断层脆塑性转化带的强度与变形机制及其流体和应变速率的影响.pdf

《断层脆塑性转化带的强度与变形机制及其流体和应变速率的影响.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第34卷第1期地震地质VOl_34．NO．12012年3月SEISMOLOCYANDGEOLOGYMar．。2012doi：10．3969／j．issn．0253—4967．2012．01．016断层脆塑性转化带的强度与变形机制及其流体和应变速率的影响张媛媛周永胜(地震动力学国家重点实验室，中国地震局地质研究所，北京100029)摘要野外、实验和地震数据表明：浅部地壳的变形以脆性破裂为主，深部地壳的变形以晶体塑性流动为主。在这种认识的基础上，提出了地壳变形的2种机制模型，即发生脆性变形的上部地壳强度基于Byerlee摩擦定律以及发生塑性

2、变形的下部地壳强度基于幂次蠕变定律。而位于其间的脆塑性转化带的深度与浅源地震深度的下限具有很好的一致性。然而，二元结构的流变模型局限性在于其力学模型过于简单，往往过高估计了脆塑性转化带的强度。问题的根源在于对脆塑性转化带的变形机制的研究已有很多，但没有定量的力学方程来描述脆塑性转化带强度；而且以往对断层脆塑性转化带的研究主要集中在温度引起的脆塑性转化方面，对因应变速率和流体对脆塑性转化的影响方面的研究也比较薄弱。对断层带内矿物变形机制研究表明，某些断层带脆塑性转化发生在相同深度(温度和压力)内，发生脆塑性转化的原因是应变速率的变化，而这

3、种变化被认为与地震周期的同震、震后一问震期蠕变有关，这种变化得到了主震一余震深度分布变化的证实。对断层流体特征分析表明，断层带内可能存在高压流体，这种高压流体会随断裂带的破裂及愈合而周期性变化，在地震孕育及循环中起着关键性作用。高压流体的形成(裂隙愈合)有多种机理，其中，压溶是断层带裂隙愈合的主导机制之一。研究在水作用下的压溶，可以对传统的摩擦一流变二元地壳强度结构及其断层强度进行补充与修正。通过以上分析，认为有必要通过野外变形样品和高温高压实验，深入研究应变速率及流体压力对断层脆塑性转化的影响，同时，通过实验建立压溶蠕变的方程，近似地

4、估计脆塑性转化带的强度。关键词脆塑性转化强度变形机制流体应变速率压溶中图分类号：P315．2文献标识码：A文章编号：0253—4967(2012)01-0172—230引言断层脆塑性转化带及其对地震深度分布的影响已经得到广泛认同(Cheneta1．，1983；Smitheta1．，1984；Wongeta1．，1990；Bokelmanneta1．，2000；周永胜等，2002，2003，2009)，但对于脆塑性转化带的强度、变形机制深度及其影响因素，仍然存在很多悬而未决的问题。例如，脆塑性转化带强度都是通过断层摩擦强度与以位错蠕变为基

5、础的流变强度确定，而脆塑性转化深度主要受地壳温度控制，然而，对断层岩研究发现，断层带脆塑性转化带的变形机制至少包括微破裂、位错蠕变、扩散蠕变(包括压溶、颗粒边界迁移、晶体内部扩散)等多种变形机制，脆塑[收稿日期]2011—09—19收稿，2011—12-29改回。[基金项目]国家自然科学基金(40972146)和地震动力学国家重点实验室自主课题(LED2009A01)共同资助。1期张媛媛等：断层脆塑性转化带的强度与变形机制及其流体和应变速率的影响173性转化的深度除了与温度相关外，还有流体、应变速率等的影响(Martinaeta1．，1

6、999；Trepmanneta1．，2007；周永胜等，2009)。针对这些问题，本文展开了相关讨论，重点对断层脆塑性转化带的强度与变形机制进行了概述，给出了断层带流体对脆塑性转化带的影响，通过强震与余震深度分布规律的变化，讨论了同震、震后一问震期的应变速率变化对断层脆塑性转化带深度的控制作用。1大陆岩石圈强度与地震分布1．1大陆岩石圈的强度剖面自从1914年岩石圈的概念被引入(Barrel，1914)开始，人们对岩石圈的研究不断深入，甚至基于不同的物理化学性质对其进行不同的定义，如力学岩石圈(Schube~eta1．，2001)、热岩

7、石圈(White，1988；Rudnicketa1．，1988)、地震学岩石圈(Anderson，1995)、弹性岩石圈(White，1999；Watts，2001)、化学岩石圈(Coopereta1．，2004；Leeeta1．，2005)、岩石学岩石圈(Grifineta1．，1999；O’Reillyeta1．，2001；Poudjometa1．，2001)、电性岩石圈(Weieta1．，2003)等。然而，最初岩石圈的定义是Barrel(1914)从力学强度的角度给出的，认为岩石圈是具有高强度(高黏滞度，低流变性)的地球外壳；另

8、一方面，研究岩石圈强度的变化可以了解地块的强度、地震活动性以及大陆形变和演化的重要机制(郑勇等，2009)。因此，人们迫切需要某种方法来定量估计岩石圈的强度。直到20世纪70年代末，提出了强度包络线的概念(