Computational Earthquake Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Yin, Xiang-Chu (EDT)/ Mora, Peter (EDT)/ Donnellan, Andrea (EDT)/ Matsu'ura, Mitsuhiru (EDT)

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:

价格:720.94

装帧:Pap

isbn号码:9783764381301

丛书系列:

图书标签:

• 地震物理
• 计算物理
• 地球物理学
• 断层力学
• 数值模拟
• 动力学
• 地震学
• 岩石力学
• 复杂系统
• 非线性动力学

地震动力学与岩石破裂：从微观到宏观的深入探索 本书聚焦于地震过程的物理机制，从最基本的岩石力学和材料科学出发，系统地构建了理解地震发生、演化及其影响的理论框架。它不是对特定计算方法的综述，而是深入挖掘驱动地球内部灾难性事件的根本物理规律。 第一部分：岩石本构行为与破裂起始 本书的基石在于对地球深处高压高温环境下岩石力学行为的精确刻画。我们摒弃了过于简化的弹性模型，转而探讨了在复杂应力状态下，岩石如何经历塑性流动、粘滞行为以及最终的微裂纹成核与扩展。 1.1 弹性极限之外的材料响应： 详细分析了岩石的非线性粘弹性响应。我们考察了在不同加载速率下，岩石从初始弹性阶段过渡到粘塑性阶段的临界条件。这包括了对德拜-沃勒（Debye-Waller）因子在地震循环中的影响的讨论，以及如何利用实验数据校准高温高压下的体积模量和剪切模量随温度和压力的变化规律。 1.2 摩擦学基础与断层初始弱化： 断层是地震发生的载体。本书投入大量篇幅解析了岩石界面上的摩擦定律。我们不仅复习了经典的库仑-摩尔准则，更深入探究了速率与状态相关的摩擦定律（如 $dot{phi}$ 模型和 DTF 模型），这些模型是描述断层在加载过程中从稳定滑动向加速破裂过渡的关键。特别强调了剪胀性（Dilatancy）在控制初始破裂萌生点处的应力集中和流体活动中的作用。 1.3 微观结构对宏观力学的影响： 本部分将尺度提升至微米级别，探讨了岩石内部孔隙、晶界和微裂纹网络对整体强度的控制。通过对岩石显微结构进行定量分析，阐释了孔隙流体压力如何通过有效应力原理显著降低岩石的有效强度，从而为地震的快速触发提供了先决条件。我们讨论了准脆性材料中，微裂纹的成核密度与加载速率之间的关系。 第二部分：破裂扩展的动力学理论 在材料强度被突破后，破裂（Rupture）开始在断层面上快速传播。本部分侧重于描述这一动力学过程的控制方程和能量学分析。 2.1 线性弹性断裂力学在地震中的应用局限与修正： 虽然格里菲斯（Griffith）理论是断裂力学的起点，但地震破裂的速度和尺度远超传统静态断裂分析的范畴。我们详细分析了高速裂纹扩展的动力学效应，包括裂纹尖端的超声速传播可能性及其在地球物理背景下的物理约束。重点探讨了能量释放率在描述断层带内应力降和辐射能量之间的平衡。 2.2 动态应力降与辐射破裂过程： 本章的核心是理解地震波的产生机制。我们引入了断层滑动速率函数（Slip Rate Function）的概念，并将其与地震矩张量（Seismic Moment Tensor）的构建联系起来。通过分析断层在失稳后不同时间点的速度场和加速度场，解释了地震波能量如何在弹性介质中以波的形式传播出去。这涉及到对射线理论在复杂地质结构中传播校正的讨论。 2.3 破裂的加速与抑制机制： 地震并非单一事件，而是包含加速、稳定传播和最终终止的过程。本书探讨了影响破裂速度的因素，包括： 材料非均匀性： 剪切模量和摩擦系数在空间上的变化如何引导破裂走向或使其绕行。 几何效应： 断层面的曲率和分支对能量耗散的影响。 热-力反馈： 在高速滑移过程中，因摩擦生热导致的温度升高如何进一步降低断层强度（热-软化效应），从而可能导致超高速或失控的破裂。 第三部分：断层带的结构与演化模型 地震的“源区”并非一个均匀平面，而是一个具有复杂内部结构的断层带。本部分着眼于描述这种空间结构及其时间演变。 3.1 断层带的宽度与应变分配： 破裂不再被视为二维平面上的零厚度界面。我们分析了有限厚度断层带（Fault Zone）的力学模型，讨论了应变在带内如何非均匀分配。这对于理解地震的滑移分布（Slip Distribution）至关重要，特别是高频地震波能量的产生源于高空间频率的滑移变化。 3.2 慢地震与前兆现象的物理基础： 近年来对慢速滑移事件（Slow Slip Events, SSEs）的研究揭示了断层活动的多样性。本书从物理角度解释了SSEs的成因，将其置于与常规地震相同的摩擦物理框架内，但强调了粘滞行为和流体活动在慢速释放中的主导作用。探讨了SSEs是否可以作为更大地震的“前兆”或“触发因素”的物理机制。 3.3 地震序列与应力场重分布： 一次大地震后，周围区域的应力场会发生剧烈变化，从而引发余震序列。本书运用应力传递理论（Static and Dynamic Stress Transfer）来定量计算这种后效应力（Coulomb Failure Function Change, $Delta CFF$）。重点分析了正应力变化和剪应力变化如何共同作用，决定了哪些区域的断层最有可能在未来发生重新破裂。余震的空间分布和时间衰减规律被视为对这种应力重分布的直接响应。 总结：超越唯象模型的物理建模 本书旨在为读者提供一个坚实的物理基础，使他们能够批判性地评估和构建描述地震现象的力学模型。它强调从第一性原理出发，将宏观观测数据（如地震波形、滑移剖面）回溯到岩石破裂的微观动力学过程。最终目标是建立一个能够解释地震周期中所有阶段（从应力积累到破裂发生再到余震调整）的统一动力学理论。内容深度聚焦于物理过程的建模和机理分析，而非具体的数值算法实现或特定地震事件的案例研究。

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