中地殼斷層帶內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

（中國地震局地質研究所，地震力學國家重點實驗室，北京100029）

地表破裂帶調查和地震學反演結果表明，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條件為：存在很大的差應力；比較低的摩擦系數；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，得出斷層脆塑性轉化帶變形溫度約 400～500 ℃，流動應力約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，結果表明，斷層帶內含有一定的結構水，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。根據流體包裹體的冰點和均一溫度數據計算得出反應其捕獲壓力和溫度對應關系的等容線，再利用可逆水巖反應的變質溫度壓力曲線約束，推測流體的捕獲溫度330 ℃～350 ℃。計算得到流體壓力系數λ（流體壓力/靜巖壓力）0.16～0.9。中地殼斷層帶內發(fā)現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，而高壓流體的產生與斷層帶的微裂隙愈合緊密相關。

利用熔融鹽固體介質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。樣品顯微結構和實驗樣品強度表明，動態(tài)重結晶作用能夠愈合微裂隙和孔隙，水能促進礦物的動態(tài)重結晶作用，較高的水含量和較大的應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高壓流體的形成。

實驗結果表明，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。