平直走滑斷層亞失穩(wěn)狀態(tài)的位移場協(xié)同化特征
——基于巖石數(shù)字圖像變形相關(guān)分析方法

卓燕群 馬 瑾 郭彥雙

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

亞失穩(wěn)階段在斷層的粘滑過程中是非常短暫的時段，并有可能導(dǎo)致斷層的快速失穩(wěn)，故識別斷層亞失穩(wěn)狀態(tài)，對評估斷裂區(qū)內(nèi)的地震危險性具有重要意義。實(shí)驗(yàn)選擇平直走滑斷層的粘滑事件作為研究對象，研究亞失穩(wěn)過程中位移場的時空響應(yīng)特征，進(jìn)而探索亞失穩(wěn)狀態(tài)的變形場標(biāo)志。選用300 mm×300 mm×50 mm的房山花崗巖樣品，沿對角線切開形成平直走滑斷層，在平臥式雙軸伺服壓機(jī)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用高速相機(jī)以1000幀/秒的速度記錄樣品中部區(qū)域的斷層滑動前后的數(shù)字圖像，采用汲云濤撰寫的高精度二維數(shù)字圖像相關(guān)方法計(jì)算失穩(wěn)滑動前31 s到失穩(wěn)滑動后3 s之間的斷層位移（失穩(wěn)滑動的最大滑動速率起點(diǎn)定為時間零點(diǎn)）。

斷層位移的演化過程如下：

（1）斷層位移時空分布顯示，斷層不同部位具有左行（負(fù)值位移）與右行（正值位移）兩種運(yùn)動方式（斷層總體的運(yùn)動是右行，這種左行與右行運(yùn)動是相對的，體現(xiàn)了斷層兩側(cè)不同部位的位移速率的差異），但隨著加載時間的增加，斷層各部位的運(yùn)動方式趨向右行，顯示出一致性的協(xié)同化活動。這說明斷層失穩(wěn)過程也是其各部位由獨(dú)立活動趨向協(xié)同化活動的過程，失穩(wěn)可以理解為位移協(xié)同化的完成。

（2）150～190號數(shù)字?jǐn)鄬游灰朴?jì)之間在約-20 s以后出現(xiàn)明顯的正值大位移區(qū)，該區(qū)范圍在約-5 s和約-1.5 s出現(xiàn)兩次突然擴(kuò)展，同時伴隨負(fù)值位移區(qū)的突然縮小，這兩個時間點(diǎn)與荷載的亞失穩(wěn)I與亞失穩(wěn)II的時間起點(diǎn)相接近。這說明，標(biāo)志亞失穩(wěn)階段的區(qū)域應(yīng)力場的整體釋放在位移場上的響應(yīng)特征，即斷層位移協(xié)同化作用的加強(qiáng)。

（3）各數(shù)字?jǐn)鄬游灰朴?jì)所測得的平均斷層位移變化曲線（圖 1b）表明，斷層失穩(wěn)前的整體位移變化趨勢呈現(xiàn)非線性特征。

綜上所述：

（1）在荷載偏離線性階段，斷層位移也呈現(xiàn)非線性的特征。失穩(wěn)過程是斷層各部分由獨(dú)立活動向協(xié)同化活動的轉(zhuǎn)化過程，失穩(wěn)代表協(xié)同化的完成。

（2）斷層位移場對亞失穩(wěn)狀態(tài)的響應(yīng)特征表現(xiàn)為位移協(xié)同化的加強(qiáng)。

圖1 觀測區(qū)域布置(a)及斷層位移-時間曲線(b)