汶川地震北川-映秀断裂北段断层泥显微构造和黏土矿物特征及其意义

摘要

汶川2008年MS8.0大地震同震地表破裂带中,近地表断层滑动面内多处分布了薄层断层泥.选取位于地表垂直位移量较大地段的北川沙坝探槽中的断层泥为研究对象,使用立体镜、光学显微镜和X光衍射等对断层泥微结构特征及其矿物成分进行详细的分析.结果表明:汶川地震地表破裂带的断层泥中发育Y-剪切、R1-剪切(与Y-剪切的交角＞14°)、R2-剪切、P-剪切以及张裂隙和书斜式构造等局部化脆性变形的特征显微构造.此外,断层泥中还有发育良好的p-叶理,碎屑颗粒的拉长和不对称拖尾构造等类似于散布的韧性变形特征.但是,它们仅局限在2条平行的Y-剪切之间发育,应当是断层同一滑动事件的产物.显微构造特征揭示了汶川地震破裂带的逆冲滑动性质,强烈变形的断层泥带较窄,仅约3mm,表明同震滑动明显地局限在一个窄的滑动带内.断层泥的石英和长石含量小于围岩,而黏土矿物含量高于围岩,说明来自围岩的长石和石英由于同震断层滑动摩擦使其部分转变为黏土矿物或黏土粒级的物质.断层泥中的伊利石含量高于围岩,伊利石/蒙脱石混层则低于围岩,这种黏土矿物组成成分的差异,可能是由于地震同震断层滑动摩擦增温(不排除溶液化学作用的参与),使部分伊利石/蒙脱石混层转化为伊利石.这些研究结果为探讨断层滑动性质提供了一种判定标准.