亚失稳应力状态的识别及演化趋势研究

识别亚失稳应力状态，研究其演化过程的力学机理及其相关物理场的演化特性，对于分析地震潜在危险性以及危险时段具有十分重要的理论意义和应用意义。已有实验室和野外观测结果揭示亚失稳态和临失稳态的变化特点和过程不同，前者从应力积累转为应力释放，后者则由平稳释放转为加速释放。拟在实验室开展多物理场联合观测实验，寻找识别各种物理量进入亚失稳状态的响应特征，以及影响亚失稳态和临失稳态的因素；采用室内实验与野外观测相结合、点面观测相结合以及中长期过程与亚失稳态、临失稳态相结合的方法，选择疑似处于亚失稳态的山西地震带作为研究对象，收集和分析震源机制、变形场、重力场、地表温度场等资料，判断山西现今构造变形模型，应力状态分区和现今动力学背景。研究亚失稳态的鉴别指标，分析亚失稳态向临失稳态转变的特征，探讨山西地震构造带现今应力状态。

地震孕育和发生的过程是一个力学过程。识别断层所处的应力状态是判断断层发震危险性的关键。变形过程存在稳态，亚稳态，亚失稳态，失稳态四种状态。它们分别以应力-时间曲线上的偏离线性点(屈服点M)、峰值应力点(强度极限点O)和失稳点(B)分割。亚失稳阶段位于应力时间曲线上峰值时刻O与失稳时刻B之间，以A时刻为界，前期为准静态，后期转变为准动态应力释放。这时，即使不再增加外载，断层亦可进入不可逆转的自失稳演化阶段。因此，亚失稳阶段是与地震发生有唯一关系的变形过程。在野外识别亚失稳阶段是一个难题。利用实验室可以从加载压机观测到应力状态的优势，开展系列实验，研究亚失稳阶段物理场的变化特点，为野外识别亚失稳阶段打下了基础。进展如下：1断层活动协同化程度是判定断层所处应力状态的一个标志。把断层应变释放区的扩展和相互连接的现象称为协同化。由于非均匀性，断层上很易形成相对的弱段和强段，前者在应力作用下前者首先成为应变释放部位；后者则成为应变积累部位。应变场时空演化表明协同化过程一般包括应变释放点产生、释放点的扩展和增多以及释放段之间相互联结三个阶段。第一阶段开始在亚稳态阶段前，第二阶段则与亚失稳态前期准静态失稳(O-A)阶段有关，第三阶段相当于亚失稳的后期，即准动态失稳(A-B)阶段。协同化过程的本质是断层上愈来愈多的部位相继破坏和弱化，应变逐步转移到局部高闭锁部位。加速协同化是区域整体进入准动态亚失稳阶段的标志，也是必震标志。2预滑区长度之和与断层总长度比值(W)随归一化时间(T)的变化曲率(Kw)的峰值是W加速上升的转折点。进入偏离线性阶段后，可以用KW的峰值时刻近似地识别O点；而进入亚失稳阶段后，可以用KW的峰值时刻近似地识别A点。3有两种引起温度变化的机制：由体积应变引起温度变化和由断层错动引起的摩擦增温。亚失稳阶段是两种温度变化并存和转化的阶段。在此阶段岩块由应变释放引起降温，断层由摩擦滑动引起升温。A时刻后，由断层的扩展和连接引起滑动加速，造成断层和岩块温差变大。可以成为野外识别A时刻的标志。4在判定断层进入亚失稳阶段后，对新疆地区相关断层进行分时分段扫描计算，初步建立判断地震位置，可能震级，以及时间紧迫性的方法。5根据地震活动性、跨断层位移、GPS以及水库地震区等的信息对山西地震带、龙门山地震带、等地的断层协同化程度进了分析和讨论。亚失稳阶段研究结果受到同行关注。