[科普中国]-粘－滑现象

在地下较深的部位，断层两侧的岩石若要滑动必须克服强大的摩擦力，因此在通常情况下两盘岩石好像互相粘在一起，谁也动弹不了。但当应力积累到等于或大于摩擦力时，两盘岩石便发生突然滑动。通过突然滑动，能量释放出来，两盘有粘结不动，直到能量再积累到一定程度导致下一次突然滑动。实验证明，物体在高压下的破坏形式，是沿着断裂面粘结和滑动交替进行，断面发生断续的急跳滑动现象，经过多次应力降落，把积累的应变能释放出来，这种现象就叫粘滑现象。

简介震源物理是地震学研究领域中一个十分活跃的方面，而其研究的主要目的在于认识和把握在构造应力场的作用下，地震断层及震源区地壳岩体的破坏规律，就岩石的变形过程进行实验研究，尤其是对含有断裂构造的岩石进行破坏实验，对比天然地震的发震现象，将有助于对地震成因的讨论和认识。岩石样品的破裂过程的研究是岩石力学中的一个重要课题，对岩石破裂过程的深入了解有助于对地震过程的认识，而对含有斜裂缝的岩石试件在单轴压缩下的力学性态的研究是岩石断裂力学中的一个最基本的问题，Brace 等人曾对具有斜裂缝的玻璃及岩石试件作过详细的研究，提出了裂缝的构造活动与裂隙丛集发育的变形局部化前兆在这种破坏过程中的关系，并就其所反映的震源物理本质进行了讨论。

岩石破裂后，破裂面的摩擦特性又是显得尤为重要，因为大多数地震是由于原生断层的错动而发生的，因此，为了研究震源机制，人们又对岩石的摩擦和粘滑特性进行了许多研究工作。1

粘滑特性

早在1939 年，BOwden 和Leben 在作摩擦试验时曾设计了以下的模型来研究粘滑问题。将一弹簧的一端连接在一质量为m 的滑块! 上，并将滑块放置在一粗糙的平面上（如图1），设滑块与平面之间的静动摩擦系数分别为υS和υk。为当弹簧处于自然状态的情况，此时弹簧的拉力为零。当在弹簧上逐渐加力时，弹簧被逐渐拉长，弹簧的拉力为：FS=K·LX

式中K——弹簧的刚度系数，它代表弹簧每单位拉长长度所产生的力；

LX——弹簧被拉伸的长度。

实验1966 年，Brace 和Byeriee 根据上述思路在岩石样品上作了粘滑试验（图2），并指出，在地壳内小于25 km 的深度范围内，粘滑是地震发生的一种可能机制。

Sholz 也曾在100 Mpa 围压下对花岗岩进行了摩擦试验，他指出，犹如岩石有脆性和韧性2 种状态一样，断面之间的相对错动也有稳定滑动（stabie - siiding）（相当于图3 曲线中的ab 段）和不稳定滑动（instabie - siiding）（ bc 段）2 种方式。对于自然界中的断层，前一种滑动称为断层蠕动（creep - siip），它有可能也是释放应力的一种方式，但并不产生地震，而后一种滑动就产生地震，通常称为粘滑（stick - siip）。然而，自然界中断层的实际情况比试验复杂得多。地壳中的断层面是起伏不平的粗糙面，时常有不连续段、强度较高的凹凸体存在，断层面之间还夹有不同厚度、不同矿物成份的断层泥，还受到所处温度、围压和孔隙流体等各种因素的影响。这些因素对岩石滑动特性的影响的简单认识也可通过室内的试验而得到，Brace 等人对此有较充分的论述。

a）断层岩石或断层泥的矿物成份：当断层岩石是含有弱矿物的岩石时，一般呈现稳定滑动。

b）孔隙度：较小的岩石孔隙度（即岩石很致密），断层呈粘滑，否则呈稳定滑动。

c）断层泥厚度：无断层泥时有利于为粘滑，而断层泥较厚时易于稳定滑动。但在一定条件下（如较高的围压），含有断层泥的断层也可能发生粘滑。

d）围压：一般处于高围压条件下时易发生粘滑。

e）水：水的出现总是有利于产生稳定滑动。

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学