断层泥力学性质与含水量关系初探

断层泥是影响断层运动的重要地质因素。研究它的力学性质和影响其力学性质的各种因素具有重要的意义。本文利用最近完成的我国五大断裂断层泥基本力学性质的实验结果,分析了含水量对断层泥力学性质的影响。发现断层泥的粘滞系数、杨氏模量、抗压强度和残余体应变均随含水量的增加而明显地减小。断层泥的韧度随含水量的增大而增大。断层泥的体积模量、弹性波速和抗剪强度与含水量的关系不明显。天然断层泥是粘土、断层碎屑和水的混合物,水在其中的作用比水对岩屑或粘土本身的作用更复杂。强调了对天然断层泥进行实验研究的重要性     

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。     

红河断裂带断层泥基本力学性质的初步研究

本文对红河断裂带断层泥的某些基本力学性质进行了实验研究,得到红河断层泥的体积压缩模量为104巴的量级,杨氏模量为102—103巴的量级,泊松比为0.3—0.4,单轴抗压强度由数巴至数十巴,单轴抗剪强度为数巴,粘滞系数为1010—1011泊的量级,弹性波速为1.5—2.2公里/秒。对比红河断裂带南北两段断层泥的力学性质,看出南段断层泥的体积压缩模量,杨氏模量、抗压强度、粘滞系数和弹性波速比北段断层泥高。此外,南段断层泥弹性波速基本上各向同性而北段断层泥弹性波速显示出各向异性。      

岩石高速摩擦实验与地震物理过程

简述了最近20年来国内外岩石高速摩擦实验研究领域的进展和动态:岩石高速摩擦实验技术的发展实现了对高滑动速率、大位移的地震过程的实验模拟;其结果揭示了岩石和断层泥在地震滑动速率下的力学性状,深化了对断层滑动弱化机制、临界滑动距离、以及地震发生过程的认识和理解;实验在假玄武玻璃成因方面取得了重要进展,并提出了断层发生地震滑动可能留下的其它地质证据,可望为研究断层滑动性状与地震物理过程提供新的思路和信息.岩石高速摩擦实验今后的发展方向主要包括:发展具有加温系统和孔隙压系统的岩石高速摩擦实验装置,研究水热作用下岩石和断层泥的高速摩擦性状;室内实验和地震资料分析相结合研究断层滑动和地震机制;室内实验和野外地质调查相结合探索断层发生地震错动的地质证据等等.     

断层泥在粘滑机制中的作用

介绍了断层泥的物理特性和力学性质,并对粘土断层泥的矿物成份、围压条件、含水量等与断层粘滑的关系进行了评述。     

龙门山断层带浅钻花岗岩中断层泥的摩擦本构参数

文中针对龙门山断层浅层钻探获取的花岗岩体中的断层泥进行了摩擦滑动实验研究。这种断层泥与其他天然断层泥相比,绿泥石的质量分数很高,约为47%。为研究这种黄绿色断层泥在断层浅部低正应力条件下的摩擦滑动性质,选取的实验条件:围压130MPa,采用围压恒定控制,温度25~150℃,孔隙水压50MPa。通过对比其他天然断层泥的实验结果发现,该断层泥强度较高,稳态摩擦系数在0.47~0.51之间。通过与已有的黏土总质量分数相当但矿物不同的天然断层泥的摩擦系数数据对比,表明不同的非云母层状硅酸盐矿物的摩擦强度排序为:绿泥石伊利石蒙皂石。文中的实验条件对应龙门山地区温度不超过150℃,深度不超过8km的浅层地壳环境,实验结果表明该天然断层泥在整个温度范围内均呈速度强化特征,在摩擦滑动中处于稳定状态。但是断层泥的渗透率很低(10-19m~2),在高速摩擦滑动时可能会发生热压作用。基于此可得出结论:龙门山断裂带的切过已有的深度不超过8km的碎屑原岩的断层可能产生稳定黏滞滑动的阻力,不会自发地震成核,而在后期高速摩擦滑动(0.05m/s)时可能会发生同震弱化,形成一定的灾害叠加。     

伊利石断层泥摩擦特性的温度效应与白云母化

断层泥是断层错动的产物,成份往往比较混杂。含伊利石的断层泥是其中常见的一种。目前对常发生地震的5—15公里深处的断层泥特性了解甚少。本文通过含断层泥标本的高温高压实验结果,企图揭示一些断层泥在深部的特性。实验表明,在一定围压下伊利石断层泥在200℃和600℃时表现为无震稳滑,强度低。在350℃—480℃间表现为有震粘滑,强度高。对实验后的样品进行X射线衍射分析、差热分析和显微镜观察证明伊利石力学性质的变化与标本中含水情况的变化以及高温下的白云母化过程有关。进而讨论了蛇纹石、伊利石和其它粘土矿物在力学性状和矿物成份上的共性与个性。     

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。     

天然断层泥不稳定变形的实验研究

在强烈地震活动带,一般都伴随着规模宏大的活动断裂。活动断裂带内又广泛地发育着断层泥。因而研究断层泥的力学性质对研究断裂的发育、地震的活动、乃至工程的稳定性都有着重要意义。 在岩石破裂实验中,所谓不稳定性是指伴有突然应力降的力学行为,既包括完整岩石     

我国实验岩石力学与构造物理学研究的若干新进展

简述了近年来我国学者在与地震学和地球内部物理学相关的实验岩石力学和构造物理学研究方面的进展．在此领域的进展主要体现在:大量实验以及数学模拟结果丰富了对岩石脆性破裂过程，特别是结构和介质非均匀条件下破裂过程的认识；在非均匀断层的摩擦行为与失稳成核方面取得了一些新结果，揭示了断层滑动行为的复杂性；在岩石脆塑性转换和塑性流变方面取得了一些新结果，特别是在下地壳和上地幔物质的流变性质方面取得了重要进展；在高温高压岩石物理方面取得了一批实验结果, 并应用于地球内部物质的组成和状态的研究．这些结果为深入理解地球内部物质的物理性质、变形机制及地震物理过程提供了有价值的参考资料.      

岩石高速摩擦实验的进展

文中简述了地震动力学国家重点实验室近年来在岩石高速摩擦实验方面的进展。为了深化断层与地震力学研究,实验室建设了一套旋转剪切低速-高速摩擦实验装置,可开展滑动速率介于板块运动速率(cm/a量级)至地震滑动速率(m/s量级)的岩石摩擦实验,其中高速摩擦性能填补了实验室的技术空白。以此为依托,围绕汶川地震断层带力学性质研究,开展了一系列高速摩擦实验。结果表明,龙门山断裂带断层泥的高速摩擦性质具有一致性,其高速滑动下显著的滑动弱化必定在汶川地震中极大地促进了破裂的扩展;断层弱化的主导机制是与摩擦生热相关的过程,包括凹凸体急速加热弱化和热压作用;断层泥在经历高速滑动弱化之后摩擦系数可在5~10s内恢复0.4,断层强度的快速恢复是同震主破裂带余震减少的原因之一。基于对实验装置现状和现有成果的分析,展望了近期实验室岩石高速摩擦的发展方向。     

西秦岭北缘断裂带东段断层泥的粒度分布和显微构造特征

根据采集的天然断层泥样品，对西秦岭北缘活动断裂带东段的断层泥首次进行了粒度分布和显微构造特征的实验研究。研究结果表明，该断裂带以粘滑运动为主，兼有蠕滑活动，并具张性扭动特征。     

小江断裂带断层泥的基本力学性质

本文简要地叙述了研究断层泥力学性质的意义和方法。对小江断裂带的断层泥进行了实验研究。得到的体积模量为10~4巴的量级,杨氏模量为10~2—10~3巴,粘滞系数为10~(10)—10~(12)泊,抗压强度为数巴至数十巴,抗剪强度为数巴,纵波速度为1.9公里/秒左右。     

可可托海-二台断裂断层泥的高压状态参数和动态弹性参数的测定

为了研究断层的深部构造和深部断层物质的力学性质,在国外曾有人对一些大断裂带进行过地球物理勘探,得到横跨断裂带的速度剖面和密度剖面。在物探资料的反演过程中,由于构造和物性二者均是未知的因素,取得断层物质高压状态参量的实验数据是有意义的。人     

温度压力孔隙压力对断层泥强度及滑动性质的影响

在不同的压力、温度和孔隙压力下进行了含四种不同断层泥标本的强度试验。碎屑型断层泥对压力很敏感,对温度无反应,对孔隙压力的反应符合有效应力律。粘土类断层泥则对温度和孔隙压力有明显响应。这些力学性质的差别反映了具体变形机制的差别     

断层摩擦系数及其演化定量研究的新途径

在活断层的力学性质参数中 ,摩擦系数有着特别重要的意义 .它是建立活断层运动学与动力学之间物理力学关系进而促进地震地质研究沿着“由静到动、由定性到定量”方向深入发展的关键性参数之一 ,也是建立活断层重新滑动准则从而定量评估断层稳定性或地震危险性不可缺少的物理参数 .目前 ,断层摩擦系数主要是应用双剪法对采自断层的断层泥进行实验室测试和研究而取得的 .这样取得的结果很难说能够代表断层实际摩擦系数 ,尤其很难反映断层深部摩擦性状 ,采用实验室方法是无法测知不同地质时期断层活动所显示的摩擦性状及其演化特征的 .因此 ,必须寻找定量确定断层摩擦系数及其演化特征的新途径 .通过理论研究和实际应用提出了根据对活断层运动学实测资料的分析并结合年代学测试定量确定断层摩擦系数和动力学主要参数及其演化特征的新途径 .     

龙门山断裂带金河磷矿剖面断层泥的低速至高速摩擦性质研究

本文对龙门山断裂带金河磷矿浅钻岩芯中的三种断层泥开展了低速到高速摩擦滑动的实验研究,并对实验变形样品开展了BET比表面积研究.摩擦实验在干燥和孔隙水压条件下开展,速率范围涵盖20 μm·s^-1~1.4 m·s^-1.实验结果显示,三种断层泥在干燥条件下的摩擦性质差别不大,但在孔隙水压条件下,三者的中低速摩擦强度与层状硅酸盐矿物的种类而非总含量紧密相关,蒙脱石和伊利石相比绿泥石更能有效地弱化断层.三种断层泥在孔隙水压条件下存在中低速率域的速度强化,暗示着对断层的加速滑动存在一定的阻碍作用.孔隙水压下,黄绿色和灰绿色断层泥的初始动态弱化非常迅速并伴随断层泥层的瞬时扩容,凹凸体急剧加热导致的局部热压作用可能是造成这种力学行为的物理机制.在经历高速滑动之后,三种断层泥在干、湿条件下的BET比表面积都显著降低,暗示着可能发生了颗粒烧结.中低速域内,孔隙水的存在使得断层泥呈现分散式的剪切变形,BET比表面积的增加因此比干燥条件下更加明显.对表面能的估算表明,颗粒磨碎所消耗的能量至多不超过摩擦力做功的8%,暗示着断层作用中颗粒磨碎所占的能量比例较低.     

断层面高精度形貌学定量研究

地震时大部分形变发生在断层带内的主滑动面上,断层表面形貌是断层活动的产物并随断层滑动距离而演化。断层面形貌已成为研究破裂成核作用及应力的非均匀分布、断层面凸体磨损、断层泥生成、滑润作用、抗剪强度与临界滑动距离的相关内容,因此断层面形貌研究对地震和断层力学具有重要意义。任何一个野外天然断层面露头,     

断层泥显微结构的特征与断层滑动习性的研究

天然断层中普遍存在含有粘土矿物的断层泥，大量的实验研究和野外观察证实，不同应变速度的变形作用在断层泥中留下特殊的显微构造特征。因此，我们可以根据断层泥的变形特征，来推测变形时断层的滑动方式和次序。