隐伏活断层破裂在上覆沉积层的扩展特征及规律研究

本研究的目标是通过实验模拟典型隐伏活断层破裂在上覆沉积层扩展活动，揭示断层在上覆沉积层及地表的破裂扩展特征和规律；建立描述隐伏活断层破裂在沉积层扩展行为的数学模型，开发出有效模拟隐伏活断层破裂在沉积层扩展的有限差分软件包。 主要的研究内容有：1）采用地质力学磁力模型实验模拟隐伏活断层蠕滑和粘滑运动，通过白光数字散斑相关法分析滑动速率沿断层上断点在沉积层深浅部及地表的演化规律；2）实验研究隐伏活断层产状、滑动速率、滑动位移量、上覆沉积层厚度和物理力学性质对活断层破裂在沉积层中的扩展特征和规律的影响；3）研究地震地表破裂带破裂形态、破裂长度、宽度和走向的扩展特征和规律受隐伏活断层构造和沉积层的影响；4）基于实验研究、岩土力学和损伤力学建立描述含接触面的隐伏活断层破裂在沉积层扩展行为的数学模型，建立求解上述数学模型的有限差分求解格式，开发出有限差分软件包，模拟活断层破裂在沉积层的扩展。

研制了针对走滑断层和逆断层破裂扩展研究的模型实验系统和相似材料，改进了DICM观测非连续变形场的技术，研制了3D-DICM 的观测系统。走滑断层破裂在上覆沉积层和地表的扩展过程中，受断层基岩的错动位移量控制，地表变形带宽度随断层位移量呈近二次曲线增大，并最终趋于稳定；地表破裂带影响范围随沉积层厚度增大而增大，地表破裂带内的破裂是破裂自基岩和沉积层的接触面呈螺旋曲面向地表扩展的结果，扩展至地表后破裂呈间距性分布，破裂间距同沉积层厚度成正比。逆冲断层在上覆沉积层破裂扩展过程中，沉积层表面围绕基岩断层上断点的投影线形成垂直位移梯度带（形变带），形变带宽度和带内最大垂直位移随基岩断层位移的增加而线性地增加，但当破裂扩展至沉积层表面后带宽逐渐趋于稳定；随沉积层厚度增加，地表变形带的影响范围增大但带内变形强度减弱，沉积层中分别出现了剪切和拉张破裂带；沉积层表面形变带的宽度将随基岩断层倾角的增加而减小，但同时基岩断层倾角越大，形变带内最大位移量越大在沉积层表面引起的变形破坏的程度越强烈。开展了破裂在含界面层的层状岩石中的扩展实验，讨论了界面层对破裂扩展路径的影响规律，并基于物理和模型实验开展了断层破裂在上覆沉积层扩展的数值模拟研究。