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京都大学林爱明教授在港大演讲地震与断裂

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应香港大学工程学院邀请,京都大学地球物理学系主任林爱明教授,8月3日下午,在港大做了蒙民伟杰出学人讲座(William Mong Distinguished Lecture)。他的讲座题目是“断裂强度和地震破裂机理”(Fault Strength and Seismic Rupture Mechanism)。

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林教授首先介绍,古代日本人相信,地震是地下鲶鱼(catfish)翻动造成的。在1893年,东京大学小藤文次郎教授(Professor Bunjirou Koto,1856-1935)提出了现代断层(断裂)地震理论。在研究了1891年8级日本濃尾(Nobi)地震的根尾谷断层地表破裂现象之后,小藤文次郎教授,1893年在《Journal of the College of Science, Imperial University,Japan》第V卷第IV期发表了题目为“On the Cause of the Great Earthquake in Central Japan, 1891”论文,介绍了地震与断层的关系。之后,这个断层导致地震的观点被Reid教授在研究1906年旧金山大地震中进一步发展,得到世人广泛认可和应用。

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之后,林教授主要地介绍了他多年来研究断裂带出现的假熔岩(Pseudotachylyes)的成果。The term Pseudotachylyte (Pt) is used to describe a dark aphanitic appearance to a form of glassy basalt rock as tachylyte, showing as simple and network veins within wall rock. 他认为,假熔岩是地震化石。它是地震时断裂两侧岩石快速滑动、摩擦生热造成了围岩熔化和渗流。之后,这些局部熔岩快速冷却形成了假熔岩。他认为,断裂两侧岩石摩擦滑动速度在每秒钟数米(3米)之内。他首次在实验室用单轴压缩-旋转试验制造了岩石熔化。他把两块圆柱状岩石试样紧密挤压放在一条轴线上。一块试样固定,另一块高速旋转。转速高达每秒50转。摩擦生热高温,使得这两块接触带岩石熔化,再降温形成了熔岩。

他根据假熔岩研究,推论出地震断裂可以震源地壳能干层(脆性岩层,温度300 °C以内)向上部地表发展,又可以向下部脆-柔(brittle-ductile)转换层发展(温度在300°C到350 °C之间),直到塑性-柔性流动地壳层(温度在350 °C到450 °C之间)。从而,他提出了传统所谓的地震震源与破裂深度存在下限是需要改变的。他进一步地给出了大地震总是在断裂带重复发生的一种解释。他认为,地震断裂带强度是受到断裂角砾岩强度控制的,而不是母岩围岩的强度。这就可以解释,大地震在同一条活动断裂带(例如,昆仑断裂带和鲜水河断裂带)重复发生。产生地震的断裂带是脆弱的。

在演讲结束后,林教授认真地回答了不少同学和老师的提问。

林教授港大访问和这场学术报告,让我对日本和世界的地震断裂研究等议题有了详细的了解和认识。我十分感谢他。

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