摩擦生热对断层演化过程的影响:Ruina-和Chester-Higgs-模型的对比分析

利用速率-状态摩擦定律（Rate-and State-Dependent Friction Law：简称RSF定律），结合McKenzie-Brune摩擦生热模型，本文分别从Ruina提出的RSF定律和Chester-Higgs提出的RSF定律出发，通过一维弹簧-滑块模型，采用四阶变步长的Dormand-Prince算法，对断层演化过程进行了数值模拟，探讨了摩擦生热对断层演化进程的影响.模拟结果显示，与Ruina-模型相比，Chester-Higgs-模型在断层高速滑动时存有更大的摩擦强度，表明摩擦生热对断层具有一定的强化作用，且同临界滑移距离的取值相关.而且，Chester-Higgs-模型在失稳时的断层面温度远远低于Ruina-模型，表明摩擦生热在断层演化过程中能抑制断层面温度的剧烈升高，且正应力和临界滑移距离越大，两种模型的温差越为明显，而断层的刚度和尺度则对温度的影响很小.模拟两种模型周期演化过程的结果表明，在相同的初始条件下，Chester-Higgs-模型给出的断层失稳周期明显比Ruina-模型更短，说明摩擦生热对断层自身演化最显著的影响是较大地缩短了地震重复发生周期.当断层进入周期性演化后，Chester-Higgs-模型给出的摩擦强度大于Ruina-模型，且对第一次非周期性失稳的摩擦强度和剩余应力的继承性更好.另外，由Chester-Higgs-模型给出的静态应力降远小于Ruina-模型给出的结果，所对应的单个事件的滑移量也小于Ruina-模型.