特征亦未討論?；诖?，我們利用差分式斷層位移計(jì)、應(yīng)變片和聲發(fā)射儀等，研究了不同加載速率下的拐折斷層黏滑過程及其物理場演化特征，尤其是滑動(dòng)失穩(wěn)過程中相關(guān)物理場的演化特征。

圖1 樣品結(jié)構(gòu)及傳感器布局圖Fig.1 Sample structure and distribution of sensors.

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及觀測設(shè)備

實(shí)驗(yàn)中采用房山花崗閃長巖樣品，尺寸為300mm×300mm×50mm，沿樣品對角線方向預(yù)切1條拐折斷層，使得斷層上、下2段在樣品中心形成1個(gè)5°的轉(zhuǎn)角，樣品結(jié)構(gòu)如圖1所示。斷層表面用800號金剛砂研磨，粗糙度約為100μm。為了解拐折斷層黏滑過程中在不同斷層段上的相對位移特征，在上、下斷層段上沿走向各貼1只差分式斷層位移計(jì)(圖1中的F1和F2)，用于直接測量斷層的相對位移。斷層位移數(shù)據(jù)采用8通道高精度采樣儀進(jìn)行記錄，實(shí)驗(yàn)中采樣速率設(shè)置為100Hz，位移分辨率約為1.0μm。為分析黏滑過程中的聲發(fā)射特征，在樣品前、后表面貼有16只聲發(fā)射傳感器(圖1中的A1—A16)，其中8只沿?cái)鄬幼呦蛸N在樣品后表面上，用來分析黏滑事件的發(fā)生過程;另外8只分散貼在樣品的前、后表面，與沿?cái)鄬淤N著的傳感器一起進(jìn)行黏滑事件的聲發(fā)射定位分析。聲發(fā)射數(shù)據(jù)采用16通道聲發(fā)射全波形記錄儀進(jìn)行微破裂信息的采集(劉力強(qiáng)等，2003)和精定位分析(劉培洵等，2007，2009)。聲發(fā)射儀的AD轉(zhuǎn)換分辨率為12bit，最高采樣頻率為40MHz，最大采樣長度為8kwords;實(shí)驗(yàn)中的采樣速率設(shè)置為10MHz，采樣長度為2kwords。為分析黏滑過程中的應(yīng)變場演化過程，在樣品前表面上按直角貼法貼有87片直線型金屬應(yīng)變片，共組成32組應(yīng)變張量測點(diǎn)(圖1中的T1—T32)。應(yīng)變數(shù)據(jù)采用96通道0～100Hz采樣儀進(jìn)行應(yīng)變數(shù)據(jù)采集，該設(shè)備的AD轉(zhuǎn)換分辨率為16bit，應(yīng)變分辨精度約為1.0με(1.0με=10-6)，實(shí)驗(yàn)中的采樣速率設(shè)置為100Hz。將準(zhǔn)備好的樣品放在雙軸臥式壓力機(jī)上進(jìn)行加載，壓力機(jī)的量程為1～120t，可實(shí)現(xiàn)雙向位移和荷載獨(dú)立控制方式進(jìn)行加、卸載，控制頻率為20Hz。實(shí)驗(yàn)中，樣品端部荷載及位移的采樣速率為10Hz。由于傳感器數(shù)量眾多和樣品表面空間的限制，實(shí)驗(yàn)分2組進(jìn)行，每組3塊樣品，其中1組進(jìn)行聲發(fā)射信號和斷層位移觀測，另1組進(jìn)行應(yīng)變場的觀測。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 差應(yīng)力與斷層位移曲線的基本特征

實(shí)驗(yàn)的加載過程如下：首先在X，Y方向上以0.5 kN/s的荷載控制速率同步加載至6.5t靜水壓，然后將X向荷載保持在6.5t的水平上，Y方向則切換為位移速率控制模式，分別以0.5μm/s、0.1μm/s、0.05μm/s和0.01μm/s的加載速率進(jìn)行加載，在每個(gè)加載速率下發(fā)生數(shù)次黏滑事件后再改變至下一個(gè)加載速率。為分析黏滑過程中斷層面的應(yīng)力水平，這里采用平均剪應(yīng)力作為參考量(需要說明的是，盡管斷層面上的微觀應(yīng)力分布是非均勻的，但宏觀上斷層平均應(yīng)力水平仍會(huì)保持在相對穩(wěn)定的數(shù)值上)。圖2表示斷層上的平均剪應(yīng)力和位移隨時(shí)間變化的過程。從整個(gè)黏滑過程來看，在恒定的Y向位移加載速率下，平均剪應(yīng)力均表現(xiàn)為位移強(qiáng)化的趨勢。統(tǒng)計(jì)不同加載速率下的各黏滑事件發(fā)生的平均周期(Tp，即間震期)、平均應(yīng)力降和平均滑動(dòng)距離(前3種速率下分別統(tǒng)計(jì)了15次事件;但0.01μm/s速率下，因加載周期較大，僅統(tǒng)計(jì)了3次事件)，得到Tp與加載速率v之間在數(shù)值上存在良好的對數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系：log Tp=-1.21log v+1.84，加載速率越低，黏滑事件周期越大(圖3a)。此外，斷層上的平均剪應(yīng)力降和斷層滑動(dòng)距離隨加載速率的降低而增大(圖3b)，但是兩者與加載速率在數(shù)值上的關(guān)系并不明確，需要進(jìn)一步研究。

斷層滑動(dòng)前未見有明顯的位移變化。進(jìn)一步分析斷層在滑動(dòng)階段的滑動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)滑動(dòng)失穩(wěn)事件并不是一次完成的，而是常常分為2個(gè)子事件(極少數(shù)由3個(gè)子事件組成)。這里以事件A(圖2)為例描述斷層的滑動(dòng)失穩(wěn)過程。圖4為事件A失穩(wěn)過程中典型的滑動(dòng)位移響應(yīng)曲線，在第1次子事件A1中，2條斷層同步滑動(dòng)，在41ms內(nèi)上、下斷層段分別錯(cuò)動(dòng)了72.6μm和81.6μm，上、下斷層段的平均滑動(dòng)速度約為1,700μm/s和2000μm/s;經(jīng)過152ms的短暫停頓后，事件A2開始活動(dòng)，37ms內(nèi)上、下斷層段分別錯(cuò)動(dòng)了36.6μm和33.0μm，上、下斷層段的滑動(dòng)速度約為1,000μm/s和900μm/s。在事件 A的失穩(wěn)過程中，整條斷層的總錯(cuò)動(dòng)量為106.2μm。

圖2 實(shí)驗(yàn)加載過程及斷層位移曲線Fig.2 Curves of loading and fault displacement versus time.

圖3 加載速率與黏滑周期(a)、斷層位移和應(yīng)力降(b)之間的關(guān)系Fig.3 Relationship of stick-slip cycle(a)，slip and stress drop(b)against loading rate.

圖4 A事件黏滑過程的典型斷層位移曲線(v=0.5μm/s)Fig.4 Typical slip process of instability of Event A(v=0.5μm/s).

2.2 應(yīng)變場特征

拐折斷層樣品表面共布置了87道應(yīng)變片，每3片形成1組應(yīng)變花(圖1)，并在拐點(diǎn)附近進(jìn)行了加密布置，共計(jì)組成32組應(yīng)變花。但是，在加載過程中有4只應(yīng)變片(Ch38、Ch44、Ch54和Ch73)損壞，最終可計(jì)算的應(yīng)變花為28個(gè)。下面分析事件A的黏滑過程中應(yīng)變場的特征。圖5為在1個(gè)典型黏滑周期內(nèi)斷層附近的平均應(yīng)變和最大剪應(yīng)變的時(shí)間變化曲線(時(shí)間起算點(diǎn)以前1次黏滑事件結(jié)束為時(shí)間零點(diǎn)，圖5a中的平均應(yīng)變以壓縮應(yīng)變?yōu)檎?，剪切?yīng)變以順時(shí)針方向?yàn)檎从倚羟袨檎?。如圖5a1所示，斷層滑動(dòng)前，斷層兩側(cè)主要以壓縮應(yīng)變?yōu)橹?，峰值平均壓縮應(yīng)變量可達(dá)15με(1με=10-6);拐點(diǎn)右下方的應(yīng)變張量測點(diǎn)(T13和T14)則處于拉張狀態(tài)，最大平均拉張應(yīng)變量為-7.5με。如圖5b1所示，斷層滑動(dòng)前整條斷層主要以左旋剪切為主，拐點(diǎn)附近的T5和T6測點(diǎn)處則以右旋剪切形變?yōu)橹鳌?/p>

圖5a2，b2分別為快速滑動(dòng)過程中(0.6s內(nèi))沿?cái)鄬訙y點(diǎn)的平均應(yīng)變和最大剪應(yīng)變的時(shí)間演化過程。應(yīng)變測量結(jié)果表明，拐折斷層的快速滑動(dòng)過程亦是由2次子事件組成的，此測量結(jié)果與斷層位移相一致。當(dāng)加載至57.11s時(shí)，沿?cái)鄬拥膽?yīng)變張量測點(diǎn)出現(xiàn)明顯的應(yīng)變松弛現(xiàn)象，持續(xù)約1.3s，這意味著斷層開始進(jìn)入成核階段，但不足以引起斷層失穩(wěn)滑動(dòng);在57.14s斷層發(fā)生第1次快速滑動(dòng)(子事件A1)，57.16s第1次快速滑動(dòng)結(jié)束，形變過程持續(xù)到57.19s才恢復(fù)至穩(wěn)定水平。在57.21s斷層進(jìn)入第2次成核階段，此階段持續(xù)了0.19s后(至57.40s)斷層開始第2次快速滑動(dòng)(子事件A2)，斷層滑動(dòng)57.42s結(jié)束，形變過程持續(xù)到57.5s后恢復(fù)至穩(wěn)定水平，整個(gè)滑動(dòng)過程結(jié)束。

圖6為A事件中2次滑動(dòng)過程(A1事件和A2事件)的應(yīng)變增量場圖，其中圖6a為平均應(yīng)變增量場(正值代表相對擠壓，負(fù)值代表相對拉張)，圖6b為最大剪應(yīng)變增量場。在第1次快速滑動(dòng)的過程中，平均應(yīng)變增量的高值區(qū)主要在T5，T6測點(diǎn)(圖1)附近，此處的變化量約為13.0με;最大剪應(yīng)力增量的高值區(qū)則出現(xiàn)在T1、T2，T5、T6和T9—11(圖1)這3個(gè)區(qū)域上，相應(yīng)的最大剪應(yīng)變增量分別為13.1με、17.4με和13.4με，其余各測點(diǎn)處的應(yīng)變增量均在10με之下。這表明在拐折斷層失穩(wěn)過程中，下斷層段及其拐點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹饕哪芰酷尫艆^(qū)。A1子事件發(fā)生時(shí)，拉張應(yīng)變松弛區(qū)域主要集中在拐點(diǎn)附近，形成1個(gè)明顯的相對拉張區(qū)，并在下斷層段上形成1條剪應(yīng)變增量集中區(qū)。此階段的平均應(yīng)變增量高值區(qū)出現(xiàn)在拐點(diǎn)附近，最大剪應(yīng)變增量場則集中在下斷層段。第2次斷層滑動(dòng)時(shí)，相對擠壓區(qū)向下斷層段遷移(圖6a)。

2.3 聲發(fā)射特征

對樣品黏滑過程中的聲發(fā)射信號進(jìn)行精定位分析發(fā)現(xiàn)，拐折斷層黏滑過程中的微破裂分布具有明顯的分區(qū)特征，即聲發(fā)射信號源主要集中在拐點(diǎn)附近和上、下斷層段的部分區(qū)域，而在其他區(qū)域很少(圖7)。在斷層黏滑過程中，微破裂的時(shí)間過程具有明顯的遷移特征，并成對出現(xiàn)，如下斷層段的AE249和AE303微破裂事件發(fā)生0.014s左右之后，AE250和AE304事件隨之出現(xiàn)在上斷層段。聲發(fā)射定位結(jié)果亦表明拐折斷層滑動(dòng)為雙震事件。圖7b為定位事件的全波形圖，斷層快速滑動(dòng)時(shí)，幾乎所有通道的波形峰值均出現(xiàn)溢出，這意味著斷層失穩(wěn)時(shí)伴隨強(qiáng)烈的彈性能釋放。

3 結(jié)論與討論

采用荷載、斷層位移、變形場和聲發(fā)射等多種測量手段，研究了5°拐折斷層黏滑過程的物理場演化特征，獲得如下初步認(rèn)識：

圖5 沿?cái)鄬臃植紲y點(diǎn)的應(yīng)變曲線Fig.5 Strain near fault versus time.

(1)在其他條件不變的條件下，5°拐折斷層的黏滑周期與加載速率在數(shù)值上具有對數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，黏滑應(yīng)力降和斷層位移隨著加載速率的降低而增大，但數(shù)值上關(guān)系不明確，需進(jìn)一步研究。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果有助于認(rèn)識構(gòu)造強(qiáng)震的發(fā)生機(jī)理和相關(guān)強(qiáng)余震特征，具有重要的借鑒價(jià)值，亦有利于研究地震監(jiān)測區(qū)的地震復(fù)發(fā)周期。

圖6 斷層快速滑動(dòng)過程中的應(yīng)變增量場Fig.6 Strain increment field during slip.

(2)5°拐折斷層的失穩(wěn)過程很少是單一事件，斷層位移、應(yīng)變場和聲發(fā)射測量結(jié)果均表明拐折斷層的失穩(wěn)大多數(shù)是雙震事件，2次子事件的間隔時(shí)間大多在100～200ms之間。在斷層失穩(wěn)過程中，第1次事件明顯強(qiáng)于第2次事件，彈性能釋放主要發(fā)生在第1次事件中。下斷層段及其拐點(diǎn)區(qū)為主要的能量釋放區(qū)，亦是拐折斷層的控震區(qū)域。

(3)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，同一采樣速率條件下，對于不同的觀測手段，臨震響應(yīng)存在差異性。例如，斷層滑動(dòng)失穩(wěn)前存在1個(gè)明顯的應(yīng)變?nèi)趸A段，而斷層位移觀測則未見明顯的變化。這表明不同的觀測手段對地震發(fā)生前后響應(yīng)的靈敏度存在差異性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明沿?cái)鄬拥膽?yīng)變測量結(jié)果的靈敏性更高些。另一方面，不同測量參量可能反映出了斷層失穩(wěn)機(jī)制的不同方面，如何在實(shí)驗(yàn)與野外測量中識別各物理參量所對應(yīng)的物理機(jī)制，能夠給地震發(fā)生機(jī)制的研究帶來新的信息和認(rèn)識。

圖7 聲發(fā)射定位結(jié)果及相應(yīng)的典型波形曲線Fig.7 AE sources and the typical corresponding waveforms.

(4)不同采樣頻率的觀測手段獲得的觀測結(jié)果對分析黏滑事件尤其是快速滑動(dòng)階段的斷層特征是不一致的，10Hz采樣的荷載記錄幾乎無法分辨雙震事件，而100Hz采樣的斷層位移記錄和應(yīng)變記錄結(jié)果則可分辨這樣的雙震事件。10MHz的聲發(fā)射數(shù)據(jù)則可分辨不同斷層段的微破裂的時(shí)間過程。

目前的研究結(jié)果為了解拐折斷層的快速失穩(wěn)過程提供了一些初步的認(rèn)識，仍無法獲得完整的黏滑事件的時(shí)空演化規(guī)律，需要借助于更高采樣速率的測量手段研究斷層失穩(wěn)的動(dòng)力學(xué)特征。進(jìn)一步的研究將為地震動(dòng)力學(xué)研究提供更為豐富細(xì)致的實(shí)驗(yàn)室證據(jù)，如不同幾何構(gòu)造和不同物性特征的斷層黏滑過程等。

感謝中國地震局地質(zhì)研究所劉力強(qiáng)研究員和劉培洵副研究員在實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析過程中給予的寶貴建議和意見。

杜晨曉，謝富仁，張揚(yáng)，等.2010.1976年MS7.8唐山地震斷層動(dòng)態(tài)破裂及近斷層強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)特征［J］.地球物理學(xué)報(bào)，53(2)：290—304.

DU Chen-xiao，XIE Fu-ren，ZHANG Yang，et al.2010.3Dmodeling of dynamic fault rupture and strong ground motion of the 1976 MS7.8 Tangshan earthquake［J］.Chinese JGeophys，53(2)：290—304(in Chinese).

國家地震局《一九七六年唐山地震》編輯組.1982.一九七六年唐山地震［M］.北京：地震出版社.33—70.

Editorial Group of 1976 Tangshan Earthquake of State Seismological Bureau.1982.The 1976 Tangshan Earthquake［M］.Seismological Press，Beijing.33—70(in Chinese).

呂政，李志田.1989.唐山地震的震源過程：可能存在的障礙體［J］.東北地震研究，5(1)：43—51.

Lü Zheng，LIZhi-tian.1989.Rupture process of Tangshan Earthquake：Possible barrier［J］.Seismological Research of Northeast China，5(1)：43—51(in Chinese).

馬瑾，劉力強(qiáng)，馬勝利.1999.斷層幾何與前兆偏離［J］.中國地震，15(2)：106—115.

MA Jin，LIU Li-qiang，MA Sheng-li.1999.Faultgeometry and departure of precursors from epicenter［J］.Earthquake Research in China，15(2)：106—115(in Chinese).

馬瑾，馬文濤，馬勝利，等.1995.5°拐折構(gòu)造變形物理場的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬［J］.地震地質(zhì)，17(4)：318—326.

MA Jin，MA Wen-tao，MA Sheng-li，et al.1995.Experimental study and numerical simulation of physical fields during the deformation of a 5°bend fault［J］.Seismology and Geology，17(4)：318—326(in Chinese).

馬瑾，馬勝利，劉力強(qiáng).1996.斷層幾何結(jié)構(gòu)與物理場的演化及失穩(wěn)特征［J］.地震學(xué)報(bào)，18(2)：200—207.

MA Jin，MA Sheng-li，LIU Li-qiang，et al.1996.Physical field evolution and instability properties of fault geometry［J］.Acta Seismologica Sinica，18(2)：200—207(in Chinese).

劉力強(qiáng)，馬瑾，馬勝利.1995.典型構(gòu)造背景應(yīng)變場特征及其演化趨勢［J］.地震地質(zhì)，17(4)：349—356.

LIU Li-qiang，MA Jin，MA Sheng-li.1995.Characteristics and evolution of background strain field on typical structure models［J］.Seismology and Geology，17(4)：349—356(in Chinese).

劉力強(qiáng)，雷興林.2003.超高速并行網(wǎng)絡(luò)聲發(fā)射觀測系統(tǒng)［J］.地震地質(zhì)，25(3)：477—480.

LIU Li-qiang，LEIXing-lin.2003.An acoustic emission acquiring system with ultra-high speed parallel net［J］.Seismology and Geology，25(3)：477—480(in Chinese).

劉培洵，劉力強(qiáng)，陳順云，等.2007.實(shí)驗(yàn)室聲發(fā)射三維定位軟件［J］.地震地質(zhì)，29(3)：674—679.

LIU Pei-xun，LIU Li-qiang，CHEN Shun-yun，etal.2007.Software for three-dimensional location of acoustic emission in laboratory［J］.Seismology and Geology，29(3)：674—679(in Chinese).

劉培洵，劉力強(qiáng)，黃元敏，等.2009.聲發(fā)射定位的穩(wěn)健算法［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，28(1)：2760—2764.

LIU Pei-xun，LIU Li-qiang，HUANG Yuan-min，et al.2009.Robust arithmetic for acoustic emission location ［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，28(1)：2760—2764(in Chinese).

張勇，馮萬鵬，許力生，等.2008.2008年汶川大地震的時(shí)空破裂過程［J］.中國科學(xué)(D輯)，38(10)：1186—1194.

ZHANG Yong，F(xiàn)ENG Wan-peng，XU Li-sheng，et al.2008.Spatial-temporal rupture process of the 2008 great Wenchuan Earthquake［J］.Science in China(Ser D)，38(10)：1186—1194(in Chinese).

張勇，許力生，陳運(yùn)泰.2009.2008年汶川大地震震源機(jī)制的時(shí)空變化［J］.地球物理學(xué)報(bào)，52(2)：379—389.

ZHANG Yong，XU Li-sheng，CHEN Yun-tai.2009.Spatio-temporal variation of the sourcemechanism of the 2008 great Wenchuan Earthquake［J］.Chinese JGeophys，52(2)：379—389(in Chinese).

鄭天榆，姚振興.1993.用近場記錄研究唐山地震的震源過程［J］.地球物理學(xué)報(bào)，36(2)：174—184.

ZHENG Tian-yu，YAO Zhen-xing.1993.Source process study of the Tangshan Earthquake using the near-field records［J］.Chinese JGeophys，36(2)：174—184(in Chinese).

Andrews D J.1989.Mechanics of fault junctions［J］.Journal of Geophysical Research，94(B7)：9389—9397.

Andrews D J.1994.Fault geometry and earthquakemechanics［J］.Annali Di Geofisica，Ⅹ(Ⅶ)：1341—1348.

Aydin A，Du Y.1995.Surface rupture ata faultbend：the 28 June 1992 Landers，California earthquake［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，85(1)：111—128.

Brace W F，Byerlee JD.1966.Stick-slip as amechanism for earthquakes［J］.Science，153：990—992.

Acharya H K.1997.Influence of fault bends on ruptures［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，87(6)：1691—1696.

Kato Naoyuki，Satoh Takashi，Xinglin Lei，et al.1999.Effect of fault bend on the rupture propagation process of stickslip ［J］.Tectonophysics，310：81—99.

King G，Nabelek J.1985.Role of faultbends in the initiation and termination of earthquake rupture［J］.Science，228：984—987.

King G C P.1986.Speculation on the geometry of the initiation and termination processes of earthquake rupture and its relation tomorphology and geological structure［J］.Pure and Applied Geophysics，124(3)：567—585.

EXPERIMENTAL STUDY ON STICK-SLIP PROCESSOF BENDING FAULTS

GUO Yan-shuang MA Jin YUN Long
(State key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China)

The stick-slip process of pre-cut bending faultswith a 5°angle at bending point between the two fault segments is investigated by use of fault displacementmeasurement，strain tensor analysis and acoustic emission(AE)technique in the laboratory.The dynamic process and corresponding properties of physical evolution are discussed.The experimental results from bending faults show that：1)A negative relationship was revealed between the logarithms of the stick-slip cycle and the logarithms of loading rate;2)Under different loading rate，most of instabilities of bending faults are earthquake doublets，and the interval time between the two sub-events are primarily from 100ms to 200ms;3)For different observational approaches，even if with the same sampling rate，the differences of the coseismic response were observed，such as the significant strain weakening stage indicated by strain measurements，but there was no significant change in fault displacement before fault instability;and 4)AE sources obviouslymigrated along faults during fault sliding.More dynamic information about fault instability process is needed to know the mechanism of strong earthquakes and the features of aftershocks.

bending faults，stick-slip process，earthquake doublet，physical field

P315.8

A

0253-4967(2011)01-0026-10

10.3969/j.issn.0253-4967.2011.01.003

2010-12-12收稿，2011-03-11改回。

國家自然科學(xué)基金(40872129)、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2004CB418405)、國家自然科學(xué)青年基金(40802044)和中國博士后科學(xué)基金(20070420414)共同資助。

郭彥雙，男，1976年出生，2007年畢業(yè)于山東大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)，獲博士學(xué)位，主要從事斷層擴(kuò)展與失穩(wěn)機(jī)制等方面的研究工作，電話：010-62009112，E-mail：guoysh@126.com。