汶川地震剪切滑动面微-纳米级颗粒的特征、形成机制及地震意义

在2008年汶川5.12大地震同震主地表破裂带—北川-映秀破裂带中,多处断层滑动面上可见到具有强烈变形特征的薄层断层泥.在地表垂直位移量较大的西南段和东北段,选取八角庙、和尚坪和沙坝探槽中的断层泥为研究对象,利用立体镜和扫描电镜对断层泥的组构特征和Y剪切面上的微-纳米级颗粒进行形态和结构研究.观测研究结果显示,汶川5.12大地震的同震断层泥发育有明显的Y和R剪切和平直擦痕.断层滑动摩擦面磨损、研磨、粉末化则是汶川同震断层泥中微-纳米级颗粒形成的主要途径.地震断层滑动会产生摩擦热,但并不排除热分解在断层泥滑动面上纳米粒子形成过程中的重要作用.断层摩擦滑动面上普遍存有微-纳米单体及其复合体两类颗粒,微-纳米颗粒形态有球状、蚕虫状、饼状和块状等.其主要结构是散布状和堆积状结构,但也有少量条带状和层状结构,而结构单元之间常有空隙,显现松散接触.在条带状和层状结构中,仅有异化的单体颗粒,而在散布状和堆积状结构中除了主要是由单体颗粒异化形成的蚕虫状,块状和圆饼状形态的复体颗粒外,还有未变形的单体球状颗粒.Y剪切面上微-纳米颗粒的散布状、堆积状、条带状和层状结构都是在相同的地震快速变形过程中极端不平衡条件下形成的.条带状和层状结构是塑性变形,而散布状和堆积状则是脆性变形,不连续的动态摩擦(断层粘滑)是松散结构形成的主要机制.汶川地震同震断层滑动面微-纳米级颗粒的结构是地震断层滑动留下的地质形迹(不是假玄武玻璃),是地震断层滑动的记录,它可作为判定古地震断层的一种标准.     

断层泥的再生显微结构特征及其地震地质意义

三轴剪切摩擦实验后的断层泥与天然断层泥的再生显微结构特征研究表明，断层泥的显微结构特征与断层滑动方式之间有一定的关系，稳滑使断层泥变形均匀，产生低角度剪切（＜１４°）、布丁构造和颗粒碎裂流动。粘滑使断层泥局部发生强烈变形、高角度剪切（＞１４°）和碎粒出现随机裂纹等。断层泥的再生显微结构特征可用作鉴别古地震的存在     

首都圈现今断层活动方式的数值模拟

利用三维有限元模型对首都圈断层水平运动方式和地壳应力场进行了模拟研究,认为该地区主要受张家口—渤海构造带左旋剪切的控制,且不同走向活动断层以左旋走滑为主.在此基础上,考虑可能发生的边界作用方式的改变,计算了相应断层活动方式变化.结果表明,如果华北平原相对于燕山块体东向运动增强会造成不同走向断层左旋运动加速;如果背景东西向挤压应力场增强会造成NW向断层左旋加速和一些NE向断层不同程度右旋滑动.     

安丘—莒县断裂小店—大店段断层活动证据及断层泥分布特征初步研究

郯庐断裂带最新活动的断层分布于潍坊至嘉山一带, 而安丘—莒县断裂是郯庐断裂带的重要活动断裂之一。 基于地质考察、 高密度电法探测和钻孔联合剖面, 对安丘—莒县断裂小店—大店段断层活动证据及断层泥分布特征进行研究。 地质考察发现紫红色砂砾岩逆冲到全新世耕植土上方, 两者之间发育断层泥带, 断层泥内含少量角砾岩, 为全新世活动逆断层。 高密度电法探测结果表明断层通过位置电阻率差异明显。 钻孔联合剖面揭露的地层: 全新世耕植土、 全风化砂质泥岩、 强风化砂质泥岩、 碎裂岩、 断层泥带及中风化砂质泥岩。 钻孔K1和K2揭露深灰色断层泥带, 倾向西, 倾角约为74°, 厚度约为13.9 m, 与南侧出露的断层泥带产状相协调。 工作区范围内, 发育多处褶皱、 破碎带和断层泥带, 断层表现为全新世逆断层性质。     

断层破裂方式对银川盆地强地面运动的影响

银川盆地是受断层控制的断陷性盆地,边缘和内部发育了多条断裂带,特别是其内部晚更新世-全新世活动的银川隐伏断层可能对银川市的建设规划和抗震设防影响较大.为了研究银川隐伏断层活动对银川盆地强地面运动特征的影响,本文以银川隐伏活动断层作为目标断层,模拟了断层发生Mw6.5特征地震时,在单侧破裂和双侧破裂两种方式下,银川盆地的强地面运动分布特征.分析结果表明在两种破裂方式下,盆地内强地面运动表现出不同形态的地震条带状分布特征和上盘效应;同时受到银川盆地边缘断裂"西陡东缓"构造特征的影响,地表强地震动分布和断层附近观测点的时程也呈现出独特的盆地边界反射作用.在单侧破裂和双侧破裂两种模式下,近场强地面运动集中区总体上呈现北强南弱的现象,银川市及附近的芦花台等地区是强地面运动分布的主要区域.     

汶川地震北川-映秀断裂北段断层泥显微构造和黏土矿物特征及其意义

汶川2008年M S8.0大地震同震地表破裂带中,近地表断层滑动面内多处分布了薄层断层泥。选取位于地表垂直位移量较大地段的北川沙坝探槽中的断层泥为研究对象,使用立体镜、光学显微镜和X光衍射等对断层泥微结构特征及其矿物成分进行详细的分析。结果表明:汶川地震地表破裂带的断层泥中发育Y-剪切、R1-剪切(与Y-剪切的交角14°)、R2-剪切、P-剪切以及张裂隙和书斜式构造等局部化脆性变形的特征显微构造。此外,断层泥中还有发育良好的P-叶理,碎屑颗粒的拉长和不对称拖尾构造等类似于散布的韧性变形特征。但是,它们仅局限在2条平行的Y-剪切之间发育,应当是断层同一滑动事件的产物。显微构造特征揭示了汶川地震破裂带的逆冲滑动性质,强烈变形的断层泥带较窄,仅约3mm,表明同震滑动明显地局限在一个窄的滑动带内。断层泥的石英和长石含量小于围岩,而黏土矿物含量高于围岩,说明来自围岩的长石和石英由于同震断层滑动摩擦使其部分转变为黏土矿物或黏土粒级的物质。断层泥中的伊利石含量高于围岩,伊利石/蒙脱石混层则低于围岩,这种黏土矿物组成成分的差异,可能是由于地震同震断层滑动摩擦增温(不排除溶液化学作用的参与),使部分伊利石/蒙脱石混层转化为伊利石。这些研究结果为探讨断层滑动性质提供了一种判定标准。     

江西中北部基岩区断层泥显微构造特征及意义

如何在相对稳定的基岩区开展断裂活动性调查与发震构造判定是一项具有挑战性的研究工作。江西中北部瑞昌-铜鼓断裂和宜丰-景德镇断裂主要发育在前新生代基岩区,但存在第四纪有过活动的地质和年代学证据,是2条重要的中强地震构造带。在这2条断裂露头剖面上均发育断层泥条带,断层泥显微构造图像揭示了丰富的构造变形现象,构造成因机制明确。在变形方式上,断层泥显微构造中既发育Y剪切、R剪切以及棱角状、次棱角状碎斑等等局部化脆性变形特征,又有P叶理和碎屑颗粒拖尾构造等韧性变形特征。在中强地震发生过程中,沿着发震构造的近地表滑动面很可能存在微观尺度的构造变形。在缺少第四纪活动证据的湖口-新干断裂南段露头剖面上采集的松软物质的显微构造研究结果,反映了断裂构造带上泥状松软物质也可以是后期雨水淋滤充填或风化的产物。在野外现场观察中,断裂滑动面上构造成因与非构造成因的泥状松软物质有时很难进行区分;而在室内磨制的薄片显微构造观察中,两者之间的显微构造差异明显。华南相对稳定的基岩区常常是中国重大工程(如核电厂)选址中优先考虑的地区,同时也是中国经济发达、人口密集的城市群主要分布区;在这些地区的地震构造环境评价中,断层泥显微构造研究为鉴定断裂活动性、判定中强地震发震构造提供了可以借鉴的技术途径。     

辉长岩摩擦实验中断层泥的剪切组构及成因

模拟断层泥的摩擦实验对地震的成核及断层带变形组构的研究具有重要意义。文中对辉长岩摩擦实验中的断层泥变形组构及形成机理进行了研究 ,以期从实验室角度来理解地壳深部断层活动的性质和特点。断层泥剪切组构中的边界剪切带 ,R1,Y剪切面比较发育 ,T裂隙次之 ;R2 ,P ,X剪切面不发育。R1面与边界面的夹角较小 ,平均在 1 1°左右 ,为单剪变形过程中达到破裂极限状态时形成的 1组库仑破裂面。分析表明R1面密度随正应力的增加而明显增高。而在相同的正应力下 ,随温度的增高 ,R1面的密度也有增加的趋势。当温度高于 5 0 0℃时 ,断层带内的斜长石出现塑性变形特征 ,R1剪切面与矿物的压性面理组成典型的S -C组构     

虹口八角庙-深溪沟炭质泥岩同震断层泥的X射线衍射分析结果

5.12汶川地震同震地表破裂带在虹口八角-深溪沟一带主要出露于三叠系须家河组的炭质泥岩中,同震断层泥在颜色、结构上与老断层泥和围岩类似。通过开挖探槽,系统采样,采用粉晶X射线衍射定量分析方法,研究了同震地表破裂带的围岩、断层角砾岩、老断层泥和新断层泥的矿物成分特征。同震断层泥的主要成分为石英和黏土矿物,含微量长石和白云石;断层泥的显著特征为高黏土矿物含量,从同震断层泥、老断层泥、角砾岩到围岩黏土矿物含量依次降低,黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主,含微量绿泥石和高岭石,矿物组成明显比地表破裂带北段同震断层泥简单。不同颜色的同震断层泥成分略有不同,黑色断层泥中伊利石含量明显高于白色断层泥;老断层泥中含有方解石和白云石,而同震断层泥不含方解石,只含微量白云石。同震断层泥中伊蒙混层高含量表明,在本次地震错动中有富含K的流体参与。     

高黎贡剪切带变形花岗质岩石中的长石细粒化和岩石流动特性

以高黎贡剪切带中发育的变形花岗质岩石为研究对象,主要通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、阴极发光仪(CL)和电子背散射衍射(EBSD)对其显微构造、组构以及矿物成分进行了精细的测试分析,重点针对岩石中的长石细粒化和流体制约因素进行了深入讨论.研究结果表明:(1)高黎贡剪切带中的变形花岗质岩石随糜棱岩化程度的增强,呈现出两个明显的端元变形岩石类型,即Ⅰ型-条带状花岗质糜棱岩和Ⅱ型-条带状超糜棱岩.(2)在Ⅰ型和Ⅱ型岩石中,主要矿物组合均为钾长石、斜长石、石英、黑云母和(或)白云母.然而其中Ⅰ型岩中矿物的成分含量为:钾长石(残斑为主)斜长石石英±黑云母;Ⅱ型岩中矿物的成分含量为:细粒化的斜长石钾长石石英±黑云母.(3) EBSD组构结果显示无论是Ⅰ型-条带状花岗质糜棱岩,还是Ⅱ型-条带状超糜棱岩,条带状石英在Y轴方向形成最大c轴0001主极密的结晶学优选定向,表示以柱面a滑移系发育为主;而Ⅱ型-条带状超糜棱岩基质中的石英单颗粒在X轴方向形成最大c轴0001主极密的结晶学优选定向,指示了柱面c滑移系.(4)Ⅱ型-条带状超糜棱岩基质中分布的钾长石矿物变形是以(100)[010]滑移系的发育占主导地位的位错蠕变动态重结晶,斜长石矿物呈现较弱的EBSD组构,表现出颗粒边界为主的滑移超塑性流动特征.值得注意的是从Ⅰ型-条带状花岗质糜棱岩到Ⅱ型-条带状超糜棱岩中,变形长石残斑主要为钾长石.在角闪岩相剪切变形过程中钾长石呈现出明显细粒化以及矿物相、矿物成分和结构的转变,表现为钾长石矿物残斑被细粒化斜长石和石英颗粒取代并伴随着流体作用.钾长石残斑的强烈细粒化进一步形成高应变局部化的超糜棱岩和整个岩石的超塑性流动.     

鲁西北西向断裂的断层泥及其地震地质意义

对鲁西北西向断裂的断层泥进行了较系统的研究。通过对断层泥的宏观特征、断层泥中石英碎砾的表面结构特征和断层泥的成熟度的研究,确定了断裂活动的地质时代、运动方式、破裂形式和活动度,并对断层泥的地震地质意义进行了讨论     

华山北麓断裂断层泥的基本力学性质

华山北麓断裂是渭河盆地内一条典型的活断层。著名的1556年华县八级大地震就发生在该断裂带上。断裂的动力变质带宽数十至数百米,构造角砾岩和糜棱岩发育,在数米至数十米厚的构造角砾岩层内,局部夹有几十厘米厚的薄层状断层泥。为了配合全国活断层研究计划的实     

鲁甸6.5级地震发震断层判定及其构造属性讨论

鲁甸6.5级地震是川滇菱形块体南南东向运动在青藏高原东缘与华南地块相互作用边界变形带上发生的一次中等强度地震.尽管野外应急科学考察没有发现明显的地震地表破裂带,但云南昭通防震减灾局局域地震台网记录到的余震条带状分布、震后科学考察获得的地震烈度长轴方位和极震区地震裂缝等显示出发震断层为NW向包谷垴-小河断裂,左旋走滑性质,属大凉山断裂南端部组成部分;库仑应力计算表明,鲁甸地震可对周边活动断层系历史地震空段产生应力加载作用,其地震危险性不容忽视.     

六盘山东麓断裂断层泥的组构特征及其意义

本文采用宏观与微观相结合的方法 ,研究六盘山东麓断裂的滑动方式。结果表明 :(1)根据断层泥组构特征 ,六盘山东麓断裂可划分为北、中、南 3段 ,这与前人宏观分段结果相一致 ;(2 )北段断层泥局部强烈变形 ,发育牵引褶皱 ,吕德剪切角 (R1)介于 11°～ 2 6° ,以及伊利石无明显的优选方位组构 ,表明该段断层活动是以粘滑为主的左旋走滑运动 ;(3)中、南段断层泥普遍变形 ,吕德剪切角 (R1)一般小于 11° ,P叶理、带状褶皱和肠状构造发育 ,以及伊利石复杂的优选方位组构 ,显示该断层的活动是以蠕滑为主的多期逆冲滑动     

汶川地震断裂带粒度分布特征：对地震碎裂机制的约束

断层岩的粒度分布包含岩石破裂机制、摩擦性质和地震能量分配等重要信息。筛分-称重和激光测量是分析断层岩三维粒度的2种有效方法,但每一种方法的测量范围仅有3个量级,难以全面反映断层岩的粒度分布特征。利用上述2种方法对汶川地震断层滑动带上的断层岩（简称断层岩）的粒度分布进行了测量,粒径测量范围从0.2μm至16mm,跨度达到5个数量级。结果显示：1）存在临界粒径d_c（0.95～1.90μm）。粒度大于和小于d_c的颗粒满足不同的颗粒数（N_d）-粒径（d）分布关系,表明该断层岩的粒径分布不具有自相似性特征。2）利用粒度大于d_c的颗粒计算出的分形维数与断层岩类型有很好的相关性,即断层带边缘的角砾岩的平均分形维数为2.6,核部压碎角砾岩的平均分形维数约为3.0,中心断层泥的分形维数约为3.5。粒径小于d_c的颗粒的分形维数为1.7～2.1。分形维数的突变反映出断层破裂机制的复杂性,即在不同的粒度域,岩石的破裂机制不尽相同。3）依据粒度分析结果,估算出汶川地震断层泥的单位破裂能（E_s）为0.63MJ/m2。     

X光组构仪在活断层研究中的应用

断层泥矿物的优选方位和组构型式与断层活动的性质有着密切的关系。使用Ｘ射线组构测角仪测试香山－天景山断裂不同区段断层泥伊利石的组构，结果显示，香山－天景山断裂中段断层泥伊利石组构无优选方位，是断层粘滑的结果；东西两段断层泥伊利石组构有一个极密区，是断层左旋剪切蠕动的结果     

中国五条断裂断层泥力学性质的初步研究

本文概述了红河断裂、沂沭断裂、海原断裂、富蕴断裂和鲜水河—小江断裂等五条断裂断层泥的力学性质的实验研究。在五条断裂现场采集了75种断层泥样品并进行了粘土含量、含水量、密度、体积模量、杨氏模量、粘滞系数、抗压强度、抗剪强度和弹性波速度等九种断层泥性质参数的测量,取得了693个数据,使我们对我国断层泥的力学性质有了初步的了解。     

沂沭断裂带断层泥的研究

沂沭断裂带是由近于平行的四条断层构成的一条活动断裂带。我们用X—射线衍射仪和扫描电镜测定了沂沭断裂断层泥的粘土矿物组成及其中石英颗粒的表面形貌。依据沂沭断裂带四条主干断层中的19个断层泥样品中石英颗粒表面形貌将它们分为四种结构类型,每一类都有各自的特征结构。认为保存下来的这些石英颗粒表面标志,不仅可以揭示沂沭断裂带的活动性,也揭示了东部的白芬子—浮来山断层(F_2)具有最强的活动性。     

高要断裂的特征及其活动性

高要断裂是一条呈北东向延伸的由多条断裂组成的大断裂,具有多期活动特征,根据不同的活动特征又可将该断裂分为３段。经野外地震地质调查,并在断层面和钻孔的角砾岩岩芯中共取了５个样品作热释光测年,测定断层活动年龄距今均大于１４万ａ,证明断层最后一期活动为中更新世断层年代,可视为非活动断层。     

鲜水河断裂反“多”字型地裂缝带的成因机制

本文以1981年道孚6.9级地震考察资料为基础,结合1973年炉霍地震资料并运用光弹,泥料实验,讨论了鲜水河断裂上反“多”字型地裂缝带的成因机制。笔者认为反“多”字型地裂缝是断层水平剪切运动的产物,出现与相邻两条羽列裂缝交替部位的鼓包是裂缝水平错动在垂直方向调整作用的结果。鼓包两翼往往东陡西缓,鼓包轴部的逆断层也往往由西向东逆掩,这可能与断裂南西侧向南东运动有关,是以滇菱形断块向南南东运动产生的结果