含流体多孔粘弹塑性断层结构中的流体力学地震周期

地震物理学的一个主要目标是推导一种断层滑动的本构框架，以捕捉剪切强度对断层流变、滑动速度和孔隙流体压力的依赖。在本研究中，我们提出H-MEC（Hydro-Mechanical Earthquake Cycles，流体力学地震周期），一种新开发的两相流数值代码——它耦合固体岩石变形与广泛流体流动——以模拟含流体断层结构上地震周期内地壳应力与流体压力的演化。这一统一的、基于连续体的模型采用了交错有限差分-标记点单元（SFD-MIC）方法，并考虑了多孔粘弹塑性可压缩介质中的完整惯性（波介导）效应与流体流动。全局Picard迭代与自适应时间步进使得能够正确分辨从缓慢构造加载期间的年到动态破裂传播期间的毫秒这样的长、短时间尺度。我们给出一个全面的面内走滑设置，在其中测试了沿有限断层宽度的注入点孔隙流体压力扩散的解析孔隙弹性基准。随后我们研究孔隙流体压力演化与固-液可压缩性如何控制地质断层上地震与无震滑动的序列。虽然流体驱动剪切裂缝的起始受控于未排水断层带内孔隙的局部塌缩与流体的动态自加压，但随后的动态破裂由以地震速度传播的孤立脉冲状流体压力波驱动。此外，与孔隙流体快速自加压相关的剪切强度弱化可解释为大地震观测到的滑移-断裂能量标度。