喀喇昆仑断裂的变形特征及构造演化

喀喇昆仑断裂的变形特征、形成时代、构造演化以及它的构造意义一直存在着争议。在喀喇昆仑断裂东南段阿伊拉日居山地区,沿断裂出露具右旋剪切应变的糜棱岩和糜棱岩化片麻岩-花岗岩,显微构造研究表明其存在高温右旋剪切变形特征,并伴随淡色同构造花岗岩的产生,同构造结晶锆石所记录的U-Pb同位素年龄,暗示了喀喇昆仑断裂的形成时代在23-25Ma以前,其连续变形作用持续到-12Ma,之后伴随阿伊拉日居山的快速隆升以及噶尔盆地开始形成。综合分析表明喀喇昆仑断裂生长过程可能是由南东向北西扩展的过程,是印度板块与欧亚大陆持续碰撞的结果。断裂的累积位移量至少为280km,其长期平均滑移速率约为11mm／a。通过块体间运动学分析,表明在-23-25Ma以后青藏高原物质以约16．2mmn/a的速率向-N108°方向挤出。     

里德尔剪切：滑劈理的一种形成机制

微断裂中的倾斜标志层的拖曳褶皱（１）是滑劈理区别于其它类型劈理的标志。随里德尔剪切（Ｒ）发育的劈理，它与面理化岩石的各向异性面斜交并且与剪切带的各种角度（与α有关）相交。褶皱（２）在应变椭球体的ＸＺ面上发育，褶轴平行于高角度与Ｒ剪切相交的瞬态λ＿１。在递进剪切变形过程中，褶皱和劈理间的夹角发生了变化。在递进扭张带（α＜１）中，出现了最大的反向（反时针）Ｒ剪切旋转和祸皱间初始夹角的最大程度打开，达１７０°。从几何学上讲，这在简单剪切和压扭带中是不可能的，但是过长的Ｒ剪切的向前旋转受到了剪切带稳定的或逐渐变小的厚度的限制。细褶皱（３）增大了断裂的倾斜标志层的拖曳褶皱并在较高的应变下其轴面平行于劈理。在较高级褶皱（４）中，由于最初增量变形椭球体ＹＺ面上纯剪切和沿层间界线弯滑运动诱导的剪切作用影响，使得Ｒ剪切重新定位于轴平面位置。在它们垂直于谓轴的滑动中，褶皱翼部的拉伸和微劈石的非共轴变形使得以前的拖曳和细褶皱变形而呈一种特殊的型式。保存在劈理面上的条痕和／或微弱线理与剪切方向一致。劈理—褶皱截面、垂直劈理且平行于条痕线理的平面中的不对称构造都指示了剪切方向。     

雪峰山区韧性剪切构造带

雪峰山区存在着三条与山脉步向一致的北东向弧形韧性剪切带(Fl、F_2、F_3),F_1以左旋剪切为主,F_2、F_3以右旋剪切为主,但均系同一次构造剪切力所致。由变形岩石中的旅转应变体估算出剪切中心地带的剪切应力值大约是7-8,有限应变沿X最大拉伸量195％,沿Z方向最大缩短量为62％。其深部韧性剪切发生于加里东构造期,这之后又遭受浅部脆性应变叠加而构成断裂构造综合实体。     

不同成因结构面各向异性特征及其剪切力学特性

岩体结构面具有明显的各向异性,其直接影响岩体的变形特性、力学特性与渗流特性,因此对结构面的各向异性特征开展量化分析尤为重要。针对不同成因(劈裂、剪切)结构面,利用结构面量化参数(节理粗糙度系数JRC、节理平均倾角θ、分形维数D_B)对其各向异性特征进行了分析,研究了各向异性特征对其剪切力学特性的影响。研究结果表明:(1)在劈裂断裂结构面中,平行劈裂方向的JRC与θ值普遍大于垂直方向,且随角度变化波动较小,D_B在对角线方向变化较大,其值与所取剖面线长度有关;而在剪切断裂结构面中,平行剪切方向的JRC和θ值与垂直方向无明显差别,但D_B同样在对角线方向变化较大;(2)在评价结构面各向异性时,采用θ、D_B等参数评价时,劈裂断裂结构面与剪切断裂结构面各向异性系数无明显差别,采用JRC作为评价参数时,其各向异性系数差异较大,能较好反映不同结构面之间的差异特征;(3)剪切断裂结构面的峰值剪切荷载和法向位移均高于劈裂断裂结构面,两种结构面的剪胀角达到峰值时的剪切位移相近,剪切断裂结构面的开度分布较为集中且普遍较大,劈裂断裂结构面开度分布则较为分散。     

地震断层粘滑错动对青藏铁路变形效应的有限元分析——以东昆仑活动断裂为例

东昆仑断裂是青藏高原北部现今仍在强烈活动的左旋走滑地震断裂之一,该断裂的未来地震活动及其突发性粘滑错动是青藏铁路面临的重大工程地质问题.本文基于断裂几何学和运动学特征,通过加入8m的水平左旋位移,模拟了东昆仑断裂未来地震活动震中位于铁路线附近时铁路变形效应.结果表明,震中位于铁路线附近时,基岩整体移动,而第四纪松散层和道床则发生了变形,靠近断裂带附近的第四系自下而上水平位移明显减小,而铁轨和道床没有明显的断错,表现为长度约为25m的连续左旋弯曲变形;在铁路东、西两侧形成NE向的张裂陷和NW向的地震鼓包.在断裂带附近,铁轨发生了严重扭曲,铁轨应力自断裂带向两侧逐渐降低,而且铁轨的最大剪应力平面与铁轨的延伸方向垂直,因而在地震影响下,铁轨最有可能发生的破坏是剪切性的,并提出加宽路基、置换土层等工程防治措施.      

韩国和顺煤田淳昌剪切带的构造特征

沿着和顺煤田东部边界分布的淳昌剪切带持有N—S至NE—SW走向的不连续性韧性剪切带,局部地段尚可表现出一些连续性韧性剪切带的特征。在前寒武纪花岗质片麻岩区内发育着宽数米至700m不等的糜棱岩带,具有低侧伏角的拉伸线理和高角度糜棱岩叶理构造。基底岩中糜棱岩带剪切位移量推算为3km以上。由于二轴性应变作用,使剪切带中发生强烈的非均质性多相变形,并伴随叶理构造,它具有渐发性弯曲及各种非对称微细构造。其错动方向属右型运动,从应变分析获知,剪切带有限应变为简单剪切加上较弱的纯剪切和伴随体积减少的渐进应变过程累积形成。推测韧性剪切作用是在绿片岩相变质条件下于三叠纪末至侏罗纪中期发生的。     

运动学涡度的理论与实践

一般剪切作用下,碎斑或顺剪切作用方向向前或逆向旋转向两特征方向或流脊(非旋转方向)靠拢。高应变条件下,二长比大于一特定值的碎斑,当其顺向或逆向旋转至以特征方向为渐近线的双曲线的稳定翼上时,便稳定下来不再旋转。二长比小于该值的碎斑将不断向前旋转。这一特定值位于该双曲线的顶点,相应的临界形态因子(B*)或/和两特征方向间夹角的余弦定义为运动学涡度(Wk)。Wk是确定一相关韧性变形带纯剪切和简单剪切组分相对大小的重要度量,是根据内旋转(涡度)与线应变速率之间的比值而定的数值度量。就变形带而言,一般剪切带的运动学涡度变化为0~1,纯剪切为零,简单剪切为1。这是一非线性尺度,纯剪切和简单剪切各占50%的运动学涡度为0.71,而不是0.5。运动学涡度可通过计算、图解(双曲线网(PHD)、刚性颗粒网(RGN)法、Passchier图解、Wallis图解)、极摩尔圆法和应力或瞬时增量应变方向获得。运动学涡度与有限应变测量相结合很可能是估算一地地壳减薄/伸展量或增厚/缩短量的最佳途径。变形过程中运动学涡度很可能变化,应根据不同时期形成的构造获得相应时期的运动学涡度。     

应力幅值比对土-结构接触面非共轴特性影响研究

运用80 t大型三维多功能土工试验机（3DMAS）,进行了不同应力幅值比下粗粒土与结构接触面大型三维循环直剪试验,深入分析了应力控制往返椭圆剪切路径下接触面切向位移、非共轴角和剪切柔度等三维力学特性以及应力幅值比的影响规律。应力控制往返椭圆剪切路径下,接触面产生了明显的x向和y向位移、非共轴角和剪切柔度。x向和y向位移幅值、剪切柔度峰值均随循环剪切的进行逐渐减小而后趋于稳定,表现出演化特性。非共轴角受切向应力幅值及切向应力增量方向共同影响,其最值、稳定值随循环周次基本保持不变;正向剪切时非共轴角最大值（最小值）与反向剪切时最小值（最大值）基本出现在同一位置。接触面剪切柔度与非共轴角随旋转角度的变化趋势相反,剪切柔度的增加会抑制非共轴角的发展,反之亦然,两者对立统一。应力幅值比对接触面切向位移间椭圆关系及其时程变化形式、切向应力位移类椭圆关系等影响较小,主要影响切向位移幅值及其偏移程度、切向位移间椭圆关系的长短轴大小及方向、切向应力位移类椭圆关系的长短轴大小、非共轴角的数值及其随旋转角度的变化形式和最值出现位置、剪切柔度随旋转角度的变化形式和峰值及其产生位置等。应力幅值比越大,切向位移幅值越大、向负向偏移越大,剪切柔度峰值越大,随循环剪切的进行减小的速率越慢。应力幅值比ξ_τ=1和ξ_τ≠1时接触面非共轴角和剪切柔度随旋转角度的发展变化形式差别很大。     

海南戈枕韧性剪切带微观构造研究

韧性剪切带的定性－定量分析。能更清晰、直接地揭示构造运动生发发展过程应力、应变的状况。作者对海南戈枕韧性剪切带从显微构造角度作了系统研究工作。通过矿物粒度、形态比统计，在纵横方向上更明确了内部的复杂分带性；通过显微批向构造、矿物组权及变形变晶分析了探讨了构造活动的方式、方向；通过古应力值、剪应变、总位移量、弗林系数的测算，定量表述了该带变形机制及应力、应变速率大小。     

偏应力比和应力主轴偏转角同时变化下饱和砂土变形特性研究

利用空心圆柱扭剪仪对饱和砂土进行了应力主轴固定和偏应力比增大（即定向剪切）、偏应力比不变和应力主轴单调旋转（即纯应力主轴单调旋转）、偏应力比和应力主轴偏转角同时增加、偏应力比和应力主轴偏转角分段增加4个系列的排水剪切试验,着重分析不同应力路径下饱和砂土的变形特性及主应力和主应变增量方向变化规律。试验结果表明,纯应力主轴单调旋转下,主应力增量方向在45°～135°范围内变化,主应变增量方向逐渐偏向主应力方向;偏应力比和应力主轴偏转角同时增加下,砂土变形不断增大,当主应力增量方向 45°时,主应变增量方向与主应力增量方向基本一致,但当 45°时,主应变增量方向逐渐偏离主应力增量方向。当应力状态在偏应力比 0.75、应力主轴偏转角 45°范围内时,体应变、最大剪应变与应力路径无关,且后期纯应力主轴旋转下砂土变形不受前期加载历史的影响。     

敦-密断裂左行走滑三维有限元模拟

敦-密断布列亚裂带是郯庐断裂北段的重要分支之一, 具有左行走滑剪切性质, 其走滑位移量的大小一直存在很大争议。应用ANSYS三维有限元模拟软件, 对研究区地质体建立理想模型, 并采用分段施力和连续施力两种方法进行构造几何学错移的数值模拟, 探讨敦22密断裂带的走滑位移量。模拟结果表明: 采用分段施力方式得到的累计走滑位移量为273.8 km, 连续施力方式得到的位移量为406.8 km, 说明在不考虑外界阻力影响及地质体内部形变吸收的位移量时, 郯庐断裂由南到北具有整体统一的走滑位移量。综合考虑布列亚-佳木斯地块的阻挡及地质体内部的韧性变形和逆冲推覆构造对走滑位移量的吸收等地质因素, 认为敦-密断裂带实际位移量应比模拟数值小, 也证实了郯庐断裂走滑位移量可能存在由南至北逐渐递减的规律。     

Strain compatibility and fault linkage in relay zones on normal faults

Relay zones on normal faults are unlikely to have tabular geometries as depicted in idealised models. Rotation of a relay ramp between non-parallel and non-planar relay-bounding faults will inevitably lead to strain compatibility problems causing open gaps or overlaps within the relay zone. Linkage of relay-bounding faults does not evolve from a single branch point. Rather, linkage occurs at multiple points along the fault tip lines giving rise to initially discontinuous branch lines. Where linkage occurs along a discontinuous slip-aligned branch line, displacement at different levels within the relay zone is partitioned between variable amounts of ramp rotation and slip across the branch line. The linking fault propagates when strain compatibility can no longer be maintained by continuous deformation processes, such as thickening or thinning of incompetent layers within the relay ramp. Step-like changes in vertical displacement vs. distance (d − x) profiles on horizons containing apparently intact relay ramps are probably indicative of incipient breaching and can be used predict the presence of a slip-aligned branch line in the sub-surface. Despite the complexity of the strain distribution within relay zones, the total vertical displacement across the relay remains geometrically coherent at all levels.     

黄骅坳陷横向变换带的构造特征及成因

讨论了黄骅坳陷横向变换带的构造特征和成因。根据利用地震反射剖面对盆地构造几何学的研究，圈定了不同尺度的横向变换带，确定了伸展构造背景下的横向变换带是为了保持区域伸展应变调节构造变形的一种调节体系。这种伸展应变守恒是靠三维空间上断层位移沿走向的变化实现的。横向变换带的构造样式为横向地垒状凸起和鼻状凸起或鼻状背斜，并具伸展性质的正断层。横向凸起与非叠复的和叠复的分段断层系伴生及发育在断层位移最小处等事实表明，横向凸起或横向鼻状背斜是由于分段断层系位移沿走向变化形成的。     

The initiation and linkage of surface fractures above a buried strike-slip fault: An experimental approach

Surface fractures in the overburdened sedimentary rocks, formed above a deep-seated basement fault, often provide important information about the kinematics of the underlying master fault. It has already been established that these surface fractures dynamically evolve and link one another with progressive displacement on the master fault below. In the present study, two different series of riedel-type experiments were carried out with clay analogue models under different boundary conditions viz., (i) heterogeneous simple shear of the cover rocks above a buried strike slip fault (wrench system) and (ii) heterogeneous simple shear with a component of shear-normal compression of the overburden package above a basement fault (transpressional system), to observe the initiation and linkage of surface fractures with varying T′ (where T′ = thickness of the overburden normalized with respect to the width of the master fault). In the wrench system, Riedel (R) shears were linked by principal displacement (Y) shears at early stages (shear strain of 0.8 to 1) in thin (2 < T′ < 18) models and finally (at a minimum shear strain of 1.4) gave rise to a through-going fault parallel to the basement fault without development of any other fracture. Conjugate Riedel (R′) shears develop only within the thicker (T′ > 18) clay models at a minimum shear strain of 0.7. With increasing deformation (at a minimum shear strain of 1.2) two R′ shears were joined by an R shear and finally opened up to make a sigmoidal vein with an asymmetry antithetic to the major fault-movement sense. Under transpression, the results were similar to that of heterogeneous simple shear for layers 2 < T′ < 15. In layers of intermediate thickness (15 < T′ < 25) early formed high angle R shears were cross cut by low angle R shears (at a minimum shear strain of 0.5 and shortening of 0.028) and “Riedel-within-Riedel” shears were formed within thick (T′ > 25) models (at minimum shear strain of 0.7 and shortening of 0.1), with marked angularity of secondary fault zone with the master fault at depth.     

CENOZOIC ALTYN TRANSFORM FAULT OF THE NORTHERN PART OF THE TIBETAN PLATEAU

CENOZOIC ALTYN TRANSFORM FAULT OF THE NORTHERN PART OF THE TIBETAN PLATEAUtheNationalNaturalScienceFoundationofChina (No .4 980 2 0 19)     

鄂皖边境郯-庐断裂带南段尾端变形特征的探讨

本文研究了位于鄂皖边境的郯-庐断裂带南段尾端地区的构造变形特征,通过野外实际工作,结合地球物理、遥感资料的分析与应用,对这条巨大平移断裂尾端的变形情况进行了初步的探讨,提出四种位移调整模式,并通过实验研究来认识平移断裂尾端的应力分布状态,以及应力与应变的相互关系。文中还就郯-庐断裂带的南延问题提出了讨论。     

Static deformation of two welded half-spaces due to very long strike-slip dislocations

Closed form analytic expressions for displacement and stresses at any point of either of the two homogeneous, isotropic, perfectly elastic half-spaces in welded contact due to very long strike-slip dislocations are obtained. Both cases of vertical and horizontal strike-slip dislocations are discussed in detail. Variation of the displacement with horizontal distance from the fault and with vertical distance from the interface for a vertical strike-slip fault is studied numerically.     

红河-哀牢山断裂带——喜山期陆内大型左行走滑剪切带

红河-哀牢山断裂带,由两条主要的糜棱岩带及其所夹的变质岩块体组成,是一条左行走滑韧性剪切带。带内糜棱岩叶理产状多为较陡,拉伸线理近水平。大量的S-C构造、旋转眼球体、多米诺牌式构造和布丁构造,以及断裂带两侧的构造线牵引形态都指示左行剪切。剪切带应变机制复杂,剪切应变值变化较大,估算走滑位移量在200km以上。据地质和同位素年龄资料,推断走滑剪切运动发生在喜山期。     

A Quantitative Study of Fault Zone Sealing

Abstract: A fault is not simply a plane, but a zone consisting of a series of broken planes or lower faults. The greater the scale of faults, the wider and more complex the fault zone is. Fault-sealing properties are influenced by the fault zone itself, whose fault displacement, depth, net-to-gross-ratio of mudstone, fault plane angle, and fault mechanical properties play important controlling roles. The sealing of hydrocarbon by the fault zone depends on whether the fault zone can form a continuous sealing zone and if the pore throats connecting those fault zones are small enough. The concept of fault zone-sealing potential is proposed here, and a quantitative formula is established by using a great amount of practical statistical data as well as the fuzzy comprehensive evaluation method, which is a comprehensive characterization parameter to judge whether or not fault zones could seal oil hydrocarbon. The greater the value of the fault zone-sealing potential, the better sealed the fault is. For example, with increasing depth, the sealing degree of the Xin 68 Fault in the Dongxin 1 oilfield changes greatly, reflecting the complexity of fault-sealing properties.     

伸展盆地区断裂构造特征与成因

近十年来断裂构造研究进展迅速，研究思路发生了重大转变，强调应变与应力在断裂形成过程中的同等重要性。重点论述了断裂位移特征及影响因素，断裂位移在断层中部最大，端部最小至零，具有与断层规模无关的特征，但它受断裂分段、连接、近端过程等影响而发生变化。位移作为应变的结果，控制着横向褶皱的形成和分布、沉积中心的迁移(断裂单侧扩展时)或沉积位置不变但范围扩大(断裂双侧扩展时)以及沉积充填结构等。探讨了断裂三维几何形态分类及断裂形成与形态的控制因素：深部与浅部耦合(基底构造的活化与沉积盖层的响应)，建造与改造的耦合，边界条件与构造应力场，沉积压实和埋藏作用等。提出了断裂分级和组合规律，总体上伸展区断裂可分五级，一级控盆，二级控坳，三级控带，四级控圈，五级复杂化；不同级别的断裂三维组合规律可分为软连接组合和硬连接组合。伸展区断裂生长史可划分为成核、扩展、释压、连接、消亡和活化6个阶段。