中地殼斷層帶內(nèi)微裂隙愈合與高壓流體形成條件的模擬實驗研究

韓 亮 周永勝 姚文明

（中國地震局地質(zhì)研究所，地震力學(xué)國家重點實驗室，北京100029）

地表破裂帶調(diào)查和地震學(xué)反演結(jié)果表明，汶川地震發(fā)震斷層具有高角度逆斷層特征。逆斷層滑動需要的力學(xué)條件為：存在很大的差應(yīng)力；比較低的摩擦系數(shù)；較大的流體壓力。

通過對映秀－北川斷裂南段出露的糜棱巖研究，得出斷層脆塑性轉(zhuǎn)化帶變形溫度約 400～500 ℃，流動應(yīng)力約15～80 MPa。利用傅里葉變換紅外吸收光譜儀(FTIR)，測試了樣品中主要礦物石英和長石的微量水含量，結(jié)果表明，斷層帶內(nèi)含有一定的結(jié)構(gòu)水，而且礦物水含量隨變形程度的增加而升高。

利用顯微冷熱臺和激光拉曼探針，測試了石英中的流體包裹體。根據(jù)流體包裹體的冰點和均一溫度數(shù)據(jù)計算得出反應(yīng)其捕獲壓力和溫度對應(yīng)關(guān)系的等容線，再利用可逆水巖反應(yīng)的變質(zhì)溫度壓力曲線約束，推測流體的捕獲溫度330 ℃～350 ℃。計算得到流體壓力系數(shù)λ（流體壓力/靜巖壓力）0.16～0.9。中地殼斷層帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)的接近靜巖壓力的高壓流體能夠合理解釋汶川MS8.0地震斷層的高角度逆沖滑動，而高壓流體的產(chǎn)生與斷層帶的微裂隙愈合緊密相關(guān)。

利用熔融鹽固體介質(zhì)三軸高溫高壓實驗系統(tǒng)，我們采用含水和烘干的 Carrara大理巖樣品開展了微裂隙愈合實驗，研究中地殼斷層帶內(nèi)高壓流體的形成條件。實驗分為3類：A類、A+B類和A+B+C類，其中A階段實驗在室溫條件下將樣品壓裂，形成一系列共軛破裂面，B階段實驗在600℃、圍壓700 MPa和應(yīng)變速率10-6s-1條件下愈合了A階段碎裂的樣品，實驗樣品從以碎裂變形為主向以韌性變形為主轉(zhuǎn)變，C階段實驗通過快速降低軸壓模擬一個擴容過程，再以相同實驗條件重新加載樣品，通過比較實驗樣品強度來檢驗樣品的愈合程度。樣品顯微結(jié)構(gòu)和實驗樣品強度表明，動態(tài)重結(jié)晶作用能夠愈合微裂隙和孔隙，水能促進礦物的動態(tài)重結(jié)晶作用，較高的水含量和較大的應(yīng)變有利于微裂隙和孔隙的愈合，這種愈合作用有利于斷層帶內(nèi)高壓流體的形成。

實驗結(jié)果表明，大量在脆性變形階段形成的裂隙與孔隙通過動態(tài)重結(jié)晶作用被全部或大部分愈合，而含水條件加速了這種愈合作用，這是斷層帶微裂隙和孔隙愈合的主要機制之一，這種愈合作用有利于斷層深部高壓流體形成。