粘滑過(guò)程中的多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)

李普春 劉力強(qiáng) 郭玲莉 劉培洵

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

0 引言

地殼運(yùn)動(dòng)在不同的時(shí)空尺度上都是不均勻的，大到地質(zhì)歷史上的造山運(yùn)動(dòng)，小到一條斷層的位移。地震是地殼運(yùn)動(dòng)的一種形式，其震源過(guò)程在時(shí)空上也是不均勻的。然而，在關(guān)于震源過(guò)程的早期描述上，由于觀測(cè)密度不夠，為了便于處理選擇了比較簡(jiǎn)單的力學(xué)模型。因此，早期許多地震學(xué)的理論或方法建立在單震源或者點(diǎn)源模型之上，在此基礎(chǔ)上提出了一整套經(jīng)典的震源理論(Aki，1966;陳運(yùn)泰等，1992)，包括從最初的彈性回跳理論到后續(xù)的位錯(cuò)模型、點(diǎn)源單力偶模型和雙力偶模型等。20世紀(jì)80年代學(xué)者開始注意到一次地震包含多點(diǎn)位錯(cuò)的現(xiàn)象(Snay et al.，1985)。最近10多年來(lái)，通過(guò)高密度寬頻帶臺(tái)網(wǎng)對(duì)許多地震的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，一些大地震并非只由一個(gè)震源引起，在地震的瞬間可能有多個(gè)震源存在(Jones et al.，1997;馬超等，2006)。例如，汶川地震就曾經(jīng)被拆解為多個(gè)順序發(fā)生的次級(jí)地震(張勇等，2008，2009;杜海林等，2009)。但這種現(xiàn)象多見于大地震，而在小地震過(guò)程中由于破裂尺度小于地震波的波長(zhǎng)，觀測(cè)到多震源的報(bào)告并不多見。

實(shí)驗(yàn)室中的粘滑實(shí)驗(yàn)研究中也曾經(jīng)利用聲發(fā)射(Acoustic Emission，以下簡(jiǎn)稱AE)波數(shù)據(jù)對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行過(guò)研究，并取得了一些成果。例如定位、震源機(jī)制解(Lockner et al.，1977;陳颙，1977;Sondergeld et al.，1982;陳颙等，1990;雷興林等，1991;Lockner，1993;馬文濤等，1995a，b;Hardy，1999;劉力強(qiáng)等，1999;蔣海昆，2000;劉培洵等，2007;Grosse et al.，2008;Ben-David et al.，2010)等等。與天然地震研究的基本物理模型類似，這些工作大多數(shù)也都是基于單震源位錯(cuò)模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。即使是與天然小地震相比，實(shí)驗(yàn)室粘滑事件的尺度還是小得多。那么在實(shí)驗(yàn)室尺度上的粘滑事件可能存在類似于天然大地震的多震源或多點(diǎn)位錯(cuò)現(xiàn)象嗎?由于野外很難預(yù)知地震斷層，因此難以在地震時(shí)進(jìn)行沿?cái)鄬拥臉O近場(chǎng)觀測(cè)。在實(shí)驗(yàn)室條件下，從樣品上預(yù)制的斷層附近直接觀測(cè)獲得粘滑過(guò)程中的多點(diǎn)位錯(cuò)現(xiàn)象則是完全可能的。

由于多點(diǎn)滑動(dòng)本質(zhì)上是力學(xué)場(chǎng)的復(fù)雜性決定的，而AE僅僅是振動(dòng)信號(hào)，還難以標(biāo)定，因此其力學(xué)意義不夠明確。要研究多點(diǎn)震源問(wèn)題，首先要能夠觀測(cè)瞬時(shí)變化的復(fù)雜力學(xué)場(chǎng)，但需要有較高性能的觀測(cè)系統(tǒng)。在以往的一些研究中(雷興林，1995;馬文濤等，1995a，b;鄧志輝等，1995;蔣海昆，2000)，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，系統(tǒng)的觀測(cè)能力比較低，尤其是應(yīng)變記錄儀的采樣頻率較低，穩(wěn)定狀態(tài)下的采樣頻率僅為20～50Hz左右，而且其信噪比也不高，難以記錄更多關(guān)于粘滑失穩(wěn)事件瞬間的數(shù)據(jù)資料。隨著技術(shù)的進(jìn)步，劉力強(qiáng)、郭玲莉等2011年完成對(duì)中頻應(yīng)變系統(tǒng)的研制開發(fā)，其采樣頻率大大提高到3.5kHz左右，可以捕獲更多斷層失穩(wěn)的瞬態(tài)數(shù)據(jù)，能夠提供更多斷層失穩(wěn)瞬時(shí)變化的力學(xué)場(chǎng)，尤其為研究多點(diǎn)震源錯(cuò)動(dòng)時(shí)將聲發(fā)射場(chǎng)與瞬態(tài)應(yīng)變應(yīng)力場(chǎng)之間進(jìn)行對(duì)比提供了可能(GUO et al.，2013)。

本文從聲發(fā)射和應(yīng)變場(chǎng)這兩方面進(jìn)行分析。在聲發(fā)射方面，包括對(duì)粘滑事件的定位，近場(chǎng)聲發(fā)射波的初動(dòng)方位空間分布，在應(yīng)變場(chǎng)方面，主要從應(yīng)變的分布情況，快速滑動(dòng)時(shí)的應(yīng)變振蕩頻率和失穩(wěn)瞬間應(yīng)變?cè)隽砍鮿?dòng)方位空間分布等，來(lái)分析粘滑過(guò)程中震源多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)的現(xiàn)象。

1 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)中使用一臺(tái)多通道聲發(fā)射儀記錄AE全波形數(shù)據(jù)。儀器設(shè)定參數(shù)為:16個(gè)信號(hào)通道，采樣頻率10MHz，一次觸發(fā)波形的采樣點(diǎn)數(shù)為4 096(對(duì)應(yīng)采樣時(shí)窗寬度為400ms)，系統(tǒng)死時(shí)間(劉力強(qiáng)，2003)約為10ms。該系統(tǒng)可記錄到的AE頻帶大致為20～500kHz，對(duì)應(yīng)聲發(fā)射波長(zhǎng)大致為幾個(gè)mm至上百mm范圍，最大振幅為±1v，噪聲水平為0.5mv。由于本次實(shí)驗(yàn)是對(duì)粘滑期間的大應(yīng)力降事件進(jìn)行研究，希望僅僅記錄能量較大的AE事件，因此將系統(tǒng)的增益設(shè)定得較低(100倍)，觸發(fā)門檻值設(shè)定得較高(50%)，以盡量減少處理小能量事件造成的系統(tǒng)死時(shí)間。

本實(shí)驗(yàn)采用一套新研制的多通道高頻應(yīng)變儀記錄粘滑應(yīng)力降期間的瞬態(tài)應(yīng)變場(chǎng)。該應(yīng)變儀具有64個(gè)信號(hào)通道，應(yīng)變分辨率約為1με，每個(gè)通道的采樣頻率均為3 400Hz，采用連續(xù)記錄方式工作。在突發(fā)應(yīng)力降的幾百ms期間，利用本系統(tǒng)可以記錄多點(diǎn)的瞬時(shí)應(yīng)變變化過(guò)程，其采樣間隔約為300μs，與AE的采樣時(shí)窗大體相當(dāng)，因此可以有效地與AE事件對(duì)比分析。

本次實(shí)驗(yàn)聯(lián)合觀測(cè)聲發(fā)射和高頻應(yīng)變信號(hào)，2種傳感器組成如圖1所示的觀測(cè)組，每組包含3個(gè)應(yīng)變片與1個(gè)AE傳感器。3個(gè)應(yīng)變片A，B，C組成1個(gè)應(yīng)變張量求解點(diǎn)，張量值用應(yīng)變橢圓的最大主應(yīng)變?chǔ)?、最小主應(yīng)變?chǔ)?及其方位角θ來(lái)表示。從各個(gè)應(yīng)變片所獲得的觀測(cè)值εA，εB，εC求解張量解的公式如下:

利用這個(gè)架構(gòu)，在預(yù)制斷層發(fā)生滑動(dòng)所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)被AE傳感器所接收的時(shí)刻，可以獲得其周邊的瞬間應(yīng)變場(chǎng)。

因而，目標(biāo)達(dá)成度的“S-E-C-G”模型(S-student，E-expert，C-company，G-grade)為：

實(shí)驗(yàn)樣品的材料為北京房山花崗閃長(zhǎng)巖，規(guī)格為300mm×300mm×50mm，在對(duì)角線預(yù)制1條45°平直斷層，形成簡(jiǎn)單剪切結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)為了能在樣品的預(yù)制斷層附近進(jìn)行直接觀測(cè)，以獲得可靠的數(shù)據(jù)，在樣品上沿著預(yù)制切縫布置了12個(gè)上述觀測(cè)組，共有12個(gè)聲發(fā)射傳感器和36個(gè)應(yīng)變片組成。如圖2所示。當(dāng)然，單線布設(shè)的檢波器并不利于初動(dòng)輻射花樣的監(jiān)測(cè)和破裂位置定位。但是，如果認(rèn)為在單剪粘滑實(shí)驗(yàn)中，失穩(wěn)滑動(dòng)主要是在斷層上發(fā)生的，只需要在這種直線型布設(shè)的陣列中判斷AE到時(shí)的先后以及波形初動(dòng)的方向，就可以判斷粘滑事件的起始位置。

圖1 聲發(fā)射和應(yīng)變片2組傳感器組成圖Fig.1 The AE sensor and strain sensor combination.

圖2 實(shí)驗(yàn)樣品和實(shí)驗(yàn)記錄系統(tǒng)示意圖Fig.2 The schematic illustration of sample and the experimental record system.

實(shí)驗(yàn)樣品如圖所示放置，其中C，D兩側(cè)為不動(dòng)端，壓機(jī)從A，B兩側(cè)向樣品加載，A側(cè)向右為X方向，B側(cè)向上為Y方向。首先X、Y兩個(gè)方向上都以同樣的加載速率(0.8MPa/min)同步增長(zhǎng)至10MPa。其后，保持X方向的壓力穩(wěn)定不變，Y方向以0.5μm/s的穩(wěn)定位移速度給樣品加載。其中，在3 810s和4 210s處Y軸的速率分別改成了1μm/s和0.2μm/s，在4 530s處又改成1μm/s。到5 135s時(shí)進(jìn)入卸載階段，最后完成實(shí)驗(yàn)，如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)加載位移曲線圖Fig.3 The curve experimental of load vs.displacement.圖中①為實(shí)驗(yàn)中粘滑失穩(wěn)序號(hào)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中，以一次明顯的宏觀應(yīng)力降為一次粘滑失穩(wěn)事件，每一次失穩(wěn)事件中包含1次到3次明顯應(yīng)變值的快速變化，而每一次應(yīng)變值的快速變化稱為一個(gè)子事件，一個(gè)子事件一般對(duì)應(yīng)產(chǎn)生1個(gè)AE事件(圖4)。在實(shí)驗(yàn)中，共有26次粘滑失穩(wěn)事件。其中，包含3個(gè)子事件的粘滑失穩(wěn)事件有8次，包含2個(gè)子事件的粘滑失穩(wěn)有8次，只有1個(gè)子事件的失穩(wěn)事件有10個(gè)，在此選擇其中部分事件進(jìn)行詳細(xì)分析與統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

2.1 聲發(fā)射

整體上看，由于在3 810s處改變了軸向加載速率，在3 810s以前的8次失穩(wěn)粘滑事件中，除第1次事件外，每一個(gè)粘滑事件均對(duì)應(yīng)著3個(gè)AE事件。在改變軸向加載速率以后的粘滑事件中，每次對(duì)應(yīng)的AE事件個(gè)數(shù)多為2個(gè)，也存在單個(gè)的，其AE事件個(gè)數(shù)與加載速率有關(guān)。

在第2到第6次失穩(wěn)滑動(dòng)事件中，每次事件均包含3次AE事件，各次AE發(fā)生的間隔約為(100±15)ms，第1個(gè)和第2個(gè)AE事件之間的間隔明顯長(zhǎng)于第2個(gè)與第3個(gè)AE事件。從空間上看，3個(gè)成組事件中的每一個(gè)聲發(fā)射分別被不同位置上的傳感器最先接收，它們顯然發(fā)生在斷層的不同位置。但是也存在不同的情況，第7次和第8次失穩(wěn)滑動(dòng)事件產(chǎn)生的AE事件均被12號(hào)聲發(fā)射傳感器最先接收到，它們也可能發(fā)生于斷層的同一位置。

以第3次失穩(wěn)事件為例，分別對(duì)其包含的3次AE事件的到時(shí)定位和初動(dòng)方位空間分布進(jìn)行對(duì)比分析(第3次失穩(wěn)事件對(duì)應(yīng)的事件號(hào)為Event3，其包含的3個(gè)AE事件對(duì)應(yīng)的事件號(hào)分別為 No.5，No.6，No.7，下文中沒(méi)有特別指明時(shí)均同)。

2.1.1 聲發(fā)射信號(hào)的到時(shí)和定位

圖4 失穩(wěn)事件、子事件和AE事件關(guān)系圖Fig.4 Relations between stick-slip event，sub-event and AE event.圖中1次失穩(wěn)粘滑事件中包含3個(gè)子事件，每一次子事件產(chǎn)生1個(gè)AE事件

將每一次錯(cuò)動(dòng)子事件對(duì)應(yīng)的各個(gè)通道波形到時(shí)進(jìn)行分析，圖5a，b，c中分別用短紅豎線標(biāo)出了每一個(gè)通道信號(hào)的初動(dòng)到時(shí)。假定每一次子事件只有1個(gè)震源，并符合彈性波的傳播關(guān)系。由最小初動(dòng)到時(shí)的通道確定為該次子事件震源的大致位置，利用傳播關(guān)系，根據(jù)相鄰?fù)ǖ赖木嚯x與相鄰?fù)ǖ澜邮章暟l(fā)射的到時(shí)差計(jì)算出其對(duì)應(yīng)的傳播速度。計(jì)算公式如下:

式中，di+1和di為相鄰2個(gè)傳感器的距離，ti+1和ti為相鄰2個(gè)傳感器接收聲發(fā)射波的初動(dòng)到時(shí)。計(jì)算結(jié)果如表1所示。從表1中的結(jié)果可以看到，每2個(gè)通道的速度相差很大，并不能獲得一個(gè)相對(duì)一致的速度，甚至出現(xiàn)了負(fù)速度，即在同一個(gè)子事件里的各個(gè)通道的信號(hào)并非完全符合傳播關(guān)系，從這個(gè)意義上說(shuō)，在更次一級(jí)的一次子事件中也可能存在多個(gè)錯(cuò)動(dòng)點(diǎn)源。

2.1.2 聲發(fā)射的近場(chǎng)初動(dòng)方位空間分布情況

在圖5a中，No.5號(hào)AE事件中從12號(hào)探頭到1號(hào)探頭的初動(dòng)方位均為負(fù)(圖5 a);而No.6號(hào)事件中，1～4通道的初動(dòng)方位較為清晰，均為正，而遠(yuǎn)離1通道的一些通道初動(dòng)方位稍微比較不清晰(圖5 b);圖5c中，No.7號(hào)事件第2通道和第3通道的初動(dòng)方位出現(xiàn)明顯的反向現(xiàn)象，其第1，2通道的初動(dòng)方位為負(fù)，而第3通道往后更大序號(hào)通道的初動(dòng)方位為正(圖5 c)。

表1 每次AE事件中兩相鄰?fù)ǖ赖牡綍r(shí)差所求得的速度(單位:m/s)Table 1 the velocity of adjacent channels of AE(m/s)

圖5 第3次失穩(wěn)粘滑事件中AE事件信號(hào)到時(shí)和波形初動(dòng)空間分布圖Fig.5 The distribution map of the arrival time and first motion of AE in No.3 stick-slip event.

經(jīng)典的震源理論推測(cè)震源的周圍地震波初動(dòng)方位是呈四象限分布(Aki et al.，1980)。從某種意義上說(shuō)，本次實(shí)驗(yàn)布置的1～12號(hào)傳感器中，從平面上看，是半無(wú)限空間的輻射平面，相鄰傳感器接收到的AE波形初動(dòng)方向的反向恰好指示了震源所在。因此，通過(guò)分析這3次子事件產(chǎn)生的聲發(fā)射初動(dòng)方位的空間分布，可以判斷它們是來(lái)自不同震源。

2.2 應(yīng)變場(chǎng)

本文討論的應(yīng)變是由1～12組應(yīng)變花測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算之后沿預(yù)制斷層上的投影分量(本文以壓應(yīng)力為負(fù)值，張應(yīng)力為正值)。

如圖6所示。圖6a，b為斷層的一側(cè)中12組應(yīng)變花對(duì)應(yīng)的正應(yīng)變和剪應(yīng)變。從總體上看，應(yīng)變的空間分布不均勻(圖6 a，b)。其中3 810s以前8次失穩(wěn)事件中，每一次失穩(wěn)事件均出現(xiàn)明顯的3次應(yīng)變值的快速改變(圖4)。并且在應(yīng)變值的快速變化之后的20ms期間內(nèi)，應(yīng)變出現(xiàn)頻率較高的快速振動(dòng)，其頻率為300～600Hz不等。圖6c為第3次失穩(wěn)事件對(duì)應(yīng)的正應(yīng)變?cè)隽亢图魬?yīng)變?cè)隽垦財(cái)鄬拥姆植记闆r，從圖中可以看出1次失穩(wěn)粘滑對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恳矘O不均勻(圖6 c)。

圖6 應(yīng)變時(shí)間、空間分布圖Fig.6 The time-space distribution map of strain.

為了能與聲發(fā)射相對(duì)比，筆者選取了第3次失穩(wěn)事件中第11號(hào)應(yīng)變花對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)應(yīng)變場(chǎng)進(jìn)行分析，如圖7 b所示，從開始預(yù)滑到最后的粘滑停止，一共持續(xù)了620ms，整個(gè)失穩(wěn)事件包含3次快速滑動(dòng)階段，這3次快速滑動(dòng)震動(dòng)共持續(xù)130ms，時(shí)間順序上也有明顯的差異，其中前2個(gè)事件的時(shí)間間隔為63.12ms(圖7 b)，No.6與No.7號(hào)事件的時(shí)間間隔為52.19ms。這3次快速滑動(dòng)的錯(cuò)動(dòng)事件發(fā)生的時(shí)間間隔與對(duì)應(yīng)的3個(gè)AE事件的時(shí)間間隔精確的一致。

單純從應(yīng)變資料來(lái)分析粘滑的多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)，最新的研究發(fā)現(xiàn):失穩(wěn)事件包括預(yù)滑動(dòng)階段、快速滑動(dòng)高頻振蕩階段和低頻波動(dòng)止滑階段3個(gè)完整的部分(圖7 a)。包括本研究的最近一系列實(shí)驗(yàn)中，記錄到有些粘滑事件并不是簡(jiǎn)單地分為以上這3個(gè)過(guò)程，在預(yù)滑動(dòng)階段之后，進(jìn)入快速滑動(dòng)震動(dòng)，快速滑動(dòng)之后并沒(méi)有進(jìn)入下一個(gè)低頻波動(dòng)止滑階段，而是繼續(xù)進(jìn)入第2個(gè)快速滑動(dòng)震動(dòng)相階段，之后進(jìn)入第3個(gè)快速滑動(dòng)震動(dòng)相階段。經(jīng)過(guò)3次快速滑動(dòng)震動(dòng)之后，才進(jìn)入低頻波動(dòng)止滑階段(圖7 b)。如果獨(dú)立地將圖中的①、②、③階段對(duì)應(yīng)的每一次快速滑動(dòng)看作為1個(gè)子事件，而每一個(gè)子事件對(duì)應(yīng)1個(gè)錯(cuò)動(dòng)事件，因此從宏觀上來(lái)看，1次粘滑失穩(wěn)事件中包含不同時(shí)刻的3次錯(cuò)動(dòng)子事件。

圖7 失穩(wěn)粘滑事件應(yīng)變變化圖Fig.7 The variation of strain of stick-slip event.

圖8 第3次失穩(wěn)粘滑瞬間應(yīng)變分布圖Fig.8 The distribution map of transient strain during the No.3 stick-slip event.

2.2.1 瞬態(tài)應(yīng)變場(chǎng)分布情況

文中的瞬態(tài)應(yīng)變場(chǎng)描述的是粘滑事件從預(yù)滑階段到低頻波動(dòng)止滑階段的應(yīng)變場(chǎng)。從處理的應(yīng)變場(chǎng)結(jié)果來(lái)看，沿?cái)鄬拥目臻g分布上正應(yīng)變和剪應(yīng)變都很不均勻，如圖8 a所示:圖中2號(hào)和3號(hào)應(yīng)變花的正應(yīng)變均比兩旁的1號(hào)和4號(hào)小，出現(xiàn)局部的谷值。10號(hào)應(yīng)變花中的正應(yīng)變也比兩旁的9號(hào)和11號(hào)應(yīng)變花對(duì)應(yīng)的正應(yīng)變量大，也出現(xiàn)了局部的峰值(圖8 a)。同樣地，剪應(yīng)變?cè)?號(hào)8號(hào)以及11號(hào)應(yīng)變花中也出現(xiàn)了多個(gè)峰值或谷值(圖8 b)。這種在同一斷層面上多個(gè)峰值或谷值的現(xiàn)象，很難用單震源來(lái)解釋，而在多個(gè)震源的情況中，則會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

圖9a和圖9b是分別關(guān)于第3次失穩(wěn)粘滑過(guò)程中正應(yīng)變和剪應(yīng)變?cè)隽糠植紙D，從圖中可以看到，正應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)和剪應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)都不均勻分布，而且關(guān)于某一點(diǎn)呈局部對(duì)稱分布并出現(xiàn)局部極值現(xiàn)象(圖9 a)，這表明在粘滑事件過(guò)程中，正應(yīng)變或者剪應(yīng)變是以局部對(duì)稱中心為起始點(diǎn)，應(yīng)變開始迅速改變，而這些起始點(diǎn)，可能是多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)的震源所在。其對(duì)應(yīng)的物理本質(zhì)為應(yīng)力場(chǎng)在空間上的不均勻分布。圖9a，b中標(biāo)出了聲發(fā)射事件的定位，其位置與正應(yīng)變和剪應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)出現(xiàn)的局部極大值的位置大致相符(圖9 a，b)。

圖9 第3次失穩(wěn)粘滑瞬間正應(yīng)變和剪應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)分布圖Fig.9 The distribution of strain incremental field during the No.3 stick-slip event.

2.2.2 應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)空間分布情況

圖9是第3次失穩(wěn)事件在失穩(wěn)前200ms到失穩(wěn)后300ms期間沿著斷層帶的正應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)和剪應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)分布圖。圖9b中，第10、11和12號(hào)應(yīng)變花對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽烤鶠檎?，?和2號(hào)應(yīng)變花對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恳矠檎?第4、5和6號(hào)應(yīng)變花對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽繛樨?fù)值(圖9 b)。應(yīng)變?cè)隽繛檎禃r(shí)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變波表現(xiàn)為向外擴(kuò)展;而對(duì)于負(fù)值，其對(duì)應(yīng)的應(yīng)變波表現(xiàn)為向內(nèi)收縮，總體指示了在粘滑失穩(wěn)瞬間應(yīng)力沿?cái)鄬拥牟痪鶆蜥尫?。剪?yīng)變?cè)隽繄?chǎng)的初動(dòng)空間分布，與上文對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射波場(chǎng)的初動(dòng)空間分布大致相對(duì)應(yīng)，也能判定是非單點(diǎn)震源的初動(dòng)空間分布模式。

3 討論與結(jié)語(yǔ)

(1)高精度、高時(shí)間分辨率的觀測(cè)證實(shí)，一次粘滑過(guò)程是由發(fā)生在斷層上不同位置上的多次次級(jí)滑動(dòng)組成的。高速應(yīng)變系統(tǒng)清楚地記錄到粘滑過(guò)程明確劃分為2至3次子事件，每個(gè)子事件對(duì)應(yīng)的最早的聲發(fā)射波出現(xiàn)在斷層的不同部位，表現(xiàn)出第1層次的多點(diǎn)滑動(dòng)特征。沿?cái)鄬訋Р荚O(shè)的聲發(fā)射傳感器可以記錄到每個(gè)子事件發(fā)生瞬間各個(gè)位置接受到的振動(dòng)信號(hào)?？梢钥吹?，各點(diǎn)的聲發(fā)射信號(hào)起跳時(shí)間并不符合從最早的起點(diǎn)向外傳播的規(guī)律，由此推測(cè)每個(gè)子事件的錯(cuò)動(dòng)也是通過(guò)多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)完成的。

(2)觀測(cè)顯示，沿著剪切面存在一個(gè)起伏變化的復(fù)雜應(yīng)變場(chǎng)，高速瞬時(shí)滑動(dòng)過(guò)程中沿?cái)鄬訋?yīng)變能的釋放也是不均勻的。應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)中出現(xiàn)的局部極值點(diǎn)的位置與聲發(fā)射事件的位置大體相符，AE初動(dòng)方位和應(yīng)變?cè)隽繄?chǎng)的變化方向之間密切相關(guān)等特性都說(shuō)明應(yīng)變場(chǎng)的基本框架與能量釋放特征構(gòu)成了多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)的基本力學(xué)條件。

(3)在以往的一些研究中，常常將一些大粘滑事件對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射事件無(wú)法定位歸結(jié)于信號(hào)的噪聲太大，到時(shí)的拾取誤差和算法以及系統(tǒng)的時(shí)間不同步等(馬瑾，1995;馬文濤，1995a，b;雷興林，1995;劉力強(qiáng)，1999;蔣海昆等，1999;巴晶等，2004;胡新亮等，2004;劉培洵等，2009)。從多點(diǎn)滑動(dòng)的觀點(diǎn)上看，難以定位的原因還可能是由于同一組到時(shí)波形未必來(lái)自一個(gè)震源，建立在單點(diǎn)源模型上的各種數(shù)據(jù)計(jì)算處理方法自然無(wú)法求得正確結(jié)果。從這個(gè)意義上看，以往的粘滑事件無(wú)法定位現(xiàn)象，說(shuō)明了多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象早已經(jīng)被觀測(cè)過(guò)，只是沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)。

(4)本實(shí)驗(yàn)記錄到了震源的多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，它們大多可以在應(yīng)力降(起始破裂尺度)較大的失穩(wěn)事件中被觀測(cè)到，小能量事件對(duì)應(yīng)的起始破裂的尺度較小，記錄尚不清楚。這與天然地震中報(bào)告的多點(diǎn)震源現(xiàn)象多見于大地震而小地震由于破裂尺度與波長(zhǎng)的關(guān)系難以被記錄的情況是一致的。所以一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為地震粘滑過(guò)程本質(zhì)上是非均勻的，必然存在不同尺度的多點(diǎn)滑動(dòng)現(xiàn)象。在一定靈敏度的觀測(cè)系統(tǒng)中，可能觀測(cè)到一定能量范圍的大事件多點(diǎn)滑動(dòng)事件，小事件則由于分辨率不足，被當(dāng)作了均勻過(guò)程。在極近場(chǎng)條件下，往往容易獲得多點(diǎn)錯(cuò)動(dòng)，而遠(yuǎn)場(chǎng)情況下各次微小錯(cuò)動(dòng)之間的差別可能被淹沒(méi)。尺度的大小是同時(shí)相對(duì)于事件強(qiáng)度與觀測(cè)距離而言的。在實(shí)踐中，需要根據(jù)實(shí)際情況，判斷選擇合理的震源物理模型。