实验断层成核和滑动过程中的孔隙压力变化

为了阐明地震周期中断层带内流体压力变化的主要控制因素，我们进行了实验室岩石摩擦实验，在准静态加载序列和随后的动态滑动事件期间原位监测流体压力。模拟断层是 Westerly 花岗岩圆柱体中一个 30$^\circ$ 的斜切面，用水饱和，在三轴条件下测试。孔隙压力在块体边界保持恒定，但 Westerly 花岗岩的低水力扩散率使断层与边界水力断开。在断层锁定的准静态加载期间，我们观察到孔隙压力增加，我们将其解释为断层的孔隙弹性闭合。在动态滑动事件期间，孔隙压力系统地下降，幅度与正应力降相当。孔隙压力下降的很大一部分被解释为断层的孔隙弹性张开。观察到与孔隙弹性效应的偏差：在小事件中，孔隙压力下降超过预期，表明存在非弹性膨胀。在少数大事件中，孔隙压力下降少于预期，这可能是压实或热增压的迹象。在宏观滑动事件之前，我们检测到系统性的孔隙压力下降，幅度可达约 1 MPa，与沿断层的不均匀预滑移的发生相关。通过局部应变计数据的运动学反演推断的滑动成核，与约 1 至 10 $\mu$m 量级的局部滑动幅度相关，并似乎导致非弹性膨胀。包括膨胀和孔隙弹性效应的断层滑动稳定性分析表明，孔隙弹性耦合倾向于补偿正应力变化，导致断层在不排水条件下主要在恒定的有效正应力下运行。