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辉长岩在地震滑动速率下极端弱化的“熔边”机制

摘要

滑动速度接近地震范围时岩石摩擦特性的实验室研究(0.1-1 m s−1),在中等正应力(1 ~ 10 MPa)下,揭示了动态剪切强度的复杂演化过程,至少有两个阶段的减弱与整体熔融开始时的增强分开123.4.熔体后的第二个弱化阶段是由熔体层的粘性特性决定的,这是相当容易理解的56.然而,极端弱化的初始阶段仍然是一个备受争议的话题。在这里,我们表明辉长岩的初始弱化与熔体热点和宏观条纹(“熔体焊缝”)的形成有关,它们部分地卸载了滑移界面的其余部分。当平均摩擦加热速率超过0.1-0.4 MW m时,开始形成熔体焊缝−2,剪切带平均温度远低于固相层(250 ~ 450℃)。在快速滑动过程中,自然断层表面也可能出现类似的应力和温度不均匀性,这对地震破裂动力学很重要。

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图1:实验测量了在三种不同的“接近临界”速度下摩擦系数的演变。
图2:功率密度与时间的关系,直到开始减弱,在四个不同的法向应力值的实验。
图3:观察到的临界滑移速度是削弱时滑移界面估计平均温度的函数。
图4:在动态弱化开始时,在滑移界面处产生熔体焊接。
图5:剪切应力和温度的演变通过弱化开始。

参考文献

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确认

我们感谢D. Lockner对改进本手稿的评论。SIO海洋科学发展中心提供了我们实验中使用的车床。这项工作得到了美国国家科学基金会(授予EAR-0838255)的支持。

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作者及隶属关系

作者

贡献

K.M.B.建造了仪器,K.M.B.和Y.F.设计并进行了实验,Y.F.进行了数值模拟。

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对应到凯文·m·布朗尤里Fialko

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相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

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补充信息

包含“补充图1-9”和“补充表1-2”。(PDF 346kb)

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转载及权限

关于本文

引用本文

Brown, K, Fialko, Y.地震滑动速率下辉长岩极端弱化的“熔体边缘”机制。自然488, 638-641(2012)。https://doi.org/10.1038/nature11370

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