平直走滑斷層亞失穩狀態的位移場協同化特征
——基于巖石數字圖像變形相關分析方法

卓燕群 馬 瑾 郭彥雙

（中國地震局地質研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029）

亞失穩階段在斷層的粘滑過程中是非常短暫的時段，并有可能導致斷層的快速失穩，故識別斷層亞失穩狀態，對評估斷裂區內的地震危險性具有重要意義。實驗選擇平直走滑斷層的粘滑事件作為研究對象，研究亞失穩過程中位移場的時空響應特征，進而探索亞失穩狀態的變形場標志。選用300 mm×300 mm×50 mm的房山花崗巖樣品，沿對角線切開形成平直走滑斷層，在平臥式雙軸伺服壓機下進行實驗，用高速相機以1000幀/秒的速度記錄樣品中部區域的斷層滑動前后的數字圖像，采用汲云濤撰寫的高精度二維數字圖像相關方法計算失穩滑動前31 s到失穩滑動后3 s之間的斷層位移（失穩滑動的最大滑動速率起點定為時間零點）。

斷層位移的演化過程如下：

（1）斷層位移時空分布顯示，斷層不同部位具有左行（負值位移）與右行（正值位移）兩種運動方式（斷層總體的運動是右行，這種左行與右行運動是相對的，體現了斷層兩側不同部位的位移速率的差異），但隨著加載時間的增加，斷層各部位的運動方式趨向右行，顯示出一致性的協同化活動。這說明斷層失穩過程也是其各部位由獨立活動趨向協同化活動的過程，失穩可以理解為位移協同化的完成。

（2）150～190號數字斷層位移計之間在約-20 s以后出現明顯的正值大位移區，該區范圍在約-5 s和約-1.5 s出現兩次突然擴展，同時伴隨負值位移區的突然縮小，這兩個時間點與荷載的亞失穩I與亞失穩II的時間起點相接近。這說明，標志亞失穩階段的區域應力場的整體釋放在位移場上的響應特征，即斷層位移協同化作用的加強。

（3）各數字斷層位移計所測得的平均斷層位移變化曲線（圖 1b）表明，斷層失穩前的整體位移變化趨勢呈現非線性特征。

綜上所述：

（1）在荷載偏離線性階段，斷層位移也呈現非線性的特征。失穩過程是斷層各部分由獨立活動向協同化活動的轉化過程，失穩代表協同化的完成。

（2）斷層位移場對亞失穩狀態的響應特征表現為位移協同化的加強。

圖1 觀測區域布置(a)及斷層位移-時間曲線(b)