高温高压下红河断裂带断层泥力学性质的研究

断层泥在室温高压下的应力-应变曲线呈非线性、线性等阶段性变形,在高温高压下则呈非线性变形,两者均表现出渐进破坏。含水量、矿物成分和温压条件对变形特征和破坏强度有重要影响。曲线的初始弹性模量小于有效弹性模量。断层泥在温度T≥400℃和σ_3≥300MPa时发生岩化,据此岩化温压条件可估计出未岩化断层泥存在深度将不超过10—15km。由于断层泥具渐进破坏特征,故在高温高压条件下断层泥有利于断层活动呈现稳滑     

柔性断层错动产物的微观研究方法初探

柔性断层错动产物一般尚未固结,难以对其进行定向取样,固化和磨制薄片,笔者经过长期努力提出解决这个问题的方法并将其应用于郯—庐断裂带赤山段晚更新世以来活动性的研究中。笔者按总结出的方法定向采取断层泥,对其固化并磨制定向薄片,在镜下仔细观测,发现众多变形现象和由其反映的运动学和动力学方面的重要信息。属脆性变形的有:长英质矿物颗粒被错移并形成棋盘格式构造,脆—塑或塑性变形发生在粘土和云母类的矿物中,尤其是“帚”状扭折和先扭后错现象在云母中非常普遍。恢复薄片的自然产状后,宏微观构造具统一性。据变形产物赋存的地质时代,它们应是断裂晚更新世以来活动的微观证据。文中笔者除系统介绍了柔性断层产物的采样、固结、磨片和应用此种技术的实例外,还探讨了显微构造分析在活断层研究中应有的地位和作用。     

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.     

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。     

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     

大别山东麓河流变形研究与郯庐断裂带活动性分析

基于数字高程模型(DEM),使用ARCGIS软件提取大别山东麓跨郯庐断裂带的河流及其纵剖面,并进行河流分级,结合遥感解译及野外调查研究不同级别河流跨断层的平面形态特征与纵剖面特征。研究发现:大别山东麓各级河流均无规律性变形,大多数河流纵剖面跨断层处不存在断层陡坎,河流T1级阶地跨断层连续分布无变形迹象,这些特征反映断层晚更新世以来可能不活动或活动微弱;调查了多个断裂露头,其中桐城挂车河基岩断层及太湖殷家上屋基岩断层中断层泥ESR年龄测试结果分别为(507±142)ka BP、(826±99)ka BP,综合大别山东麓河流变形特征、断层泥ESR年龄测试结果及前人研究资料,认为大别山东麓郯庐断裂带在中更新世存在活动,晚更新世以来可能不活动或活动微弱。     

模拟断层带摩擦滑动性状与变形特征

本文回顾了模拟断层泥摩擦性状方面的研究工作。基于不同条件下的大量实验结果,作者强调了断层泥物质成分在断层滑动中的作用,並按矿物成分将断层泥分为三类,即:碎屑类、碳酸盐类和层状硅酸盐类。文章总结了各类断层泥的磨擦滑动性状、变形特征及其随变形条件的变化。作者认为,不同类型的断层泥对温度、围压和位移速率(或应变速率)的响应存在明显的差别,其原因可能在于其物理性质和变形机制的差异。     

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。     

沂沭断裂带的地震危险性

我们采了19个沂沭断裂带断层泥样品,测定了断层泥样品三个方向(x,y,z)上的纵波速度(Vpx,Vpy,Vpz)。其中x为断层走向,y垂直于断层面,z为铅直向。根据测量结果表明,该区的大震危险性趋于减小。     

应用数字散斑相关方法实验研究雁列断层变形破坏过程

以数字散斑相关方法（DSCM）为观测手段,对雁列断层结构的破坏过程进行了实验研究,观测和分析了变形破坏过程中模型表面的变形场演化过程.断层结构由一块含两条平行割缝的大理岩平板模拟,模型试件在双轴试验机上加载;DSCM观测系统在加载过程中记录试件表面的散斑图像,然后分析得到模型表面待测区域各记录时刻的位移场及应变场.全场连续的变形数据清晰地反映了雁列断层结构的变形破坏过程的各种细节.实验结果显示,变形最初集中在断层带周围,然后迁移到雁列区,最后雁列区贯通,结构发生滑动导致整个结构发生失稳破坏.对变形破坏过程中的变形场进行统计分析发现,一种描述变形局部化特征的统计指标—Cv值,可以作为一个雁列断层破坏的前兆指标.     

郯庐断裂带白山-卅铺段第四纪以来的活动习性

根据构造地貌遥感解析,发现郯庐断裂带沿庐江白山到桐城卅铺一线显示1组平行断层,现场地震地质调查验证其为1组活动断层。通过断层剖面观测、样品采集及样品测试分析和宏微观构造分析,结果表明,郯庐断裂带在白山—卅铺一带第四纪以来仍具有黏滑、蠕滑交替的变形活动。其中,在柯坦—卅铺一带,最年轻的水系被NE向断层组右旋扭折,其断层物质的微观观测和测龄结果表明该断裂段第四纪时的活动具有脆、塑性过渡变形特征,强烈活动时间处于早、中更新世;而白山剖面断层泥年龄测试结果则反映相应断层段在中、晚更新世曾有过较强烈的活动。断层泥超微(SEM)和显微观测结果亦表明该断裂段曾发生黏滑、蠕滑交替的构造变形事件,且表现为先黏滑后蠕滑;结合水系呈现缓慢扭折表征,近年来沿断裂有不少微震发生,表明郯庐断裂带在白山—卅铺段的最新滑移方式主要表现为蠕滑,也就是说,该段积累的应力以蠕滑或微震等方式缓慢释放,据此推测未来一定时期内不易孕育强烈地震     

基于中速-高速摩擦实验研究含碳断层带的电导率特征

野外地质调查结果显示,断层带常富集碳质.断层带中碳的分布结构是影响断层带电导率特征的一种重要参数.本文在室温、室内湿度和2MPa正应力条件下,对不同石墨含量(3,5,6和7wt%)的石英-石墨混合断层泥模拟样品开展了滑动速率介于500μm·s-1～1m·s-1的摩擦实验及相应的电导率测量,以期研究断层运动对碳分布结构的影响以及断层带电性特征对碳含量及分布的响应情况.结果显示,摩擦滑动能够显著地改变样品的电性特征(电导率大小及其各向异性).在平行滑动面方向(径向),样品电导率随着滑动位移的增加快速增加,在滑动约数十厘米之后,其电导率基本达到稳定状态;在垂直滑动面方向(轴向),样品电导率基本不随摩擦滑动速率和滑动距离而变化.SEM显微结构观测显示,摩擦滑动所引起的电导率各向异性直接反映了石墨分布结构的变化.该研究结果深化了对地震断裂带浅部电性特征的认识,为野外断层带大地电磁测深资料的解释提供了约束,同时对于了解含碳断层的力学性质和弱矿物相在剪切变形中的分布特征及其演化过程等方面也具有重要意义.     

郯庐断裂带南段新活动性的初步研究

由于郯庐断裂带南段的第四纪地层不发育,尽管断裂构造岩松散而未固结成岩,也难以应用地层变位法来确定它的最新活动时代和活动方式。笔者在发育断层泥的断裂露头剖面上,采集断层泥样品9个,通过扫描电镜——石英碎砾刻蚀形貌法来确定它的新动活性。根据石英碎砾的刻蚀形貌类型判定断层的最新活动时代和活动方式;蠕滑?粘滑?从而确定郯庐断裂带南段的最新活动时代在N_2—Q_1或Q_2,活动方式以粘滑为主。     

含碳结构对龙门山断层带电导率影响的实验探索

碳是影响岩石电导率大小的一个重要因素,可能是造成龙门山断层带电导率异常的重要原因之一.为了研究不同的碳含量、矿物颗粒粒径与碳晶体结构对断层带电导率的影响,在干燥、常温、0.2~300 MPa的压力条件下实验研究了人工模拟断层泥样品(石英粉末与含碳粉末混合的样品,简称模拟样品)和采自映秀-北川断层八角庙剖面的天然断层岩样品(简称天然样品)的电导率.实验结果显示,当模拟样品中的含碳粉末连通时,电导率与碳体积率的关系符合逾渗理论模型;而含碳粉末未连通时,电导率随总孔隙度降低而指数性升高.同时模拟样品的电导率也随石英颗粒粒径的变化而发生改变.相比于模拟样品中的含碳粉末主要分布于石英颗粒支撑的孔隙中,天然样品中的碳则主要以碳膜的形式赋存在颗粒边缘,导致碳体积率相同的条件下,模拟样品的电导率小于天然样品.此外,天然样品的电导率(9×10~(-4)S·m~(-1))也要小于野外大地电磁探测的结果(0.03~0.1 S·m~(-1)).在今后的实验中还需要考虑在动态摩擦条件下对含有完整含碳结构的天然样品进行电导率的实验研究.     

方解石变形温度回零微观标志的实验研究和相关问题讨论

为了判断变形方解石温度回零程度，设计了一组岩石破裂实验，对含方解石灰岩样品进行不同温度下的固定围压实验，对原态固结破裂样品进行微观观测，提出不同回零状态的微观识别标志，从而为方解石变形年代测定值可靠性评价提供微观依据。最后对未达到回零温度的变形样品年代测定值的修正问题进行了探讨。     

可可托海——二台断层带断层泥力学性质的实验研究

沿新疆可可托海—二台断层采集了断层泥,分析了断层中碎屑和粘土含量的比例。在100—300Mpa围压下测定了断层泥的力学性质,并就它们与断层粘土含量和水含量的关系进行了讨论。 1931年在新疆可可托海—二台断层中部不连续段卡拉先格尔发生了8级强震,沿断层发生了十几米的右旋水平错动。由于新疆气候干旱,人烟稀少,使这个五十多年前发生的地震遗迹得以保存。在新疆地震局的协助下,1984年部分作者沿这条长达200公里的地震断层进行了野外考查,并在一些部位采集了断层泥样品。本文着重提供断层泥的性质以及不同围压下的强度。由于断层泥是断层活动的产物,但又影响断层带的力学性质,故可在分析地震发生条件时参考。     

活动断裂带断层泥的纳微米构造研究方法

断层泥是研究活动断裂带运动性质和活动习性的重要介质。以往,对断层泥的研究主要借助偏光显微镜和低真空扫描电镜进行,观察到的现象有限。借助高真空扫描电镜从纳微米尺度对断层泥进行更精细化的研究,其方法是对野外断层泥进行定向原状样品采集,通过室内样品自然风干、微样制作、表面镀金和扫描电镜观察,从纳微米尺度研究a-b组构面和a-c组构面的各种变形现象。此方法可以帮助确定断层的运动性质、断层滑动面的新老关系,并可鉴别粘滑过程与蠕滑过程;同时,还可以对工程场地中发现的黏土滑动面进行鉴别,区分地震断层和非地震断层。     

沂沭断裂带断层泥力学性质的研究

断层泥是组成断层的地质材料中力学性质最薄弱的一环。了解断层泥的力学性质对研究断层的动力学问题十分重要。本文介绍了华北的一条重要断裂-沂沭断裂的断层泥力学性质的实验研究结果。对断层的五个分支的16种样品进行了测定,得到了以下的力学量的平均值:体积模量为6.09×10~4巴;杨氏模量为2.10×10~3巴;粘滞系数为2.68×10~(11)泊;抗压强度为35.7巴,抗剪强度为6.12巴;弹性波速为1.80公里/秒。     

山东黄县弧形断裂带断层泥铁元素化学种分布特征及其地震地质意义

本文利用德国Wissel公司生产的新型穆斯堡尔谱仪(Bench-MB500)对山东龙口常庄子村北黄县弧形断裂断层剖面上的多种断层泥样品进行了穆斯堡尔谱测试分析,讨论了该断层剖面上铁元素地球化学分布特征及其地震地质意义。结果显示,该断裂中央部分比较年轻的断层泥相对富集para-Fe~(2+),而两侧较老的断层泥基本由para-Fe~(3+)组成;剖面断层泥样品中铁元素的地球化学特征与断层的活动演化历史密切相关,显示了断裂带内存在复杂的水岩相互作用。     

胶州上白垩统史家屯段中地震产生的震火山岩及软沉积物触变变形

首次从胶州市上白垩统红土崖组史家屯段中识别出了一些震火山岩和强地震引起的软泥砂质沉积物的触变变形构造(震积岩)。震火山岩是强地震破坏火山喷出物形成的具同震变形构造的火山岩。震积岩是强地震触动饱和-半固结的软沉积物发生液化、触变、断裂、裂开、充填等形成的具软沉积物变形构造的沉积岩层。红土崖组史家屯段主要由玄武质火山岩夹河湖相泥砂质(砂质泥和泥质砂)沉积层组成。史家屯段中,震火山岩的主要类型为具同震裂隙的震裂玄武岩和震碎玄武岩(震碎玄武质角砾岩)等;软泥砂质沉积物的触变变形主要包括触变泥砂质脉和具曲折边界的触变泥砂质层。受强地震作用,饱和泥砂质沉积物不会发生液化,但会发生触变,即其结构会被破坏而具较强的流动性。由于玄武质火山岩层被地震破坏(震裂、震碎),强地震致使触变泥砂质沉积物沿玄武岩中的震裂隙而流动,结果形成了触变脉变形构造,也使火山岩层与泥砂质层的边界变得十分曲折。在重力和震动力的联合作用下,被震碎的玄武质岩块沉入触变泥砂质中,形成了触变泥砂质沉积物的包体。这些晚白垩世末期的强地震事件记录,所反映的地震烈度约Ⅶ至Ⅹ度以上。史家屯段主要分布在诸城凹陷北部的百尺河断裂以南地带,晚白垩世末该断裂发生强构造与地震活动,也为当时的玄武岩浆上侵和喷发提供了通道。晚白垩世末,玄武岩浆多次沿百尺河断裂间歇式地上侵和喷发,同时产生的火山地震或由百尺河断裂的活动产生的构造地震,致使火山熔岩和下伏的红色饱和泥砂层发生了上述变形,结果形成了地震成因的火山岩与泥砂质沉积层的变形构造。因此,它们所记录的地震事件,应是晚白垩世诸城凹陷发生强构造裂陷和百尺河断裂发生激烈断裂活动的响应。文中具地震成因的岩土层变形构造,也为分析类似岩土地基的地震力破坏效应提供了新资料。