断层的黏滑运动被认为是浅源地震发生的一种重要机制。断层泥作为断层活动的一种产物，记载着断层活动的多种信息，也是诸多地质灾害发生的主要承载介质。理解断层泥的微观动力演化对断层宏观黏滑运动的控制机制是地震研究的重要突破口。

南方科技大学地球与空间科学系高科课题组基于有限元-离散元耦合数值方法（FDEM），构建了断层泥剪切数值模型（图1），分析了断层剪切黏滑过程中断层泥内部的应力分布均匀性和颗粒接触状态的演化规律。研究结果表明，断层滑动（剪切应力降）伴随颗粒接触数的变化，而断层泥内部应力分布出现两种变化趋势：应力非均匀分布（图2中A、B、C窗口的蓝色曲线）和应力分布趋于均匀（图2中D窗口的蓝色曲线）。

图1 断层泥剪切的有限元-离散元数值模型

图2 断层泥剪切过程中摩擦系数、颗粒平均接触数及内部应力分布均匀性的变化

进一步分析断层泥内部颗粒接触变化的结果表明，黏滑过程发生的时间段和颗粒接触状态变化的区域主要有两种模式：点分散式（图3c）和遍布式（图3d），分别产生应力分布不均匀和应力更均匀两种结果。对颗粒接触变化的联动效应进行分析发现，相较于应力分布均匀的黏滑过程（图4c中D窗口），应力分布不均匀的黏滑过程中颗粒接触变化的范围较小，但联动效应更大，因此发生在接触力链的关键位置，对接触力链的结构调整更大。由于对接触力链的多次调整，使得系统稳定性不断降低，导致较大滑移事件的发生。因而应力分布不均匀的黏滑过程可视为应力分布均匀的较大滑移事件的“前期准备”。

图3 断层泥内部颗粒接触变化分布

图4 断层泥内部颗粒接触变化的联动效应

相关成果已发表在地球科学领域权威期刊《Earth and Planetary Science Letters》上，第一作者为南方科技大学访问学者张雅慧博士，现为中国地质大学（武汉）特任教授，通讯作者为高科副教授，中国地质大学（武汉）李长冬教授为共同作者，南方科技大学是论文的第一作者和第一通讯单位。

论文信息：

Yahui Zhang, Ke Gao*, & Chandong Li. (2023). Two slip regimes in sheared granular fault. Earth and Planetary Science Letters, 608, 118086.

https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118086