Emergence of a zone of disturbed rock in the vicinity of dynamic slip along a tectonic fault
- 作者: Budkov А.M.1, Kocharyan G.G.1, Sharafiev Z.Z.1
-
隶属关系:
- Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences
- 期: 编号 2 (2025)
- 页面: 66-79
- 栏目: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/0002-3337/article/view/686311
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333725020064
- EDN: https://elibrary.ru/DLNAWY
- ID: 686311
如何引用文章
详细
The article presents results of 2D simulations of formation of a zone of disturbed rock during the development of a dynamic shear along a horizontal tectonic fault. Different sliding regimes are studied: the sub-Rayleigh one (the rupture propagation velocity Vr does not exceed the velocity of Rayleigh wave in the medium) and the supershear one (the Vr value is higher than the velocity of transverse waves). Contributions of tear and shear mechanisms to the process of emerging zone of disturbed rock in the vicinity of a fault at different depths is considered. The degree of alteration in physical and mechanical properties of rock at different distances from the fault is assessed. It is shown that at large depths lithostatic stresses completely suppress rupture, and rock destruction occurs solely due to shear deformation. At shallow depths, the tear mechanism becomes predominant. The stress release associated with emerging of tensile cracks leads to an abrupt decrease of the zone of shear fracture. This zone is localized only in the immediate vicinity of the rupture plane. An increase in the tearing strength leads to an increase in the size of the shear fracture zone. In supershear ruptures, the fracture zone can have a complex, non-simple character. A change in the propagation velocity of longitudinal waves Cp by more than 15–20% occurs only in the immediate vicinity of the slip plane at a distance of 10–20 m. At large distances, the degree of change in the value does not exceed 10%. At shallow depths, there may be tensile cracks that propagate over significant distances from the slip plane.
全文:

作者简介
А. Budkov
Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences
编辑信件的主要联系方式.
Email: gevorgkidg@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow
G. Kocharyan
Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences
Email: gevorgkidg@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow
Z. Sharafiev
Sadovsky Institute of Geospheres Dynamics of Russian Academy of Sciences
Email: gevorgkidg@mail.ru
俄罗斯联邦, Moscow
参考
- Архипов В.Н., Борисов В.А., Будков А.М. и др. Механическое действие ядерного взрыва. М.: Физматлит. 2002. 550 c.
- Бернштейн В.А. Механогидролитические процессы и прочность твердых тел. Л.: Наука. 1987. 320 с.
- Будков А.М., Кишкина С.Б. Один из сценариев распространения “быстрых” разрывов при землетрясениях // Физическая мезомеханика 2024. Т. 27. № 2. С. 102–111. https://doi.org/10.55652/1683-805X_2024_27_2_102-111
- Будков А.М., Кишкина С.Б., Кочарян Г.Г. Моделирование сверхсдвигового режима распространения разрыва по разлому с гетерогенной поверхностью // Физика Земли. 2022. № 4. С. 135–150. https://doi.org/10.31857/S0002333722040019
- Будков А.М., Кочарян Г.Г., Кишкина С.Б. Оценка изменения проницаемости массива горных пород в окрестности подземного взрыва по экспериментальным данным и результатам численного моделирования // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2023. № 1. С. 12–21.
- Будков А.М., Кочарян Г.Г. О влиянии разрушения отрывом на формирование зоны нарушенного материала в окрестности динамического сдвига по разлому в кристаллическом массиве горных пород // Динамические процессы в геосферах. 2024. Т. 16. № 2. С. 1–10. https://doi.org/10.26006/29490995_2024_16_2_1
- Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука. 1969. 420 с.
- Костров Б.В. Механика очага тектонического землетрясения. М. 1975. 176 с.
- Кочарян Г.Г. Геомеханика разломов. М.: ГЕОС. 2016. 424 с.
- Кочарян Г.Г. Возникновение и развитие процессов скольжения в зонах континентальных разломов под действием природных и техногенных факторов. Обзор современного состояния вопроса // Физика Земли. 2021. № 4. С. 3–41. https://doi.org/10.31857/S0002333721040062
- Кочарян Г. Г., Будков А.М., Кишкина С.Б. Влияние структуры зоны скольжения разлома на скорость распространения разрыва при землетрясении // Физическая мезомеханика. 2022. Т. 25. № 4. С. 84–93. https://doi.org/10.55652/1683-805X_2022_25_4_84
- Леонов М.Г. Морфоструктура внутриконтинентальных осадочных бассейнов и фрактальная геометрия // Динамические процессы в геосферах. 2022. Т. 14. № 1. С. 3–16. https://doi.org/10.26006/22228535_2022_14_1_3
- Леонов М.Г., Морозов Ю.А., Пржиялговский Е.С., Рыбин А.К., Бакеев Р.А., Лаврушина Е.В., Стефанов Ю.П. Тектоническая эволюция системы “фундамент–чехол” и морфоструктурная дифференциация осадочных бассейнов // Геотектоника. 2020. № 2. С. 3–17. https://doi.org/10.31857/S0016853X20020083
- Мелош Г. Образование ударных кратеров. М.: Мир. 1994. 335 c.
- Морозов В.Н., Татаринов В.Н., Маневич А.И. Моделирование напряженно-деформированного состояния эпицентральной зоны сильного землетрясения в Турции (Измит, 1999 г., M 7.4) // Вулканология и сейсмология. 2020. № 2. С. 43‒54. https://doi.org/10.31857/S0203030620020042
- Стефанов Ю.П., Бакеев Р.А. Формирование цветковых структур нарушений в слое геосреды при разрывном горизонтальном сдвиге основания// Физика Земли. 2015. № 4. С. 81–93. https://doi.org/10.7868/S0002333715040110
- Шерман С.И., Борняков С.А., Буддо В.Ю. Области динамического влияния разломов (результаты моделирования). Новосибирск: Наука. СО АН СССР. 1983. 110 с.
- Ampuero J.P., Mao X. Upper limit on damage zone thickness controlled by seismogenic depth // Fault Zone Dynamic Processes: Evolution of Fault Properties During Seismic Rupture. 2017. V. 227. P. 243–253. https://doi.org/10.1002/9781119156895.ch13
- Andrews D.J. Rupture Propagation with Finite Stress in Antiplane Strain // J. Geophys. Res. 1976. V. 81. P. 3575–3582. https://doi.org/10.1029/JB081i020p03575
- Andrews D.J. Rupture dynamics with energy loss outside the slip zone // J. Geophys. Res.-Sol. Ea. 2005. V. 110. P. 1–14. https://doi.org/10.1029/2004JB003191
- Collettini C., Carpenter B.M., Viti C., Cruciani F., Mollto S., Tesei T., Trippetta F., Valoroso L., Chiaraluce L. Fault structure and slip localization in carbon-ate bearing normal faults: an example from the Northern Apennines of Italy // Journal of Structural Geology. 2014. V. 67. P. 154–166. https://doi.org/10 .1016 /j.jsg.2014.07.017
- Drucker D.C., Prager W. Soil mechanics and plastic analysis or limit design // Q. Appl. Math. 1952. V. 10. P. 157–165. https://doi.org/10.1090/qam/48291
- Ida Y. Cohesive force across tip of a longitudinal-shear crack and Griffiths specific surface-energy // J. Geophys. Res. 1972. V. 77. P. 3796–3805. https://doi.org/10.1029/JB077i020p03796
- Kostrov B.V., Das Sh. Principles of Earthquake Source Mechanics. Cambridge Univ. Press. 2005. 286 p.
- Kolyukhin D., Torabi A. Statistical analysis of the relationships between faults attributes // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. P. B05406. https://doi.org/10.1029/2011JB008880
- Lapusta N.E., Dunham J.-P., Avouac M., Denolle Y. et al. Modeling Earthquake Source Processes: from Tectonics to Dynamic Rupture. Report to National Science Foundation. http://www.seismolab.caltech.edu/pdf/MESP_White_Paper_Main_Text_8_March_2019.pdf
- Moore D.E., Lockner D.A. The role of microcracking in shear-fracture propagation in granite // J. Struct. Geol. 1995. V. 17. № 1. P. 95–114.
- Okubo K., Bhat H. S., Rougier E., Marty S., Schubnel A., Lei Z., Knight E. E., Klinger Y. Dynamics, radiation and overall energy budget of earthquake rupture with coseismic off fault damage // J. Geophys. Res.-Sol. Ea. 2019. V. 124. P. 11771–11801. https://doi.org/10.1029/2019jb017304
- Perrin C., Manighetti I., Ampuero J.P., Cappa F., Gaudemer Y. Location of largest earthquake slip and fast rupture controlled by along-strike change in fault structural maturity due to fault growth // J. Geophys. Res. 2016. V. 121. № 5. P. 3666–3685.
- Poliakov A. N. B., Dmowska R., Rice J. R. Dynamic shear rupture interactions with fault bends and off-axis secondary faulting // J. Geophys. Res. -Sol. Ea. 2002. V. 107. № B11. ESE-6. https://doi.org/10.1029/2001JB000572
- Preuss S., Ampuero J.P., Gerya T., van Dinther Y. Characteristics of earthquake ruptures and dynamic off-fault deformation on propagating faults // Solid Earth. 2020. V. 11. P. 1333–1360. https://doi.org/10.5194/se-11-1333-2020
- Rice J.R., Sammis C.G., Parsons R. Off-fault secondary failure induced by a dynamic slip pulse // B. Seismol. Soc. Am. 2005. V. 95. P. 109–134. https://doi.org/10.1785/0120030166
- Scholz C.H. The mechanics of earthquakes and faulting. Cambridge: Cambridge University Press. 2019. 512 p. https://doi.org/10.1017/9781316681473
- Templeton E.L., Rice J.R. Off-fault plasticity and earthquake rupture dynamics: 1. Dry materials or neglect of fluid pressure changes // J. Geophys. Res.-Sol. Ea. 2008. V. 113. P. 1–19. https://doi.org/10.1029/2007JB005529
- Torabi A., Rudnicki J., Alaei B., Buscarnera G. Envisioning faults beyond the framework of fracture mechanics // Earth-Science Reviews. 2023. V. 238. P. 104358. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104358
- Xiao L., Nadia L., Ares J.R. Analysis of supershear transition regimes in rupture experiments: The effect of nucleation conditions and friction parameters // Geophysical Journal International. 2009. V. 177. № 2. P. 717–732. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2009.04091
补充文件
