断层的活动行为受应力场影响，而后者则始终处于动态演化之中。一方面，大型构造单元的运动能够改变着断层所处的区域应力场，从而影响断层运动。例如，红河断裂早期（古近纪）为左旋剪切运动，后来伴随着印度板块-欧亚板块碰撞及华南地块的挤出，在新近纪以来产生右旋走滑运动，形成滑动反转。另一方面，人类活动（例如工业注水、能源抽采、开挖卸荷、地表建设等）也能够改变断层所处的应力状态，从而激活断层并诱发地震。在以上过程中，应力状态的演化不尽相同，对断层的活化行为产生了深刻影响。目前尚不清楚在应力主轴旋转甚至颠倒情况下断层如何活化，并产生类似于红河断裂的滑动反转；也不清楚这种情况下断层活化与历史上断层活动行为存在何种区别。
针对上述科学问题，我校工程技术学院求真博士后董鹏，在我校夏开文教授和彭建兵院士的联合指导下，基于实验室地震研究方法，采用不同的加-卸载应力路径，通过室内实验模拟断层活化行为。通过对断层的应力状态和瞬态破裂过程开展全场高分辨率观测，深入研究断层激活的临界应力条件及破裂动力学特征，取得以下几点创新的认识：
1） 当卸载最小主应力时，断层的活化行为与历史地震事件相似，具有相近的宏观静摩擦系数（图1中Case I）、应力降、破裂速度等震源参数（图2）。
2） 当卸载最大主应力时，应力主轴最终会发生颠倒，断层的活化会产生相对于历史地震事件的反向滑动，且断层的宏观静摩擦系数明显低于历史事件（图1中Case II），在同震阶段断层的破裂速度要低于历史事件（图2）。
3） 相对于历史地震事件，在应力主轴反转的情况下，断层的应力分布均匀性显著降低，利于在较低的应力水平下激活断层（图3）。
研究结果可为理解天然断层在复杂应力路径下的活动行为提供实验依据，为揭示应力扰动下断层的活化机理提供理论支撑。
图1断层卸载应力路径及失稳包络线
图2 不同加-卸载应力路径下断层破裂时空演化过程及破裂速度
图3 应力主轴颠倒导致断层应力分布及其均匀性发生显著改变
该研究得到了国家自然科学基金项目（42174061、42141010和42307205），中国博士后科学基金特别资助项目（2022TQ0319）的支持，并发表于Nature Index期刊、美国地球物理学会旗舰期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》：Dong, P., Xu, Y., Xu, R., Xia, K.*, & Peng, J. (2024), On the Unloading‐Induced Fault Reactivation: The Effect of Stress Path on Failure Criterion and Rupture Dynamics. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129(3), e2023JB028146.