重新考虑地震断层中的能量平衡问题

摘要 地震的发生现在被理解为脆性剪切断裂释放了储存在地球中的弹性势能。自 20 世纪 50 年代以来，人们对地震断层的能量平衡进行了大量研究，但这些研究之间似乎存在一些不一致之处。究其根本原因，是因为在过去的 60 年中，概念框架发生了各种变化，特别是在 20 世纪 60 年代引入了板块构造的新范式，在 20 世纪 70 年代引入了力矩张量作为震源表示的概念，以及在 20 世纪 90 年代引入了控制断裂增长的断层构造规律。因此，值得从当前的角度重新考虑地震断层的能量学。为此，我们首先总结了弹性势能和力矩张量的基本概念，回顾了震源的一般表示方法和地壳背景应力的起源，以确认地球自重力的影响在剪切断层的能量学中可以忽略不计。接下来，作为讨论的起点，我们直接从承受构造源偏应力的弹性体的运动方程推导出动态剪切断层中机械能平衡的基本方程。然后，我们回顾了从简化能量平衡方程间接评估辐射地震能量的广为接受的公式，并与基于点位错源位移场分析解的直接评估进行比较，以提请注意两者之间的不一致。不一致的原因在于简化能量平衡方程忽略了断裂增长率的影响。因此，最后我们回顾了剪切裂缝扩展尖端的能量平衡，自然而然地引出了滑移减弱断层构成律作为地震破裂的基本方程。然后，我们从能量平衡的角度讨论了地震破裂的整个过程，包括起始、加速、稳定传播、减速和终止。