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.

辉长岩脆-塑性转化及其影响因素的高温高压实验研究

本文利用高温高压多功能三轴实验装置 ,以NaCl为固体围压传压介质 ,在围压为 45 0MPa～ 80 0MPa ,温度区间为 6 0 0℃～ 1 1 5 0℃和应变速率为 1× 1 0 - 4～3 1 2 5× 1 0 - 6 s条件下 ,对攀枝花辉长岩进行了流变学实验研究。实验结果表明 ,辉长岩围压在 45 0MPa～ 80 0MPa条件下 ,温度在 6 0 0℃时为脆性变形 ,70 0℃～ 85 0℃时为半塑性流动 ,含微破裂 ,大于 90 0℃时为塑性流动。辉长岩的脆 塑性转化温度为 70 0℃～ 90 0℃ ,主要影响因素为温度、围压和应变速率 ,同时存在双相流变学问题。

高温高压条件下角闪岩脆-塑性转化实验研究

在高温高压条件下开展了天然角闪岩样品的变形实验研究,并且利用偏光显微镜和扫描电镜对实验样品进行微观结构观察,研究了在不同的温压和应变速率条件下角闪石的变形机制。实验结果表明,随着温度升高,样品的应力-应变曲线由强化逐渐转化为屈服,并且出现弱化,样品强度显著降低,随着围压增加,样品强度增大,随着应变速率降低,样品强度降低,压缩方向与样品面理斜交的实验样品强度显著降低。实验变形样品在500℃时,角闪石表现为晶内破裂和碎裂变形,其变形以脆性为主导;在600℃时,样品中发育由角闪石残斑和碎裂基质构成的碎裂组构,部分角闪石晶体出现了波状消光,角闪石以碎裂变形为主,局部具有塑性变形的特征;在700℃时,样品以晶体扭折变形为主,局部出现脱水和细粒微晶,并且含有微破裂,显示了样品以晶体扭折变形为主,含有微破裂,样品变形处于脆-塑性转换域;在800℃时,样品中基本没有发现明显的脆性变形,样品以动态重结晶作用为主,角闪石出现脱水。因此,在实验温压范围内,在500℃→600℃→700℃→800℃条件下,角闪石变形机制表现为脆性破裂→碎裂流动→晶体扭折→动态重结晶和脱水作用,显示了角闪石经历了脆性—脆-塑转化—塑性变形的变形机制。

震后松弛阶段脆-塑性转化带的变形——以红河断裂为例

脆-塑性转化带被认为是确定大陆地壳地震深度下限的关键层位。脆-塑性转化带的深度和变形机制除受温度控制外,应变速率和流体压力对其也具有显著影响,而应变速率与流体压力变化通常被认为与地震周期中不同的变形阶段相关。文中对采集自红河断裂的碎裂岩样品开展了显微结构观察与分析。利用偏光显微镜、扫描电镜和能谱仪,系统观测了样品中主要矿物的形态、微观变形特征、矿物组合、矿物水-岩反应、压溶、出溶、裂隙充填与变形特征;利用电子背散射衍射(EBSD)实验数据对样品中主要矿物的组构进行了研究与分析。基于此,研究了震后松弛阶段断层脆-塑性转化带的变形特征。根据红河断裂碎裂岩的变形机制分析,并结合前人研究,将断层脆-塑性转化带在震后松弛阶段的变形特征概括为脆性碎裂与裂隙愈合。高应力和高应变速率导致岩石中长石等高强度矿物继续发生脆性碎裂,石英、云母等低强度的矿物发生塑性变形。在流体作用下,裂隙由石英或方解石充填而被愈合。随着应力逐渐积累,裂隙中石英和方解石等矿物由静态重结晶向动态重结晶转化。随着裂隙愈合和应力积累,断层强度逐渐增加,为下一次地震孕育积累能量。

辉绿岩脆-塑性变形转化的高温高压实验研究

以天然叶腊石为传压介质 ,在温度 80 0～ 10 0 0℃、围压 0 .6～ 1.0GPa和应变速率 10 -4～ 10 -5s-1条件下 ,对Maryland辉绿岩的脆性 -塑性转化进行了实验研究 .实验结果表明 ,在10 -4 ～ 10 -5s-1应变速率和固定围压 1.0GPa条件下 ,当温度低于 80 0℃时 ,岩石变形为典型脆性破裂 ;温度高于 10 0 0℃时岩石变形以准稳态蠕变为主 ;温度在 80 0～ 95 0℃之间 ,岩石变形从脆性破裂向准塑性流动转化 .温度变化对岩石脆 -塑性转化影响敏感度高于压力变化对变形的敏感度 .显微构造观察显示 ,辉绿岩脆 -塑性转化以稀疏弥漫状共轭塑性流动网络为特征 .

温-压耦合作用下深层盐岩盖层封闭能力演化特征

为了研究温-压耦合作用对盐岩盖层封闭能力演化的影响,选择中国金坛盐洞的盐岩样品,利用高温-高压三轴岩石力学测试系统实验装置,设计开展恒温变压、恒压变温以及温-压耦合3组实验,模拟温度、压力条件对盐岩盖层封闭能力演化的影响。研究结果表明:①温-压耦合作用导致盐岩短期强度大幅减弱,塑性大幅增强,缩短了脆-塑性转化时间,其中,由温度引起的盐岩短期强度降低百分比(T_(i))大于35.06%;压力引起的盐岩短期强度降低百分比(p_(i))最大只有38.25%,表明埋藏过程中,盐岩力学性质主要受控于温度。②单一压力作用下,盐岩裂缝具有逐渐减少、愈合的趋势;而温-压耦合作用下,盐岩会出现“裂缝再次发育”现象,其中,低温阶段(温度<90℃),压力占主导地位,高温阶段(温度≥90℃),温度占主导地位,盐岩出现蠕变损伤。③建立“深层盐岩”“脆性—脆-塑性—塑性—蠕变损伤—损伤愈合”演化模式,其中,蠕变损伤阶段对于盐下油气藏的保存极为不利。因此,准确厘定盐岩封闭能力的演化特征可为深层盐下油气藏的富集规律分析提供理论依据。