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维普资讯 第 29卷 第 1期 地 震 地 质 Vo1．29，No．1 2007年 3月 SEISMOLOGY AND GEOLOGY Mar．，2007 基性岩摩擦本构参数与下地壳地震成核的可能性 谭文彬 何 昌荣 (中国地震局地质研究所 ，北京 100029) 摘 要 摩擦滑动的力学行为能够很好地 由速率和状态依赖性摩擦本构关系来描述。文中对地壳 岩石滑动稳定性的控制 因素进行 了综述 ：1)微小扰动对摩擦滑动 的影响分析 (线性分析 )表 明，摩擦 滑动 中不稳定产生 的重要条件是速率依赖性参数 。一b0，在这种条件下 ，地震滑动可 以在断层上成 核 ；2)下地壳的水含量测定表 明，可能存在 “干”、“湿 ”两种情况 ，而 已有岩石流变实验结果表 明稳定 大陆内部下地壳在干燥条件下为脆性变形行为 ；3)近年来发现一部分强震发生在基性的下地壳，使 辉长岩高温高压摩擦实验受到重视。干燥条件下辉长岩的摩擦实验研究表明，在 420—615℃的温度 范围内，速度弱化可能是典型的滑动行为。综合考虑较冷大陆内部下地壳可能出现的 “干燥”条件 以 及在此条件下不大可能发生塑性流动等相关因素，这一结果可能就是在一些地 区下地壳发生地震 的 原因 。 关键词 摩擦 粘滑 高温高压 地震 孕震构造 下地壳 中圈分类号 ：P315．1 文献标识码-A 文章编号：0253—4967(2007)01—0161—11 0 引言 岩石摩擦滑动 的力学行为能够很好地用 由Dieterich(1979，1981)提 出，并经 Ruina(1983) 修正了的速率和状态依赖性摩擦本构关系来描述。通过数值模拟 ，这个描述摩擦滑动过程主要 特征的本构方程成功地解释了诸如周期性粘滑、自持续周期性振荡、倍周期现象和混沌振荡等 一 系列在实验中观察到的现象 (Riceeta1．，1986；Gueta1．，1994)。而且 ，引入这一本构关系的 单 自由度弹簧 一滑块系统 的稳定性分析揭示 了稳定滑动与不稳定滑动之 间的边界 (Ruina， 1983；Riceeta1．，1983；Gueta1．，1984；Dietericheta1．，1992)。针对稳态滑动附近的微小扰动 ， 分别在恒定正压力 (Ruina，1983；Riceeta1．，1983)和变化正压力 (Dietericheta1．，1992)条件 下，线性分析导出了一些刚度 、正应力和本构参数对稳定性影响的重要方程。这些结果对于理 解断层滑动稳定性和实际断层上不稳定滑动的成核过程具有重要 意义 (Tseeta1．。1986；Diet． erich，1992)。本文在介绍摩擦本构关系和相关稳定性分析的基础上 ，重点介绍近年来在基性 岩摩擦实验方面的进展 ，并对下地壳地震成核的问题进行讨论。 1 摩擦本构关系及滑动稳定性分析 1．1 摩擦本构关系 在正应力恒定条件下，速率和状态依赖性摩擦本构关系描述 以下摩擦滑动特征 ：1)剪切应 [收稿 日期】 2006—08—16收稿，2006一l1—27改回。 【基金项 目】 国家 自然科学基金 和国家基础研究发展规划项 目(201MCB418405)共同资助。 维普资讯 162 地 震 地 质 力变化对速率 ( )变化的直接响应是一个瞬时过程 (这里假定刚度无限大)，与速率 的对数变 化成正比，即ao-Aln(V)；2)如果速率不变 ，从一个稳态发展到另一个稳态有一个衰减 的过程 。 这个过程用一个状态变量 0的函数来描述 ，即boln(0／0o)。图 1所示的摩擦强度变化曲线可以 形象地描述这些摩擦滑动特征 。据此 ，广义上 的摩擦 系数 = ／ 可描述为 (Linkereta1．， 爵硝稃船