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近日，国际权威学术期刊《自然通讯》（Nature Communications）发表题为“Laboratory earthquakes decipher control and stability of rupture speeds”（实验室研究破解地震破裂速度的控制因素及稳定性）的创新研究成果。该成果由我校夏开文教授团队联合中国、美国、法国科学家共同完成，中国地质大学（北京）为第一署名单位，工程技术学院博士后董鹏为该成果的第一作者，夏开文教授为独立通讯作者。 文章截图
地震破裂扩展速度是影响地震强地面运动的重要因素，它决定了天然地震破坏力的大小，特别是破裂速度超过断层岩石介质剪切波速（Cs）的超剪切地震（比如2001可可西里地震），破坏力尤其巨大。传统的地震破裂理论认为，破裂速度只有在等于岩石介质的Rayleigh波速（CR≈0.92Cs）和超过Eshelby速度（CE≈1.414[url=]Cs[/url]）时才能保持稳定，且地震破裂在起始阶段通常是低于Rayleigh波速，然后通过Burridge-Andrews转换机制来达到超剪切破裂速度。然而，以2018年Mw7.5 Palu地震为代表的几个地震现象挑战了这一传统认识，这些地震不需要转换就能达到超剪切破裂，并且能以低于Eshelby速度的超剪切速度稳定扩展。此外，大量天然地震的破裂速度低于Rayleigh波速，这也与传统地震破裂速度理论存在矛盾。总之，天然地震破裂现象的观测结果对传统地震破裂理论构成极大挑战，地震破裂的速度范围及其控制因素成为困扰地震物理学家的重要科学问题，人们亟需破解这一难题并进一步获得地震破裂速度的基本模型。 针对上述科学问题，我校博士后董鹏、夏开文教授与合作者以室内地震力学实验为基础，从地震成核过程、破裂传播过程、同震应力演化等方面对地震破裂过程进行了系统研究，对地震破裂取得了崭新的认识。研究发现，在均匀载荷作用下，平直断层的自发破裂能够以低于CR的亚剪切速度或者低于CE的超剪切速度稳定地传播，自发成核的地震在破裂起始阶段就可以获得稳定的超剪切破裂速度，并不需要通过Burridge-Andrews转换机制来达到超剪切破裂。研究成果揭示了断层驱动力对地震破裂速度起到关键的控制作用，也首次建立了地震破裂的基本力学模型。在此基础上，研究人员重新划分了地震破裂速度稳定区间，经过进一步分析对比发现，实验室中获得的地震破裂速度稳定区间与天然走滑地震的破裂速度分布范围保持高度一致。该研究成果澄清了长期以来关于地震破裂速度控制因素及稳定性的争议，解释了数个关于破裂速度的地震学观测结果，建立了地震破裂的基本力学模型。 该研究得到了国家自然科学基金委项目（42174061和42141010），中国博士后科学基金特别资助项目（2022TQ0319）以及加拿大自然科学与工程研究基金（72031326）的支持。 夏开文，中国地质大学（北京）教授/博导，国家高层次人才（2014），国家自然科学基金碳中和专项（2021）、科技部重点研发计划课题（2018）等项目负责人，长期从事工程地质灾害、地震力学及岩石动力学研究，在Science、Nature Communications、GRL和JGR-Solid earth等刊物发表SCI论文100余篇，2020年起位列地质工程领域全球前2%顶尖科学家榜单，曾获中国岩石力学与工程学会自然科学特等奖（排名第1），担任国际岩石力学领域著名期刊RMRE副主编（2022）、中国岩石力学与工程学会理事等职务。第一作者董鹏，我校工程技术学院求真博士后，主要研究方向为震源物理过程与地震断层力学。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38137-w
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发表于 2023-5-29 13:14:19
