论文摘要
2008年汶川地震（Mw7.9）同时沿龙门山灌县-安县断裂和映秀-北川断裂分别产生80km和270km的地表破裂,映秀-北川断裂以斜向逆冲运动,灌县-安县断裂以纯逆冲运动。这种一次大地震同时沿多条断裂同时产生巨大破裂,并伴随不同的运动学性质,这是目前的断裂理论无法解释的。大地震发生机理和孕震环境认识一直是重大难题,也是科学家们一直探索的目标。因此,汶川地震后,龙门山断裂带已成为地学界认识地震的研究热点,其变形行为和断裂机制被认为是认识地震发生机理和孕震环境的关键。目前,学者们基本围绕汶川地震主要破裂的映秀-北川断裂带开展研究,并已认识到映秀-北川断裂带是一条多次发生大地震的粘滑型断裂带,然而,对灌县-安县断裂带的认识则知之甚少。本论文选择以灌县-安县断裂带地表露头和汶川地震断裂带科学钻探三号先导孔（WFSD-3P）岩心为主要研究对象。通过对断层岩进行多尺度构造分析（从野外宏观到镜下微观）、XRD矿物分析、全岩地球化学分析、稳定同位素分析、高分辨率磁化率测试、XRF岩心无损元素扫描和摩擦实验等研究,第一次揭示了灌县-安县断裂具有长期蠕滑的变形行为,并解释了其蠕滑机制,改变了传统认为蠕滑断裂不发生大地震的认识,在地震断裂作用研究中取得了突破。主要结论如下:（1）根据多尺度构造分析和矿物含量分析,发现灌县-安县断裂不同深度的富粘土断层岩中均发育弥散式的R1剪切、压溶缝合线、部分溶解的碎屑和矿物颗粒（如石英、钠长石、方解石等）以及新生粘土矿物。这些粘土矿物大部分是在压溶作用下新形成的,它们的生长阻止了可溶性颗粒的聚结,保持溶解物质扩散的路径,促进压溶作用的进行。新生弱粘土矿物与压溶作用均可控制非地震蠕滑变形行为,二者的相互作用促进了灌县-安县断裂长期蠕滑。结合P波速率和地层分布,提出灌县-安县断裂在浅部蠕滑,深部闭锁的模型,为汶川地震破裂机制提供了可能性的解释。（2）通过方解石脉分布规律和矿物、化学成分含量变化特征,发现在流体和压力作用下,灌县-安县断裂的断层泥中石英、钠长石、碳酸盐矿物等发生溶解,产生明显的质量和体积损失,尤其碳酸盐矿物（CaO和CO2）含量相较于围岩明显降低,这与方解石脉仅出现在围岩和破碎带岩石中,而不出现在断层岩中的观察结果一致。结合前人的研究和区域地层、地形、降雨等资料,提出来自深部的含CO2酸性流体与高构造应力环境,以及断裂带内丰富的大气水循环的耦合,导致碳酸盐矿物在断层岩中溶解或很少沉淀,使断裂带内的粒间孔隙保持开放,流体通道畅通无阻,加速了水岩反应和粘土矿物的形成,从而导致了灌县-安县断裂的长期不愈合和蠕滑变形。（3）高分辨率磁化率测试和地球化学分析结合显微构造观测,结果显示灌县-安县断裂的断层泥磁化率值普遍低于对应围岩的磁化率平均值,这是在间震期的长期流体作用下,铁磁性矿物转变成顺磁性矿物（铁硫化物或含铁的粘土矿物）造成的。缓慢形成的新生铁硫化物和含铁粘土矿物与断层泥中发育黄铁矿及高Fe2+和S元素、低Fe3+的特征相结合,说明断层泥低磁化率特征能够指示断裂在间震期缓慢活动（蠕滑变形）,且断裂作用环境通常是低温、还原环境。（4）灌县-安县断裂岩在不同条件（滑移速率、岩性和流体）下控制的摩擦实验反映了弱矿物相（粘土矿物）与流体均对断裂摩擦强度具有一定的弱化作用,其中流体对断层强度的弱化作用尤其明显地体现在中低速（0.001m/s、0.01m/s）条件下,充分体现了流体在断层蠕滑（缓慢运动）过程中的重要作用。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 何祥丽
导师: 许志琴,李海兵
关键词: 蠕滑,断层岩,灌县安县断裂带,龙门山
来源: 中国地质大学(北京)
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 地质学,地球物理学
单位: 中国地质大学(北京)
基金: 国家自然科学基金重点项目“汶川地震科学钻探岩心中的断裂作用过程研究”(编号:41330211,2014-2018年),国家自然科学基金重点国际合作项目“利用钻孔长期监测研究原位汶川地震断裂摩擦作用:同震弱化和震后愈合”(2016-2020年)
分类号: P315
DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000162
总页数: 201
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