粘－滑現象

在地下較深的部位，斷層兩側的岩石若要滑動必須克服強大的摩擦力，因此在通常情況下兩盤岩石好像互相粘在一起，誰也動彈不了。但當應力積累到等於或大於摩擦力時，兩盤岩石便發生突然滑動。通過突然滑動，能量釋放出來，兩盤又結不動，直到能量再積累到一定程度導致下一次突然滑動。實驗證明，物體在高壓下的破壞形式，是沿著斷裂面粘結和滑動交替進行，斷面發生斷續的急跳滑動現象，經過多次應力降落，把積累的應變能釋放出來，這種現象就叫粘滑現象。

基本介紹

• 中文名：粘－滑現象
• 外文名：Stick slip phenomenon
• 套用：地震
• 學科：震源物理

簡介

震源物理是地震學研究領域中一個十分活躍的方面，而其研究的主要目的在於認識和把握在構造應力場的作用下，地震斷層及震源區地殼岩體的破壞規律，就岩石的變形過程進行實驗研究，尤其是對含有斷裂構造的岩石進行破壞實驗，對比天然地震的發震現象，將有助於對地震成因的討論和認識。岩石樣品的破裂過程的研究是岩石力學中的一個重要課題，對岩石破裂過程的深入了解有助於對地震過程的認識，而對含有斜裂縫的岩石試件在單軸壓縮下的力學性態的研究是岩石斷裂力學中的一個最基本的問題，Brace 等人曾對具有斜裂縫的玻璃及岩石試件作過詳細的研究，提出了裂縫的構造活動與裂隙叢集發育的變形局部化前兆在這種破壞過程中的關係，並就其所反映的震源物理本質進行了討論。

岩石破裂後，破裂面的摩擦特性又是顯得尤為重要，因為大多數地震是由於原生斷層的錯動而發生的，因此，為了研究震源機制，人們又對岩石的摩擦和粘滑特性進行了許多研究工作。

粘滑特性

圖1 摩擦試驗中的粘滑現象

早在1939 年，BOwden 和Leben 在作摩擦試驗時曾設計了以下的模型來研究粘滑問題。將一彈簧的一端連線在一質量為m 的滑塊! 上，並將滑塊放置在一粗糙的平面上（如圖1所示），設滑塊與平面之間的靜動摩擦係數分別為υ_S和υ_k。為當彈簧處於自然狀態的情況，此時彈簧的拉力為零。當在彈簧上逐漸加力時，彈簧被逐漸拉長，彈簧的拉力為：F_S=K·L_X

式中K——彈簧的剛度係數，它代表彈簧每單位拉長長度所產生的力；

L_X——彈簧被拉伸的長度。

實驗

1966 年，Brace 和Byeriee 根據上述思路在岩石樣品上作了粘滑試驗（圖2），並指出，在地殼內小於25 km 的深度範圍內，粘滑是地震發生的一種可能機制。

圖2 岩石試件的粘滑試驗

Sholz 也曾在100 Mpa 圍壓下對花崗岩進行了摩擦試驗，他指出，猶如岩石有脆性和韌性2 種狀態一樣，斷面之間的相對錯動也有穩定滑動（stabie - siiding）（相當於圖3 曲線中的ab 段）和不穩定滑動（instabie - siiding）（ bc 段）2 種方式。對於自然界中的斷層，前一種滑動稱為斷層蠕動（creep - siip），它有可能也是釋放應力的一種方式，但並不產生地震，而後一種滑動就產生地震，通常稱為粘滑（stick - siip）。然而，自然界中斷層的實際情況比試驗複雜得多。地殼中的斷層面是起伏不平的粗糙面，時常有不連續段、強度較高的凹凸體存在，斷層面之間還夾有不同厚度、不同礦物成份的斷層泥，還受到所處溫度、圍壓和孔隙流體等各種因素的影響。這些因素對岩石滑動特性的影響的簡單認識也可通過室內的試驗而得到，Brace 等人對此有較充分的論述。

圖3 花崗岩在100 Mpa 圍壓下的摩擦試驗結果

a）斷層岩石或斷層泥的礦物成份：當斷層岩石是含有弱礦物的岩石時，一般呈現穩定滑動。

b）孔隙度：較小的岩石孔隙度（即岩石很緻密），斷層呈粘滑，否則呈穩定滑動。

c）斷層泥厚度：無斷層泥時有利於為粘滑，而斷層泥較厚時易於穩定滑動。但在一定條件下（如較高的圍壓），含有斷層泥的斷層也可能發生粘滑。

d）圍壓：一般處於高圍壓條件下時易發生粘滑。

e）水：水的出現總是有利於產生穩定滑動。