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论地震发生机制
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:P315.2[天文地球—地震学;天文地球—固体地球物理学;天文地球—地球物理学]
  • 作者机构:[1]中国科学院物理研究所,北京凝聚态物理国家实验室,北京100190, [2]哈尔滨工业大学物理系,哈尔滨150001, [3]中国科学院理论物理研究所,北京100190
  • 相关基金:中国科学院知识创新工程项目(批准号:KJCX2-SW-W15,KKCX1-YW-03); 国家自然科学基金(批准号:10374111,11274354,11034010); 中国地震局地震行业科研专项经费项目(批准号:201208011)资助的课题.感谢解思深、谢鸿森和白武明研究员审阅本文,在论文撰写过程中他们提供了非常有益的建议.
中文摘要:

地震发生的物理机制和过程是还没有认识清楚的问题.此前人们将浅源地震归因于弹性回跳,根据这一观点和岩石实验结果计算得到的地震能量与实际观测结果有很大矛盾,被称之为"热流佯谬".中源和深源地震发生在地幔区域,其成因也没有合理的解释.考虑到地壳和地幔是离散集合态物质体系及其慢动力学运动行为的基本特点,本文根据物理学原理,特别是近年凝聚态物理发展出来的相关新观念,并依据已有观测事实,从新的视角探究地震发生的物理机制.1)关于地壳岩石层中的应力分布:在不考虑构造力时,依据万物皆流的流变学原理,原始地壳岩石在自重压强长时间作用下,纵向和横向应力相同,没有差应力.大地构造力推动岩块滞滑移动挤压断层泥,施加于其他岩块,逐渐传递和积累.这种附加的横向构造力与原始岩石中应力叠加,形成地壳岩石层中的实时应力.由于断层泥属于颗粒物质体系,具有与岩石不同的力学特征,其弹性模量比岩石小得多,且随压强而增大,导致构造作用力随深度非线性增大.给出了地壳中构造应力分布及其变化规律.2)关于地壳岩石层强度:地壳岩石的自重会使岩石发生弹性—塑性转变.通过对弹性—塑性转变深度的计算,并根据实际情况分析,给出了地壳岩石弹性、部分塑性和完全塑性三个区域的典型深度范围.在部分塑性区,塑性体比例达到约10%以上时,发生塑性连通,这时岩石剪切强度由塑性特征决定.塑性滑移的等效摩擦系数比脆性破裂小一个数量级以上,致使塑性滑移时岩石剪切强度比脆性破裂小得多.同时,随深度增大,有多种因素使得岩石剪切屈服强度减小.另一方面,地震是大范围岩石破坏,破坏必然沿薄弱路径发生.因此,浅源地震岩石的实际破坏强度必定比通常观测到的岩石剪切强度值低.给出了地壳岩石平均强度和实际破

英文摘要:

The physical mechanism of earthquake remains a challenging issue to be clarified. Seismologists used to attribute shallow earthquake to the elastic rebound of crustal rocks. The seismic energy calculated following the elastic rebound theory and on the basis of experimental results of rocks, however, shows a large discrepancy with measurement—a fact that has been dubbed "the heat flow paradox". For the intermediate-focus and deep-focus earthquakes, both occurring in the region of the mantle, there is not any reasonable explanation yet. The current article will discuss the physical mechanism of earthquake from a new perspective, starting from the fact that both the crust and the mantle are discrete collective systems of matters with slow dynamics, as well as from the basic principles of physics, especially some new219101-22 concepts of condensed matter physics emerging in recent years. 1. Stress distribution in earth's crust: Without taking the tectonic force into account, according to the rheological principle that "everything flows", the vertical and the horizontal stresses must be in balance due to the effect of gravitational pressure over a long period of time, thus no differential stress in the original crustal rocks is to be expected. The tectonic force is successively transferred and accumulated via stick-slip motions of rocky blocks to squeeze the fault gouges, and then applied to other rocky blocks. The superposition of such additional horizontal tectonic force and the original stress gives rise to the real-time stress in crustal rocks. The mechanical characteristics of fault gouge are different from rocks as it consists of granular matters. Thus the elastic modulus of the fault gouge is much lower than that of rocks, and will become larger with increasing pressure. This character of the fault gouge leads to a tectonic force that increases with depth in a nonlinear fashion. The distribution and variation of tectonic stress in the crust are then specified. 2. Strength of crust rocks: The gra

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876