我国学者与海外合作者在断层同震动态弱化机制研究方面取得进展

　　

图 （a）岩石高速(2.0 m/s)摩擦实验揭示的断层同震热增压弱化的实验证据(流体压力的瞬时增加与断层摩擦强度突降同步发生)；（b）数值模拟揭示的断层带物质磨损圈闭效应对断层弱化的促进作用；（c）地震破裂沿中上地壳硅酸盐岩断层传播时断层带内可能的物理-化学过程

　　在国家自然科学基金项目（批准号: 41774191、42111530030、U1839211）等资助下，中国地震局地质研究所姚路副研究员、马胜利研究员与意大利帕多瓦大学Giulio Di Toro教授合作，在断层同震热增压弱化机制及其激活条件的研究方面取得进展。研究成果以“断层同震圈闭作用与孔隙流体的热增压效应（Coseismic fault sealing and fluid pressurization during earthquakes）”为题，于2023年3月8日发表在《自然?通讯》（Nature Communications）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36839-9。

　　大地震过程中断层的摩擦强度会出现大幅降低，呈现明显的滑动弱化。断层同震动态弱化机制对于分析震源物理参数、理解地震破裂传播特性、同震位移分布及灾害评估至关重要。孔隙流体的热增压弱化（thermal pressurization）是目前已被普遍认同的一种断层同震弱化机制，在地震动力学模拟中得到了诸多应用。然而，虽然目前热增压弱化机制的理论模型比较完备，也有数值模拟和地震学研究的支持，但仍缺乏可靠的实验证据。

　　断层主滑动带具有较低的渗透率被认为是孔隙流体的热增压弱化发挥效力的必要条件之一。为此，研究团队创新性地设计了孔隙水压条件下的岩石高速摩擦实验，并发现了断层同震热增压弱化的实验证据（图a）。结合微结构分析和数值模拟，研究团队发现断层带物质磨碎/磨细造成的瞬态圈闭效应能够与断层带扩容、破裂、流体扩散等效应竞争，进而促进孔隙流体的热增压弱化机制发挥效力（图b、c）。该研究修正了前人对于断层同震热增压作用强烈依赖于断层带初始渗透率的认识，表明断层带物质在同震滑动中的磨损效应可能使得初始渗透性较高的断层也能发生热增压弱化，为断层同震热增压弱化提供了关键实验证据。同时，该研究也表明了断层带同震阶段的等效渗透率会受到多种复杂物理化学过程的共同影响，是发生快速动态演化、难以被准确评估的物理量。

　　该研究对断层同震热增压弱化的激活条件给出了新的认识，提升了断层同震动态弱化机制的认识，为理解地震破裂传播中断层同震物理-化学过程提供了新思路。