汶川地震断层岩在孔隙水压条件下的中-高速摩擦性质研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41404143
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0414.地球和行星物理实验与仪器
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Frictional properties of faults in dynamic sliding are of great importance in fault mechanics and earthquake dynamics, as fault friction has significant influence on stress drop, energy budget and coseismic displacement during earthquakes. In recent 20 years, intermediate to high-velocity rock friction experiments have been launched extensively in fault mechanics studies, aiming to simulate dynamic frictional sliding of faults during coseismic stage. In order to get a better understanding on mechanisms of high-angle reverse faulting and complex surface rupture and slip distribution during the Wenchuan earthquake, we try to conduct intermediate to high-velocity friction experiments on fault gouges and cataclasites from the Wenchuan earthquake fault zone in the presence of pressurized pore water, using a rotary-shear low to high-velocity frictional testing machine equipped with a newly-tested pressure vessel. The main concerned issues include (1) the effects of pressurized pore water on intermediate to high-velocity frictional properties of the Wenchuan earthquake fault zone and their homogeneity. (2) The physico-chemical changes of the studied fault rocks during the experiments. (3) The velocity dependence of frictional sliding in the intermediate velocity regime. (4) The mechanisms controlling the frictional behaviors of fault rocks. Based on these experimental explorations, we will compare the experimental results in this study with those obtained in the air-dry condition and discuss the implications of these results for earthquake dynamics.
断层动态滑动的摩擦性质是断层力学和地震动力学中的重要问题,因为地震过程中断层的摩擦显著影响着应力降、能量分配及同震位移。近20年来,断层力学领域兴起了岩石中-高速摩擦实验研究,其目的正是在于在模拟同震阶段断层的动态摩擦滑动。为了更好地认识汶川地震高角度逆冲断层作用的动力学机制以及复杂的地表破裂和位移分布,本项目拟使用旋转剪切低速-高速摩擦实验机和新近调试完成的压力容器,对汶川地震断层带断层泥和碎裂岩样品开展孔隙水压条件下的中-高速摩擦实验研究。重点关注的科学问题包括:(1) 孔隙压力水对汶川地震断层带中-高速摩擦性质及其均一性的影响;(2) 断层岩在实验中所经历的各种物理化学变化;(3) 中速域的摩擦滑动速度依赖性;(4) 决定断层岩摩擦性状的物理机制。在此基础上,我们将本研究中的实验结果和干燥条件下的进行对比,探讨这些结果的地震动力学意义。

结项摘要

断层的摩擦滑动性质对地震成核与破裂传播具有一阶控制作用。现今断层力学的观点认为,地震成核受控于断层在低速下与速率和状态相关的摩擦滑动性质,而微小的预滑如何演变为大地震以及地震破裂传播过程中断层的强度如何演化则受控于断层中速至高速(约mm/s至m/s量级)摩擦滑动性质。为了更好地认识2008年Mw7.9级汶川地震的机制,我们对龙门山断裂带的断层泥、角砾岩和碎裂岩样品开展了低速至高速(10 μm/s – 2.1 m/s)摩擦实验研究。实验使用了装配有压力容器的旋转剪切低速至高速摩擦实验机,实验条件包括干燥、含水和孔隙水压条件。我们对实验后的样品进行了仔细的微结构观察、X射线衍射分析和BET比表面积测量。为更好地估计实验中温度和孔隙压力的演化,进一步约束断层弱化机制,我们还开展了热压作用的数值模拟。这些研究工作获得了如下认识:(1)断层泥在滑动速率小于10–100 mm/s的范围内存在着速度强化,暗示着在地震过程中存在着一个阻碍破裂加速传播的力学障碍。(2)温度升高在断层泥的动态弱化中起到了至关重要的作用,仅仅是纳米颗粒物质不足以造成断层的弱化。(3)Flash heating是干燥条件下最可能的断层主导弱化机制;同时,在含水条件下,flash heating可能触发局部滑动带内孔隙压的迅速升高,造成断层在远低于常规所认为的特征弱化速率的情况下呈现快速动态弱化,从而显著地促进动态破裂的传播。(4)孔隙水的汽化能够促进断层同震滑动中的流体增压效应,对断层带的温度升高也起到明显的缓冲作用。(5)无论是干燥还是含水条件,地震断层滑动中的颗粒磨碎效应都仅仅吸收了很小一部分能量。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The crucial role of temperature in high-velocity weakening of faults: Experiments on gouge using host blocks with different thermal conductivities
温度在断层高速弱化中的关键作用:使用不同导热系数的主块进行过凿实验
  • DOI:
    10.1130/g37310.1
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Geology
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Lu Yao;Shengli Ma;John D. Platt;André R. Niemeijer;Toshihiko Shimamoto
  • 通讯作者:
    Toshihiko Shimamoto
Water vaporization promotes coseismic fluid pressurization and buffers temperature rise
水汽化促进同震流体加压并缓冲温升
  • DOI:
    10.1002/2016gl071932
  • 发表时间:
    2017-03-16
  • 期刊:
    GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Chen, Jianye;Niemeijer, Andre;Ma, Shengli
  • 通讯作者:
    Ma, Shengli
Is frictional heating needed to cause dramatic weakening of nanoparticle gouge during seismic slip? Insights from friction experiments with variable thermal evolutions
在地震滑动过程中是否需要摩擦加热来导致纳米颗粒凿痕的显着弱化?
  • DOI:
    10.1002/2016gl069053
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    Geophysical Research Letters
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Lu Yao;Shengli Ma;Andre R. Niemeijer;Toshihiko Shimamoto;John D. Platt
  • 通讯作者:
    John D. Platt

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其他文献

柠檬酸溶解废锂离子电池正极材料的研究
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  • 通讯作者:
    马胜利

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断层亚失稳与地震短临前兆物理机制的实验与野外研究
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  • 资助金额:
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位移量和滑动历史对断层摩擦滑动稳定性影响的实验研究
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断层亚失稳与地震短临前兆物理机制的实验与野外研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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