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为了探索断层岩石在断层带不同温度和压力条件下其摩擦强度和摩擦滑动稳定性对于断层活动性的影响,我们采集了龙门山断裂带地震发生区段出露的自然断层泥样品和后山断裂带韧性剪切带中的富含层状硅酸盐矿物的糜棱岩样品进行了水热条件下的摩擦滑动实验研究。我们根据自然断层泥样品的XRD分析结果选取了5种具有不同矿物组合及含量的自然断层泥样品并在50MPa的初始围压和25℃～150℃的温度条件下进行了摩擦滑动实验。 相似文献
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安宁河断层与则木河断层是青藏高原东南川滇地块东边界断裂带的重要组成部分,晚第四纪以来变形样式主要以左旋走滑运动为主。安宁河断层走向近SN向,以冕宁为界分为南北两段,北段古地震复发周期500~700a,全新世以来左旋平均位移速率约4mm/a。南段的古地震研究程度较低,通过在月华一带开挖探槽及大量14C测年限定其大地震平均复发间隔为600~800a。则木河断层北接安宁河断层,全新世以来平均左旋位移速率为2.4~3.6mm/a,大地震复发周期约2 300a。对比安宁河断层与则木河断层的古地震行为,发现安宁河断层大地震复发间隔相对较短,平均左旋位移速率稍大,存在着古地震行为的不协调性。安宁河断层与则木河断层走向不一致、螺髻山的快速隆升以及安宁河断层南侧SN向展布的走滑断层系统等可能是造成安宁河-则木河断层古地震行为差异的原因。 相似文献
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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. 相似文献
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在地震滑动过程中,断层动态摩擦是地壳内控制地震破裂的决定性因素。天然地震的脆性裂纹理论[1-3]使得以下观点被普遍接受:在地震断层快速滑动的过程中,断层摩擦力减弱,即所谓的滑动弱化[1]。高速断层泥实验[4-5],以及最近关于热增压[6-7]和摩擦熔化[8]的试验都支持该理论。但是,这些研究均仅针对固定的断层滑动速率。在本文中,我们的实验展示了不同滑动速率下断层物质的摩擦行为——这一模型的设置更接近天然地震的特征。实验结果表明,在断层滑动加速和减速的过程中,断层摩擦经历了增长、弱化和再增长。这种摩擦变化可能可以由低滑动速率下和更现实的滑动速率之下的速率-状态摩擦行为[9-10]来解释,但包含了不同的物理机制和不同的规模。最初的摩擦增强可能会阻碍小破裂向大地震的发展。断层滑动减速过程中的摩擦增强可能导致地震破裂呈脉冲状[11-14],并使得静态应力下降到与动态应力变化相比较低的水平[15]。 相似文献
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黑云母是自然界常见的层状硅酸盐矿物,其摩擦系数不高且化学稳定性好,对其摩擦性质的关注可能会对弱断层的研究有所帮助.本次工作选取的实验温度条件对应于典型地壳强度模型中脆塑性转化带的范围,为300 ℃和400 ℃.有效正应力为200 MPa,孔隙水压包括10 MPa和30 MPa,在此条件下对黑云母模拟断层泥进行摩擦实验研究.实验得出黑云母的摩擦系数平均在0.36左右.速度依赖性随温度升高速度弱化的程度增强,表现为300 ℃为十分微弱的速度弱化,而在400 ℃出现了黏滑行为,代表了更强的速度弱化.显微结构中同时出现了脆性剪切变形和塑性扭折变形,但决定宏观力学性质的显然是脆性剪切变形.在黑云母存在的情况下,本研究的实验结果有助于理解大陆地壳脆塑性转化带中地震的可能性和弱断层深部的变形机制、宏观力学行为以及地震活动. 相似文献
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油气区断层再活动会造成过断层井的井壁不稳定,增加生产井剪切套损风险及油气渗漏风险甚至诱发地震.浅埋断层带中广泛发育的断层泥对断层摩擦滑动具有重要影响,在特定地质条件下断层泥对断层带摩擦强度具有显著的弱化作用.传统的断层稳定性评价方法多数采用断层摩擦强度的均质模型.然而大量研究表明,断层泥受多种因素的影响在空间上表现出明显的非均质特征,如何对油气区断层泥摩擦强度非均质性进行定量表征,实现更精确的断层稳定性评价,对降低油田开发风险具有实际意义.文中介绍了断层带摩擦强度研究的原理、方法,通过梳理国内外的最新研究进展,从内因和外因两个角度详细总结了不同条件下断层泥变形机制以及摩擦强度的演化规律,其中内因包括黏土矿物类型以及黏土矿物含量,外因包括孔隙流体、有效正应力以及温度.同时,基于断层带摩擦强度的理论研究成果以及当前国际上常用的断层稳定性评价方法,建立了考虑断层摩擦强度非均质性的断层稳定性定量评价模型.最后,对断层带摩擦强度研究的未来发展趋势进行了分析. 相似文献
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为探索断层岩石摩擦特性对于断层力学性质的影响,我们采集了龙门山汶茂断裂韧性剪切带中的富含层状硅酸盐矿物的糜棱岩样品进行了水热条件下摩擦滑动实验研究.实验在三轴压机之上完成,实验温度为100~600℃,有效正压力100MPa,孔隙水压分别为30MPa和130MPa.为获得摩擦滑动的稳定性参数(a-b),剪切滑移速率在1.22μm·s-1,0.244μm·s-1和0.0488μm·s-1之间切换.实验发现在200~500℃的温度范围内,摩擦系数随着温度的增加而显著增大(约0.56~0.72).在200~300℃范围内,随温度的升高糜棱岩的摩擦滑动表现出由稳定的速度强化向不稳定速度弱化转变的趋势.在有效正压力不变的情况下,孔隙水压的增大会促进糜棱岩的摩擦滑动在500~600℃温度范围内由不稳定的速度弱化向稳定的速度强化的转变.实验给出的断层在原地深度处的脆性和塑性变形机制的转变,有助于理解断层深部的地震成核机制以及成核的温压条件. 相似文献
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安宁河断裂带是中国西南地区一条重要的地震活动断层， 地方志记载公元1536年曾发生过震级大于7级的破坏性地震. 详细的断裂地貌航片解译和野外调查表明， 安宁河断裂带除具有主要的左旋走滑断层活动外，还兼有重要的逆冲运动分量. 根据冲沟和阶地面的位错量及其热释光测年结果估计，该断裂带晚更新世以来平均左旋走滑速率为3~7 mm/a. 根据滑移方向与断层走向的关系，推测跨安宁河断裂带东西向由于逆冲断层运动造成的挤压缩短速率约为1.7~4.0 mm/a； 简单分解鲜水河断裂带上的滑动速率，估计分配在大凉山断裂带上的滑动速率与安宁河断裂带上的大致相当，约为3~7 mm/a. 此外，根据野外调查结果，并结合最近青藏高原构造动力学研究的新认识， 建立了安宁河断裂带的动力学模型，认为安宁河断裂带是一条逆冲走滑断裂带. 其下盘（西盘）主动向南东方向下插，造成了上盘（东盘）向北西方向的上冲运动. 相似文献
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为了深入理解断层带摩擦滑动速度依赖性转换及其机制,利用双轴摩擦实验对干燥及含水条件下岩盐断层带摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构.实验结果表明,干燥岩盐断层带在0.1~100 μm/s的速度范围内表现为速度弱化,增大σ2会使断层带向速度强化转变;含水条件下岩盐断层带在1~100 μm/s的速度范围内表现为速度弱化,而在0.1~0.01 μm/s的速度范围内表现为速度强化,速度依赖性转换出现在0.1~1 μm/s,其中断层表现为振荡或应力释放时间较长的黏滑事件;岩盐断层带在干燥条件下表现出很强的声发射活动,每个黏滑均对应一丛声发射事件,而在含水条件下一次黏滑只对应一个声发射事件.显微观察表明,局部化的脆性破裂是速度弱化域的主要变形机制,分布式的碎裂流动是干燥岩盐断层带在速度强化域的变形机制,颗粒边界迁移以及压溶作用的塑性变形是含水条件下岩盐断层带在速度强化域的主要变形机制,而脆性破裂和塑性变形共同控制着速度依赖性转换域断层带的变形.水的存在促进岩盐发生塑性变形,进而导致断层带从速度弱化向速度强化转换.上述结果有助于理解断层带上地震活动的特征和慢地震的机制. 相似文献
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为了研究下地壳主要造岩矿物之一的辉石在摩擦滑动中的力学性质,本文选择辉石中的透辉石作为实验样品,在约200 MPa有效正应力（30 MPa孔隙水压）及100~600℃的热水条件下进行了速度阶跃摩擦滑动实验,在滑动开始后将剪切滑动速率在0.122 μm·s-1和1.22 μm·s-1之间进行切换来确定摩擦滑动对速度变化的响应.通过实验发现：透辉石在102~200℃表现为速度强化,随着温度升高,在约215℃附近从速度强化转变为速度弱化.在310℃以上,速度弱化的程度受温度的影响不大,而且摩擦本构参数a值和b值随温度的变化趋势相同.对变形样品的显微观测发现,与其速度强化行为相对应的微观变形主要以数条平行的R1剪切为主,卸样时造成的裂纹集中在R1剪切内部,形态长而曲折;与其速度弱化行为相对应的断层泥内部,剪切带变窄且数量明显增加,在内部互相连接,在边界附近多发育B剪切,卸样时形成的裂纹大量存在于B剪切带与R1剪切附近,形态短且平直. 相似文献
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为了探讨大陆地壳断层深部的力学性质,我们选择了采自红河断裂带的糜棱岩作为实验样品,进行热水条件下的高温高压摩擦滑动实验.实验在一个以气体为介质的高温高压三轴实验系统中进行.实验条件是：有效正应力为200 MPa;孔隙水压为30 MPa（在400 ℃到600 ℃之间为超临界水条件）;温度为100 ℃到600 ℃;轴向加载的速率范围从0.04 μm/s到0.2 μm/s再到1 μm/s.实验结果表明：（1）当温度小于300 ℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而增大;当温度大于300 ℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而减小.这种趋势和以往花岗岩的摩擦滑动数据基本一致;（2）糜棱岩在200 ℃和400 ℃时表现为速度弱化,其余温度下为速度强化;（3）糜棱岩与已有花岗岩的摩擦滑动数据并不完全一致;（4）花岗质糜棱岩速度弱化向速度强化转变的温度在430 ℃附近,以此我们可以推测：在变形机制为摩擦滑动的深部条件下,地震成核的深度范围可以比以往的估计更深. 相似文献
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应用超声波反射-透射法,在最高压力为1.0 GPa（室温）,最高温度为700℃（1.0 GPa）的条件下对新疆东准噶尔地区的卡拉麦里花岗岩带和野马泉岩体的典型花岗岩类岩石（碱长花岗岩、碱性花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和石英闪长岩）的纵波速度（VP）和横波速度（VS）进行了测量.结果显示,在常温、压力0.4~1.0 GPa条件下,东准噶尔地区花岗岩类岩石的VP和VS均随压力呈线性增加,说明在这个压力段岩石中的微裂隙已基本闭合.室温、1.0 GPa时花岗岩类岩石的VP是5.79~6.84 km·s-1,VS是3.26~3.85 km·s-1.依据压力与VP及压力与VS的线性关系,拟合得到常温常压下花岗岩类岩石的纵波和横波压力系数分别是0.1568~0.4078 km/（s·GPa）和0.0722~0.3271 km/（s·GPa）,VP0和VS0分别是5.62~6.47 km·s-1和3.15~3.75 km·s-1.恒压1.0 GPa、室温到700℃条件下,花岗岩类岩石的VP和VS均随温度的升高呈线性降低,温度系数分别为（-3.41~-4.96）×10-4 km/（s·℃）和（-0.88~-3.22）×10-4 km/（s·℃）.利用实验获得的花岗岩类岩石的VP0、VS0及温度系数和压力系数,结合东准噶尔地区的地热资料,建立了VP和VS随深度变化的剖面.将获得的VP和VS-深度剖面与该区地球物理探测结果对比,发现东准噶尔地区的碱长花岗岩、碱性花岗岩、二长花岗岩和部分花岗闪长岩的VP和VS与该区上地壳速度吻合很好,同时这几种岩石的平均泊松比也与上地壳泊松比一致,因此我们认为这几种类型的岩石是该区上地壳的重要组成部分.另外,石英闪长岩的VP和VS均符合中地壳的速度,可能为中地壳中的一种岩石. 相似文献
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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. 相似文献
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FRICTIONAL SLIDING OF PLAGIOCLASE GOUGE UNDER LOWER-CRUST TEMPERATURE AND RELATIVELY LOW EFFECTIVE NORMAL STRESS 
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下载免费PDF全文 The discovery of tremors on the lower crust portion of the San Andreas Fault has attracted more attention on the mechanical properties of the lower crust in recent years, and some experimental studies have been carried out to understand the mechanical behavior. Previous experiments under effective normal stresses of 200MPa have shown that pyroxene and plagioclase mineral separated from the gabbro and their mixtures all show velocity weakening in the lower-crust temperature range, which results in unstable slip when frictional sliding is the dominant deformation mechanism. This work is to examine whether the velocity-weakening behavior of plagioclase gouge also applies to relatively lower effective normal stress. Our experiments were performed under effective normal stress of about 100MPa, with a constant confining pressure control, with pore pressure of 30MPa and temperature of 100℃ to 600℃. We found that the frictional sliding of plagioclase are basically the same with the previous results obtained under effective normal stress of 200MPa, both of which show velocity weakening over the entire temperature range. The only difference is the out-of-trend drop of constitutive parameter a at 600℃ for the lower effective normal stress of 100MPa. It is thus concluded that reducing the effective normal stress has little effect on the sliding stability of plagioclase, and the previous conclusion made for mechanical behavior of the lower crust that unstable slips are possible therein also applies to the lower effective normal stress of 100MPa. 相似文献
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地震S波速度是防震减灾中场地分类、强地面震动模拟建模等的重要参数.地震背景噪声成像方法可以重建地下浅层三维结构以及探测浅层速度结构变化,为页岩气开采提供参考,有效规避地震灾害风险.本文收集了2015年11月至2016年2月间四川威远地区50个流动台站记录到的垂直分量连续波形记录,利用波形互相关提取2~6 s的基阶Rayleigh波经验格林函数,采用一维地壳结构模型拟合相速度频散曲线,获得了该区域近地表5 km以内的三维S波速度模型.结果表明,威远地区深度2 km以内的S波速度为2.0~2.7 km·s-1;2.0~5.0 km深度的S波速度横向分布不均匀,西北地区大于2.7 km·s-1,东南地区在2.3~2.8 km·s-1之间,分别与背斜构造和较厚的盆地沉积层相对应.3个剖面图均表明S波速度随着深度的增加而逐渐增大,并且在台站S29附近的页岩气田钻井底部与2016年1月7日四川威远ML3.9地震震源位置较为接近,均处于松散的沉积盖层与较为坚硬的花岗岩基底的分界处,推测它们之间可能存在一定的联系. 相似文献
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WANG Hu RAN Yong-kang CHEN Li-chun LIANG Ming-jian GAO Shuai-po LI Yan-bao XU Liang-xin 《地震地质》2018,40(5):967-979
The Anninghe Fault has been suggested as an important segment of the fault system along the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan faulted block in the southeastern region of the Tibetan plateau. Reliable determination of the Late Quaternary slip rate on the Anninghe Fault is very helpful and significant for revealing deformation mechanism and kinematic characteristics of the Sichuan-Yunnan faulted block, which further helps us understand fault activity and seismic potential of the region. However, previous studies were focused mainly on the northern segment of the Anninghe Fault, while slip rate on its southern segment has been less studied. Therefore, in this paper, we chose two sites at Dashuigou and Maoheshan on the southern segment of the Anninghe Fault, and used high-resolution images of unmanned aerial vehicle (UAV)photogrammetry technology, detailed field survey, multiple paleoseismic trenching and radiocarbon dating methods to constrain slip rate on the southern fault segment of the Anninghe Fault. Specifically, we suggest that the slip rate at the Dashuigouo site is narrowly constrained to be~4.4mm/a since about 3￣￣300a￣￣BP based on a linear regression calculation method, and speculate that a slip rate of 2.6~5.2mm/a at the Maoheshan site would be highly possible, although we poorly constrained the whole deformation amount of the two branch faults at the Maoheshan site from multiple paleoseismic trenching. The data at the two sites on the southern segment show a consistent slip rate compared with that of the northern segment of the Anninghe Fault. Moreover, considering a similar paleoseismic recurrence interval on the two segments of the Anninghe Fault from previous studies, we further suggest that the fault activity and deformation pattern on the two segments of the Annignhe Fault appears to be well consistent, which is also in agreement with the regional tectonic deformation. 相似文献
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B. A. Verberne C. J. Spiers A. R. Niemeijer J. H. P. De Bresser D. A. M. De Winter O. Plümper 《Pure and Applied Geophysics》2014,171(10):2617-2640
We report an experimental and microstructural study of the frictional properties of simulated fault gouges prepared from natural limestone (96 % CaCO3) and pure calcite. Our experiments consisted of direct shear tests performed, under dry and wet conditions, at an effective normal stress of 50 MPa, at 18–150 °C and sliding velocities of 0.1–10 μm/s. Wet experiments used a pore water pressure of 10 MPa. Wet gouges typically showed a lower steady-state frictional strength (μ = 0.6) than dry gouges (μ = 0.7–0.8), particularly in the case of the pure calcite samples. All runs showed a transition from stable velocity strengthening to (potentially) unstable velocity weakening slip above 80–100 °C. All recovered samples showed patchy, mirror-like surfaces marking boundary shear planes. Optical study of sections cut normal to the shear plane and parallel to the shear direction showed both boundary and inclined shear bands, characterized by extreme grain comminution and a crystallographic preferred orientation. Cross-sections of boundary shears, cut normal to the shear direction using focused ion beam—SEM, from pure calcite gouges sheared at 18 and 150 °C, revealed dense arrays of rounded, ~0.3 μm-sized particles in the shear band core. Transmission electron microscopy showed that these particles consist of 5–20 nm sized calcite nanocrystals. All samples showed evidence for cataclasis and crystal plasticity. Comparing our results with previous models for gouge friction, we suggest that frictional behaviour was controlled by competition between crystal plastic and granular flow processes active in the shear bands, with water facilitating pressure solution, subcritical cracking and intergranular lubrication. Our data have important implications for the depth of the seismogenic zone in tectonically active limestone terrains. Contrary to recent claims, our data also demonstrate that nanocrystalline mirror-like slip surfaces in calcite(-rich) faults are not necessarily indicative of seismic slip rates. 相似文献
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在恒定的正应力和孔隙压力、不同温度下测量了三种蛇纹石断层泥摩擦强度的速度依赖性。在室温下，纤蛇纹石具有很低的摩擦系数（０．２～０．２５），而利蛇纹石和叶蛇纹石的摩擦系数较高，分别为０．３９和０．４５左右。在２５～２００℃范围内，温度变化对纤蛇纹石和叶蛇纹石强度的影响不明显，而利蛇纹石的摩擦系数随温度升高明显增加。室温下，三种蛇纹石的摩擦在较快的滑动速率下表现为微弱的速度弱化，而在较慢的滑动速度下为明显的速度强化，温度的提高有促使速度弱化向速度强化转变的趋势。研究表明，蛇纹石的存在有利于断层的无震蠕动，但这种影响可能主要限于浅部；尽管纤蛇纹石是最软弱的造岩矿物之一，但仍不足以解释圣安德烈斯断层的软弱性 相似文献