MATLAB实现库仑应力变化计算

3月前浏览86

一、研究背景与创新点概述

库仑应力变化（Coulomb stress changes）分析是研究地震触发机制的重要手段之一。通常情况下，大地震发生后会引起周边地区库仑应力的显著变化，从而影响后续余震的空间分布和未来地震危险性的评估。然而，当前的库仑应力计算工具在处理多样化接收断层（receiver faults）方向和自动化分析方面存在不足，这制约了库仑应力分析的精确性与适用性。为此，开发一种自动化、可配置化的库仑应力计算工具成为地震研究领域的关键需求。

创新点（Innovations）

本文开发了一种名为Autocoulomb的新型自动化库仑应力计算程序，具有以下显著创新点：

1.完全自动化与灵活配置：Autocoulomb首次实现了对任意方向接收断层库仑应力变化的全自动批量计算，用户无需手动定义复杂参数，从而显著提高了研究效率与准确性。

2.任意方向断层接收的精确计算：与传统方法局限于特定断层走向或倾角不同，Autocoulomb允许计算任意方向（走向、倾角、滑动类型）的接收断层上的库仑应力变化，增强了研究的全面性与普适性。

3.高度用户友好的界面设计：程序支持用户自定义多种输入参数与分析场景，界面直观友好，降低了操作门槛，利于广泛推广与应用。

研究方法

论文中详细阐述了Autocoulomb程序的设计理念、实现过程与使用方法：

1.核心理论基础：程序采用经典的Okada位错模型与库仑失稳理论，计算震后断层破裂对周边接收断层产生的库仑应力变化，并考虑正应力和剪切应力综合效应。

2.自动化计算流程：Autocoulomb程序内部实现了震源断层参数的自动提取、接收断层参数自动网格化与库仑应力批量计算，无需人工干预。

3.参数灵活设定：用户可根据研究需求，自由配置库仑摩擦系数、断层走向与倾角范围、计算空间分辨率等重要参数。

4.数据输入与输出：程序支持主流地震学和大地测量数据格式输入，并自动输出可视化的库仑应力变化分布图与数据文件。

研究结果

本研究应用Autocoulomb程序分析了2020年西门诺夫岛（Simeonof Island）Mw7.8强震的库仑应力变化特征：

1.高效精确的应力计算：程序在短时间内自动计算并清晰展示了此次地震后不同方向接收断层上的库仑应力分布情况。

2.显著的应力增高区域识别：研究明确指出，震后附近区域的多个次级断层方向上库仑应力明显增高，尤其是在震源区周边特定方位上达到了显著应力积累，提示未来余震或后续地震风险显著升高。

3.验证了自动化程序的可靠性：与传统方法的计算结果比对，Autocoulomb计算得到的库仑应力分布精确一致，且显著提高了计算效率。

讨论

论文深入探讨了以下关键问题：

1.库仑应力计算自动化的重要性与优势：

Autocoulomb程序通过自动化方式快速提供大量高分辨率库仑应力数据，有助于地震学家及时掌握地震后的应力状态，为余震危险性评估提供了高效工具。

2.任意方向断层分析的价值：

研究指出现实中断层网络复杂多样，传统程序的局限性可能遗漏潜在的危险断层，Autocoulomb程序突破了这一限制，对全面分析地震触发机制具有重要作用。

3.未来地震风险评估方法论的改进：

Autocoulomb的开发应用为未来区域地震危险性评估与断层动力学研究提供了更加便捷、精细化的分析工具，并指出程序未来仍需加强高精度三维建模和复杂介质条件的模拟能力。

总结

本文成功开发并验证了名为Autocoulomb的库仑应力变化自动化计算程序，该程序具有强大的自动化分析、任意断层方向计算与灵活配置优势。以2020年西门诺夫岛Mw7.8地震为实际应用案例，程序展示了其高效性与可靠性，显著提高了库仑应力变化分析的精确度与操作便利性。该工具未来将在全球地震学研究与地震风险评估中发挥重要作用，进一步推动地震动力学与危险性研究的深入发展。

参考文献：

Wang, J., C. Xu, J. T. Freymueller, Y. Wen, and Z. Xiao (2021). AutoCoulomb: An Automated Configurable Program to Calculate Coulomb Stress Changes on Receiver Faults with Any Orientation and its Application to the 2020 Mw 7.8 Simeonof Island, Alaska, Earthquake, Seis mol. Res. Lett. XX, 1–19, doi: 10.1785/0220200283.

该程序来自武汉大学许才军教授的研究团队。程序地址:https://github.com/jjwangw/CoulombAnalysis

来源：岩层书旅

Comsol 振动断裂非线性化学动网格电子油气 MATLAB UG 岩土海洋 UM 裂纹理论水工 PFC 材料人工智能

著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载

首次发布时间：2025-08-17

储层地质力学_MATLAB_Python：探讨了储层开发所遇到的各种地质力学问题

免费

还没有评论