浅源大地震的震源过程往往呈现复杂的特征，包括同震位移场分布和同震破裂传播速率的复杂变化。这其中，断层系统本身的几何复杂性和地表与断层之间的耦合效应被认为是造成这些复杂特征的重要因素之一。中国地震局地质研究所副研究员张雷开展了复杂断层几何条件下的地震过程数值模拟研究。该研究首次将三维复杂断层几何引起的正应力演化和滑移方向的变化加入到地震模拟之中。该模型在速率和状态依赖的摩擦本构关系框架内，通过边界积分方法和并行计算可以模拟整个地震周期，包括震间闭锁和蠕滑、同震破裂和震后余滑。
该研究是探讨断层几何复杂性作为单一的变量是否会显著控制同震破裂过程和长期的地震序列。通过该数值模拟所得到的同震破裂的分段特征、地震事件的复发间隔和复杂破裂过程与古地震、野外地质和大地测量研究的结果相类似。这一研究结果表明，断层的几何复杂性显著控制了映秀-北川断层长期的地震周期和同震破裂过程，与此同时断层的滑移方向的改变对于同震破裂过程会产生显著影响。
图1a 模拟6.5万年的长周期地震序列，其中Mw>8.0事件的复发周期约4300年；2b 长周期地震序列中累积断层位移沿走向的分布。
图中红色线条代表全破裂地震事件（Mw>8.0）；橙色线条（Mw>8.0）和蓝色线条（Mw<8.0）分别代表部分破裂地震事件。
红色，橙色和蓝色标记的地震事件在模拟地震序列中形成了超级地震周期（super earthquake cycle）。
图2a 同震破裂传播速率和同震滑移速率沿断层走向的分布；2b 同震位移和地震成核区宽度（VW）沿走向分布; 2c 同震破裂前断层剪应力（τif）沿断层走向分布；
2d 断层走向和其变化梯度沿断层走向分布；2e 断层倾角和其变化梯度沿断层走向分布；
图3a 单一斜滑方向模型中同震位移在三维断层面上的分布；3b 单一斜滑方向模型中同震地表位移与GPS观测的对比；
3c 沿走向变化的斜滑模型中的同震位移分布；3d 沿走向变化的斜滑模型中同震地表位移与GPS观测对比。
Zhang, L., Liu, Y., Li, D., Yu, H. & He, C. Geometric Control on Seismic Rupture and Earthquake Sequence Along the Yingxiu-Beichuan Fault with Implications for the 2008 Wenchuan Earthquake. J. Geophys. Res., Solid Earth 127, e2022JB024113 (2022).
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