龙门山映秀-北川断裂平溪黑色断层泥中有机质成分分析及对断层摩擦滑动性质的影响.pdf

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1、第36卷第3期地震地质V01．36．NO．32014年9月SEISMOL0GYANDGEOLOGYSept．，2014龙门山映秀-zl~J!I断裂平溪黑色断层泥中有机质成分分析及对断层摩擦滑动性质的影响张雷何昌荣(中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室100029)摘要通过对龙门山映秀一zILJlI断裂平溪黑色断层泥一系列的分析测试，发现黑色断层泥中含有约9wt％的有机质组分，并且属于干酪根类型。通过对有机质的气相色谱质谱分析得到，其中主要的烷烃化合物成分为正构烷烃(C一C，)、无环异戊二烯烷烃(姥鲛烷和植烷)、甾烷、萜烷和n烷基环已烷(C。-C)。对有机化合物的初步

2、分析表明，有机质形成于海相或咸水湖泊相的还原环境，并且赋存时间长，有机质成熟度高。通过对比实验发现，黑色断层泥中有机质的出现能够显著地弱化断层的摩擦强度以及提高断层摩擦滑动的稳定性。关键词龙门山断裂带黑色断层泥摩擦特性有机质干酪根烷烃类化合物中图分类号：P315．2文献标识码：A文章编号：0253—4967(2014)03-0896—11O引言有机质作为自然界中碳的主要赋存形式，在地层中广泛存在(Keileta1．，1994；Hedgeseta1．，1995)。尤其在断层带中活跃的水岩反应所生成的大量细粒黏土矿物对于有机质的吸附和保存更加有利于有机质的富集(Bergamasc

3、hieta1．，1997；李爱民，2005)。但是，目前对于断层泥中有机质的研究，已知的是利用有机质的成熟度来计算断层滑动的最大生热量(Polissareta1．，2011)，而对于断层泥中有机质对于断层滑动行为的影响鲜有提及。2008年5月12日发生的汶JlIM8．0地震位于龙门山断裂带上，发生同震滑动的断裂为映秀一北川I断裂(地表破裂长度240km)和灌县一安县断裂(地表破裂长度70km)(徐锡伟等，2008)。王萍等(2009)对汶川I8．0地震龙门山地表破裂带的调查发现，映秀～北川地震断层主要沿着三叠系须家河组碳质泥岩层和含煤地层(映秀-~lLJlI断裂的西南段)以及

4、寒武系碳质页岩层展布(映秀一北川l断裂的NE段)。含有碳质泥岩和煤系地层的断层破裂面往往具有较大的同震位移。通过对龙门山断裂带映秀-~LJll断裂地表出露的天然断层泥的摩擦实验研究发现，平溪黑色断层泥中有机质(有机碳)的存在能够显著地影响断层的摩擦强度以及摩擦滑动的稳定性(Zhangeta1．，2013)。在低于100℃的温度条件下，黑色断层泥中有机质能够显著地弱化断层的强度并同时稳定断层的摩擦滑动。但是，对于黑色断层泥中有机质的成分所知甚少，因此，在本研究中利用有机地球化学手段对自然断层泥中的有机质含量及其主要成分进行了分析研究。在此基础上讨论该[收稿日期]2013-04-

5、09收稿，2013-12-12改回。[基金项目]“十一五”国家科技专项“汶JlI地震断层科学钻探”项目、地震动力学国家重点实验室自主研究课题(LED2009A01，LED2012A01)共同资助。3期张雷等：龙门山映秀一-II'J~j断裂平溪黑色断层泥中有机质成分分析及对断层摩擦滑动性质的影响897图1龙门山断裂带及其J剞围区域地质lFig．1Ageologicalmapofl,ongmenshanFaultzoneanditsadjacentareas．断层露头黑色断层泥中有机质的来源以及有机质对龙门山断裂带断层活动性的影响。1区域地质和样品采集在2008年汶JlIM8．0

6、地震中映秀l~LJlI断裂的同震破坏是最剧烈的。通过震后卫星影像解译发现，此次地震在地表形成了l条240km长的同震破裂带，而详细的地质考察表明，同震错动以具有右旋走滑分量的逆断层破裂为主，最大垂直位移6．2m，最大右旋走滑位移4．9m(徐锡伟等，2008)。其中，映秀一北川I断裂北段的水观乡矿坪子的同震地表破裂水平位移约为3．Om，垂直位移约为2．Om(Lieta1．，2010)。黑色自然断层泥样品采自于水观乡矿坪子村平溪同震破裂地表露头。该断裂总的露头宽度约为9m，断裂在地表发生轻微的反转，同震垂直位移为(2．0+0．1)m，水平位移(3．0±0．2)m。断层下盘出露寒武

7、系至志留系的灰岩和白云岩，断层上盘为一套志留纪的碳质页岩和细粒砂岩。在该断层核部发现3层断层泥，靠近右侧上盘断层角砾的是一层黄色断层泥，而邻近下盘断层角砾出露的为一层黑色断层泥，其中灰色断层泥夹在黄色和黑色断层泥中间。一层白色脉体沿着灰色断层泥与黑色断层泥交界处发育。含有机质断层泥样品采自该断层核部的黑色断层泥层(图2)。2黑色断层泥成分分析对于该黑色断层泥样品，进行了x光衍射分析(XRD)，并以此来计算其矿物成分。通过XRD分析发现，在黑色断层泥样品中石英和黏土矿物是主要矿物成分，其中石英含量为82％