脉冲型地震破裂的稳定性

脉冲型破裂在许多弹性动力学破裂模拟中自发出现，并且似乎是地壳断层中的主要破裂模式。在稳态条件下传播的脉冲型破裂可以高效地进行理论分析，但它们如何产生以及在受扰动时如何演化仍不清楚。使用热增压作为代表性本构律，我们进行脉冲型破裂的弹性动力学模拟，并确定由背景应力中无穷小扰动引起的滑移、滑移率和脉冲宽度扰动的时空演化。这些模拟表明，由热增压驱动的稳态脉冲是不稳定的。如果初始应力扰动为负，破裂停止；反之，如果扰动为正，破裂增长并转变为自相似脉冲（在低背景应力下）或扩展裂纹（在较高背景应力下）。基于动态位错模型，我们建立了滑移脉冲的弹性动力学运动方程，并证明当稳态滑移脉冲的累积滑移 $b$ 是均匀背景应力 $\tau_\mathrm{b}$ 的递减函数时，其是不稳定的。这一条件由热增压驱动的滑移脉冲满足。该运动方程还能定量预测扰动的增长率，并提供了一个分析滑移脉冲传播的通用工具。稳态滑移脉冲的不稳定特性意味着该破裂模式是决定断层上可持续破裂的最小应力条件（即其“强度”）的关键模式。此外，即使在均匀背景应力条件和材料属性下，滑移脉冲不稳定性也能产生显著的破裂动力学复杂性。