断层脆塑性转化带的强度与变形机制及其流体和应变速率的影响

野外、实验和地震数据表明:浅部地壳的变形以脆性破裂为主,深部地壳的变形以晶体塑性流动为主.在这种认识的基础上,提出了地壳变形的2种机制模型,即发生脆性变形的上部地壳强度基于Byerlee摩擦定律以及发生塑性变形的下部地壳强度基于幂次蠕变定律.而位于其间的脆塑性转化带的深度与浅源地震深度的下限具有很好的一致性.然而,二元结构的流变模型局限性在于其力学模型过于简单,往往过高估计了脆塑性转化带的强度.问题的根源在于对脆塑性转化带的变形机制的研究已有很多,但没有定量的力学方程来描述脆塑性转化带强度;而且以往对断层脆塑性转化带的研究主要集中在温度引起的脆塑性转化方面,对因应变速率和流体对脆塑性转化的影响方面的研究也比较薄弱.对断层带内矿物变形机制研究表明,某些断层带脆塑性转化发生在相同深度(温度和压力)内,发生脆塑性转化的原因是应变速率的变化,而这种变化被认为与地震周期的同震、震后-间震期蠕变有关,这种变化得到了主震-余震深度分布变化的证实.对断层流体特征分析表明,断层带内可能存在高压流体,这种高压流体会随断裂带的破裂及愈合而周期性变化,在地震孕育及循环中起着关键性作用.高压流体的形成(裂隙愈合)有多种机理,其中,压溶是断层带裂隙愈合的主导机制之一.研究在水作用下的压溶,可以对传统的摩擦-流变二元地壳强度结构及其断层强度进行补充与修正.通过以上分析,认为有必要通过野外变形样品和高温高压实验,深入研究应变速率及流体压力对断层脆塑性转化的影响,同时,通过实验建立压溶蠕变的方程,近似地估计脆塑性转化带的强度.     

大陆断层脆塑性转化带强度与孕震深度的定量研究

大陆断层脆塑性转化带的强度和滑动稳定性一直是断层力学中研究的重点。从20世纪末起,前人针对脆塑性转化带的摩擦和流变特性开展了大量实验和理论研究,探究脆塑性转化带的强度和变形机制随温度、压力、滑动速率等因素的变化规律。文中总结了描述断层脆塑性转化带强度和稳定性的半定量经验方程和定量本构方程,对比了各种模型的优缺点,发现通过数值拟合方法得到的经验模型高估了断层脆塑性转化带的强度,而基于微观物理机制的脆塑性转化带强度模型更符合自然条件下的断层摩擦行为。但现有的微观物理模型还需进一步考虑剪切带中纳米颗粒的动力学影响及不同类型的微观变形机制约束。     

华北地区壳内低速层与地壳流变的关系及其对强震孕育的影响

京津唐张地区普遍存在壳内低速层 ,鄂尔多斯块体内部没有发现低速层 ,壳内低速层的这种分布受新生代裂陷伸展的控制。华北地区中地壳下部和下地壳低速层是岩石塑性流变的结果 ,中地壳上部低速层是地壳裂陷伸展时形成的水平拆离带和韧性剪切带 ,岩石各向异性和流体作用可能是引起低速的原因。壳内软弱层 (低速和塑性流变层 )增强了块体层间的解耦作用 ,对地震孕育起着重要作用     

基于断层相互作用理论的强震成组孕育发生初步研究

应用应力触发理论原理,基于断层相互作用理论,研究了川滇地区6级以上地震的库仑破裂应力变化。初步结果表明,后续强震大多发生在前一地震所触发的应力增长区,这证明了强震之间是相互作用、相互影响的。即强震是成组孕育、成组发生的,这对强震的地点预测有一定实际意义。     

脆塑性转化带Carrara大理岩断层稳定性的实验研究

为探究脆塑性转化带断层的力学性质和滑动稳定性,本文采用干燥的Carrara大理岩预切断层（saw-cut）样品,在气体介质三轴高温岩石力学实验仪上开展了摩擦实验研究,实验温度70~400℃,围压30~100 MPa,位移速率在0.08 μm·s^-1,0.4 μm·s^-1,2 μm·s^-1之间切换.实验力学数据揭示,不同围压下Carrara大理岩断层摩擦系数随温度变化规律不同：低围压（30 MPa）下,摩擦系数随温度升高先增大后减小,中高围压（≥70 MPa）下摩擦系数则表现为随温度先减小后增大.断层摩擦滑动行为在100~300℃的范围内表现出由稳定的速度强化转化为不稳定的速度弱化,且在400℃左右重新转变为稳定的速度强化.实验后断层滑动面形貌和微观结构分析表明,稳定滑动断层面为高反射镜面,擦痕清晰;黏滑断层面为有光泽的凹凸不平的表面;最高围压下蠕滑的断层面粗糙无光泽,擦痕不可辨别.本文认为受温度激活的塑性变形过程逐步主导了岩石变形,对断层激活发生不稳定滑动至关重要,而高围压则会抑制断层的不稳定滑动.本研究结果不仅为识别野外断层黏滑和蠕滑提供了实验证据,而且为探究强震孕育和发生机理等提供重要的参数.

     

山西地震带热流体对强震活动的影响

以山西地震带热水点为基础资料，计算每个热水点的年热释放量，分析山西地区热水点的年热释放量与地震活动的关系。结果表明，热释放量低值区中小地震不活跃而强震活跃，高值区强震不活跃，而中小地震活跃。通过研究，还表明山西地区地壳活动所积累的能量，每年以热能形式释放的能量相当于一个7.3级地震，这对强震的孕育起到了缓解的作用，因此可能推迟或减少地震的发生。     

龙门山断层脆-塑性转化带流变结构与汶川地震孕震机制

汶川地震发震断层为高角度逆断层,这种断层滑动和发生强震需要断层深部具备特殊的力学条件。发震断层地区地表出露若干韧性剪切带,其中不同类型石英变形具有不同的变形温度。细粒糜棱岩中的石英表现为高温位错蠕变,变形温度为500~700℃;含残斑初糜棱岩中的石英表现为中温位错蠕变,其变形温度为400~500℃;早期石英脉中的石英表现为低温位错蠕变,变形温度为280~400℃;晚期石英脉以碎裂变形为主,其变形温度为150~250℃。石英的这些变形特征显示出断层带经历了多期脆-塑性转化。根据糜棱岩中的重结晶石英的粒度估计的断层塑性流动应力为15~80MPa。石英和长石内的微量水以晶体缺陷水、颗粒边界水和流体包裹体水的形式存在,水含量随岩石的应变增加而升高,变化范围为0.01~0.15wt%。断层脆-塑性转化带内石英含有大量与裂隙愈合相关的次生流体包裹体,其捕获温度为330~350℃,流体压力为70~405MPa,估计的流体压力系数为0.16~0.9,代表强震发生后,断层带内产生的大量微裂隙逐渐愈合过程中的流体特征。在考虑断层带流体压力和应变速率变化条件下,利用石英流变参数建立了从间震期到地震成核阶段断层脆-塑性转化带流变结构和震后快速蠕滑阶段断层脆-塑性转化带流变结构。结果表明,在间震期、地震成核阶段、震后快速滑动阶段,断层强度和脆-塑性转化深度随应变速率和流体压力变化而变化,且脆-塑性转化特征与石英的变形机制、断层速度弱化和强化转化深度、汶川地震震源深度等吻合,显示映秀-北川断层具备摩擦滑动速度弱化和地震成核的基础,而断层带内存在高压流体可能是触发高角度逆断层滑动和汶川地震发生的主要机制。     

龙门山断裂脆塑性转化带内花岗岩的流体特征与裂缝愈合的实验模拟研究

汶川Mw7.9级大地震的发震断层具有高角度逆冲滑动特征.通过对高角度逆断层滑动的力学条件的分析表明,龙门山断裂深部可能存在高孔隙流体压力有利于断层的失稳滑动.利用现有的技术手段无法获得中地壳深度断层内的流体特征.龙门山断裂带是一条逆冲推覆的构造带,这使得地质历史早期的龙门山断裂深部的彭灌杂岩体抬升到地表,并保留了当时的深部流体特征和变形特征.研究地表露头的变形花岗岩能够推断过去的龙门山地区的深部环境,从而了解过去该地区的深部强震孕育机理,这能够帮助理解现今龙门山地区类似汶川地震的强震的发生机理.     

中地壳断层带内微裂隙愈合与高压流体形成条件的模拟实验研究

地表破裂带调查和地震学反演结果表明,汶川地震发震断层具有高角度逆断层特征.逆断层滑动需要的力学条件为:存在很大的差应力;比较低的摩擦系数;较大的流体压力. 通过对映秀-北川断裂南段出露的糜棱岩研究,得出断层脆塑性转化带变形温度约400～500℃,流动应力约15～80 MPa.     

南北地震带流体资料趋势性转折与强震的关系

对南北地震带及附近的108项流体资料进行趋势性转折变化分析,筛选出变化相对稳定、持续时间3年以上的趋势性转折72次,以2000年为界分2个时段根据转折时间点和形态进行时空特征分析.针对南北地震带北段流体资料在2个时段中存在的突出的群体性特征,结合跨断层水准测量资料,得出北段由2000年之前构造应力状态相对松弛转为2000年之后构造应力大范围增强的初步认识,以期为未来强震趋势判断提供一定的参考.     

A two－dimensional earthquake fault modeling with fractal structure strength distribution

Ａｔｗｏ┐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅｆａｕｌｔｍｏｄｅｌｉｎｇｗｉｔｈｆｒａｃｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＸＩＡＮＧ－ＸＩＯＮＧＣＨＥＮ（陈祥熊）ＳｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕｏｆＦｕｊｉ...     

强地震前地下流体趋势异常的再探讨

重新探讨了强地震前地下流体趋势异常,获得了一些认识：地下流体异常不一定存在完整的趋势、短期和短临等异常类型,但趋势异常普遍存在;地下流体特别是地下水位的趋势性异常,其开始时的形态不一定为缓慢变化;地下流体趋势异常不一定具有时空转移特征;地下流体趋势异常可能为“共同前兆”.     

Late Quaternary surface deformation and rupture behavior of strong earthquake on the segment north of Mianning of the Anninghe fault

The Anninghe fault is an important active fault along the eastern boundary of Sichuan-Yunnan active tectonic block, and the study of its surface deformation and rupture behavior during strong earthquake in the late Quaternary is of fundamental importance for understanding the future seismic risk of the fault zone or even the entire western Sichuan region. Using the methods of detailed geomorphic and geological survey, digital image analysis, total station instrument survey, excavation of combined trench and dating, we analyze the geomorphologic sequences of the offset strata at several sites where the late Quaternary deformation remnants are fairly well preserved and obtain some new results as follows: Strong earthquake events with left-lateral displacements of about 3 m occurred at the two sites of Zimakua and Yejitong at 1634-1811, 1030-1050 and 280-550 a BP, respectively, and the recurrence interval is 520-660 a; The youngest event in the area of Dahaizi-Ganhaizi should be the earthquake of 1536, other events are at 1768-1826, 2755-4108 and 4108-6593 a BP, respectively, with a recurrence interval of 1300-1900 a. The strong earthquake activity shows a clustering character. The possibility of occurrence of a strong earthquake exists on the north segment of the Anninghe fault sometime in the future.     

强震与微震观测系统的研究

本系统采用动圈型换能器(属于速度型换能器)加电子反馈形成在0.05Hz~50Hz的加速度仪特性,大大减小了甚低频率的影响,而其线性及动态范围也能满足实际使用的要求,避免了位移型换能器在低频段的较大误差,在地震观测中取得较好的效果。     

日本1995年阪神大地震及火山考察与启示

简述了１９９５年１月１７日日本７．２级阪神大地震的震害,地震断层以及１８９１年浓尾级地震根尾谷地震断裂、北伊豆地震旦那断层和大室火山、伊豆大岛火山的一些特征,最后论述了这次考察的启示。     

云南地区断层形变速率异常及强震预测指标

运用云南地区1997～2002年的跨断层短水准短基线资料,研究了姚安Ms6．5、永胜Ms6．0级地震的形变前兆异常特点。以断层运动速率与基准值之比定义异常参数R值,定量分析了云南地区1998～2002年的形变异常及其与区域强震的关系,提出强震预测指标。结果表明,R值出现异常后的3～20个月内,区域内都有6级以上强震发生。     

汶川地震断层带结构及渗透率

对汶川地震断层带进行了跨断层的渗透率测量. 结果显示汶川地震断层由低渗的核部(2.4×10-19 ~ 3.8×10-16 m2)、高渗的破碎带(3.7×10-16 ~3.0×10-15 m2)以及含裂隙原岩(6.0×10-18 ~4.3×10-13 m2)组成(有效压力 40 MPa),其中新鲜断层泥具有最低的渗透率. 断层泥和两侧原岩由于渗透率低,阻碍流体跨断层带流通, 断层带内的流体活动局限在高渗的破碎带中, 这一结果与断层岩显微结构和粒度分布特征能很好的吻合. 对汶川地震同震热压作用发生的条件进行了探讨, 结果显示, 约2 km以下汶川地震主滑动带具有发生热压作用所要求的低渗透率特征.     

Experimental studies on gas and water permeability of fault rocks from the rupture of the 2008 Wenchuan earthquake,China

The permeabilities of fault rocks from the rupture of Wenchuan earthquake were measured by using nitrogen gas and distilled water as pore fluids under the confining pressure ranging from 20 to 180 MPa at room temperature. Experimental results indicate that both gas and water permeabilities decrease with increasing confining pressure, described by power law relationship, i.e., b = 0.2×10–3kl–0.557. The water permeability is about one order less than gas permeability and also half order smaller than the permeability corrected by the Klinkenberg effect, so-called intrinsic permeability. The differences in the permeabilies imply that the reduction of effective pore size caused by the adhesion of water molecules to clay particle surface and water-swelling of expandable clay minerals contributes to lessening the water permeability besides the Klinkenberg effect. Hence, the liquid permeability of fault rocks cannot be deduced by gas permeability by the Klinkenberg correction reliably and accurately, and it is necessary to use liquid as pore media to measure their transport property directly.     

利用小震分布和区域应力场确定磁县1830年7.5级强震断层面参数

对邯郸地震台网1984-2008年记录的磁县小地震,作双差定位,然后根据定位结果,对磁县历史强震断层参数作反演计算,求解磁县历史强震断层走向、倾角等特征参数,根据当地应力场来估算磁县历史强震断层的滑动角.     

华北地区中强地震活动特征及趋势探讨

通过对1900－2001年8月100多年来华北地区中强地震（M≥5.0）活动的研究，得出了一系列关于本地区中强地震活动的特征：地震活动主要发生在地表构造带的交汇部位、地震活动存在四个活动时段、地震活动存在明显迁移性；并对本地区未来的地震活动趋势进行了探讨，认为华北地区未来一段时间仍有发生M≥5.0级地震的可能。