白云母對巖鹽斷層帶摩擦速度依賴性影響的實驗研究

繆阿麗 馬勝利

1)中國地震局地質研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029

2)江蘇省地震局，南京 210014

白云母對巖鹽斷層帶摩擦速度依賴性影響的實驗研究

繆阿麗1，2)馬勝利1)

1)中國地震局地質研究所，地震動力學國家重點實驗室，北京 100029

2)江蘇省地震局，南京 210014

為更好地理解層狀硅酸鹽對斷層強度、滑動速度依賴性及地震活動特征的影響，利用雙軸摩擦實驗對含白云母巖鹽斷層帶在干燥及含水條件下摩擦的速度依賴性進行了實驗研究，并觀測了摩擦滑動過程中的聲發射，分析了斷層帶的微觀結構。實驗結果表明，干燥條件下含白云母巖鹽斷層帶在0.1～100μm/s的速度范圍內表現為黏滑和速度弱化，增大σ2會使斷層帶從速度弱化向速度強化轉化，速度依賴性轉換出現在0.1μm/s，其中斷層滑動表現為穩滑或應力釋放時間較長的黏滑事件;含水條件下含白云母巖鹽斷層帶在0.05～0.01μm/s的速度范圍內表現為速度強化，0.1～10μm/s的速度范圍內表現為速度弱化，50～100μm/s的速度范圍內又轉換為速度強化行為。含白云母巖鹽斷層帶在干燥條件下一次黏滑伴隨一個或一叢聲發射事件，而在含水條件下與穩滑相對應，滑動過程中并未記錄到聲發射事件。顯微結構觀察表明，速度弱化域的主要變形機制是巖鹽顆粒的脆性破裂和局部化的滑動;干燥條件下，速度強化域的主要變形機制是巖鹽顆粒的均勻破裂;含水條件下2個速度強化域對應不同的微觀機制，高速域的速度強化受控于巖鹽顆粒在白云母相互連結形成的網狀結構上的滑動及其均勻碎裂作用，而低速域的速度強化還受巖鹽的壓溶作用控制。通過與巖鹽斷層帶摩擦實驗結果對比可知，白云母的存在對干燥巖鹽斷層帶摩擦滑動方式和速度依賴性沒有顯著影響，而在含水條件下白云母的存在使得巖鹽斷層帶滑動趨于穩定。實驗結果為分析含層狀硅酸鹽斷層的強度和穩定性提供了依據。此外，在速度依賴性轉換域上觀察到的應力緩慢釋放的現象進一步證實了在巖鹽斷層帶摩擦滑動過程中觀察到的現象，這對慢地震機制研究具有參考意義。

含白云母巖鹽斷層帶 摩擦實驗 速度依賴性 微觀結構

0 引言

實驗研究表明，斷層摩擦系數μ介于0.6～0.85之間，它與巖石類型無關(Byerlee，1978)。但地質和地球物理證據表明，一些地殼斷層強度比實驗測得的摩擦強度弱(Wintsch et al.，1995;Holdsworth，2004;Moore et al.，2007)。對于這種現象，其中一種解釋是由于軟弱物質如層狀硅酸鹽類物質的存在(Moore et al.，2007，2008)及斷層帶葉理結構的形成(Holdsworth，2004;Collettini et al.，2009)。這種斷層強度弱化的原因較好地解釋了一些斷層如圣安德烈斯斷層的低強度問題(Wintsch et al.，1995;Imber et al.，2001;Holdsworth，2004)，但是富含層狀硅酸鹽巖的斷層中因葉理發育而導致的斷層弱化與摩擦不穩定性的關系也是一個重要問題(Collettini et al.，2009)。基于巖石摩擦的速率-狀態摩擦定律(Diterich，1979;Ruina，1983)，速度弱化向速度強化的轉換控制著斷層從不穩定滑動向穩定滑動的轉換。因此，研究含層狀硅酸鹽巖斷層的速度依賴性及其地震活動性有重要的意義。

層狀硅酸鹽類物質被認為是廣泛存在于斷層內的主要軟弱物質之一。許多學者曾經對層狀硅酸鹽類物質的力學性質及微觀機制進行過研究。Reinen等(1991，1994)研究了葉蛇紋石斷層泥和纖蛇紋石斷層泥在室溫下的摩擦強度及速度依賴性，認為纖蛇紋石摩擦強度極低，可解釋圣安德列斯斷層的低應力狀態。Moore等(1996，1997)、馬勝利等(1997)對3種蛇紋石斷層泥進行了摩擦速度依賴性實驗，得到了與Reinen等不同的結論，原因是蛇紋石斷層泥的摩擦速度依賴性受溫度的影響。Moore等(2008)在室溫下對含飽和水的滑石斷層泥進行了摩擦實驗，得到其摩擦系數介于0.16～0.23之間，在所測試條件下滑石表現出一致的穩定性與速度強化行為。Scruggs等(1998)的實驗結果表明，云母具很低的摩擦強度且表現為速度強化行為。Van等(2009)的實驗結果表明，在熱液條件下云母斷層泥的摩擦行為基本與滑動速度無關。上述研究都是對單一層狀硅酸鹽類物質進行的，但野外斷層上不可能只有、更不可能只有一種層狀硅酸鹽類物質。因此，也有學者用含飽和鹽水的巖鹽與層狀硅酸鹽物質的混合物作為斷層帶物質，實驗研究了層狀硅酸鹽含量及葉理結構的發育對速度依賴性的影響，并提出了一個微觀物理模型(Bos et al.，2001，2002;Niemeijer et al.，2006)。這些結果揭示了層狀硅酸鹽類物質的摩擦性狀，為分析實際斷層上的地震活動特征提供了重要依據。

上述研究也存在一些不足。首先，大部分實驗加載速度范圍較窄，而一些研究結果表明，巖石在高速滑動時會出現很強的弱化現象(Wibberley et al.，2005;Di Toro et al.，2006;Boutareaud et al.，2008)，因此有必要在更大的速度范圍內研究含層狀硅酸鹽斷層的速度依賴性;其次，這些實驗中未觀測摩擦滑動及轉換過程中對應的物理參量。為此，我們擬在已進行的巖鹽斷層帶摩擦滑動速度依賴性及聲發射實驗的基礎上，研究白云母對巖鹽斷層帶摩擦滑動性狀的影響。Niemeijier等(2006)得到的云母含量對斷層速度依賴性影響的實驗結果是，巖鹽和白云母以4:1混合時其速度依賴性最明顯。據此我們選擇80wt%巖鹽+20wt%白云母作為斷層帶物質，利用雙軸摩擦實驗對其在干燥及含水條件下摩擦的速度依賴性進行了實驗研究，并觀測了摩擦滑動過程中的聲發射，分析了斷層帶的微觀結構，以期了解白云母對斷層強度、摩擦速度依賴性及地震活動特征的影響。

1 實驗方法

實驗標本為花崗閃長巖，尺寸為300mm×200mm×50mm，每個標本沿長方體一對角線預置一條與長軸呈30°夾角，寬1mm的斷層。斷層帶用80%wt巖鹽+20%wt白云母混合物充填(為得到更好的速度依賴性轉換，據實驗測試結果，我們選取的物質平均粒度約為:巖鹽100μm，白云母13μm)。為達到干燥條件，實驗前把巖鹽/白云母樣品置于烘箱中，在150℃溫度下烘烤20h;為達到含水條件，實驗前將巖鹽/白云母樣品溶于水中，充分攪拌，然后取過飽和樣品析出多余水分后作為斷層帶介質。由于標本結構是開放系統，斷層帶中的水不具備孔隙壓力。實驗在一套雙向加載伺服控制裝置上進行，載荷和位移通過一套分辨率為16bit的數據采集系統記錄。標本表面布設聲發射傳感器，用多通道聲發射數據采集系統觀測標本在實驗過程中的微破裂。聲發射能級定義為對聲發射信號波上各點的應變能增量積分再取對數作為聲發射能級(劉力強等，1999)。標本結構和傳感器布局如圖1所示。實驗過程中首先以相同的應力速率使σ1和σ2同步加載至預定的σ2值后保持σ2恒定，而后σ1方向上以1μm/s的位移速率加載，在滑動趨于穩定后，再改變加載點的位移速率，研究斷層滑動的速度依賴性。基于速率-狀態摩擦本構定律(Diterich，1979;Ruina，1983)，a-b 值是描述摩擦滑動穩定性的重要參數，它被定義為

其中，μss是穩態摩擦系數，V為滑動速度。如果a-b＞0，則表現為速度強化，反之為速度弱化。

圖1 實驗標本結構及傳感器布局圖Fig.1 Configuration of samples and locations of acoustic emission transducers(circle is for symbols).圖中的圓圈表示聲發射傳感器

2 實驗結果

2.1 不同條件下斷層滑動的力學行為

圖2匯集了含白云母巖鹽斷層帶在幾種條件下摩擦滑動的剪應力-位移曲線。由圖2可知，在干燥和含水條件下，斷層帶滑動的力學特征均表現為具峰值強度和剩余強度的類型。在干燥條件下斷層滑動過程中伴隨周期性黏滑，而在含水條件下斷層帶滑動穩定，且其峰值強度和剩余強度在相同σ2條件下較干燥條件下明顯降低。流體的存在會降低斷層強度，這與以前的實驗結果相符(Byerlee，1967;Dieterich et al.，1984;Blanpied et al.，1995;Moore et al.，2008;Collettini et al.，2009)。

圖2 不同條件下含白云母巖鹽斷層帶摩擦滑動的剪應力-位移曲線Fig.2 Shear stress-displacement curves formuscovite-bearing halite gouge under different conditions.

2.2 斷層滑動的速度依賴性

實驗中，以1μm/s的背景速度對不同條件下含白云母巖鹽斷層帶的速度依賴性進行了研究。由圖3a可見，在干燥、σ2=3MPa條件下，以1μm/s為界，隨著加載速度的減小，斷層最大強度增加，黏滑應力降增大;隨著加載速度的增大，斷層最大強度降低，黏滑應力降減小，表明含白云母巖鹽斷層帶在0.1～100μm/s的速度范圍內具速度弱化性質。當σ2提高到5MPa，以1μm/s為界，加載速度降低到0.5μm/s，斷層滑動伴隨黏滑，表現為微弱的速度弱化;繼續降低加載速度到0.1μm/s，斷層滑動穩定，但仍為速度弱化;當加載速度繼續降低到0.01μm/s，斷層強度降低，表現為速度強化 (圖3b)。增大加載速度到5μm/s，斷層滑動伴隨黏滑，表現為速度弱化;繼續增大加載速度到10μm/s時，斷層強度隨位移迅速上升，摩擦系數超過1，應力下降過程明顯減慢但應力降幅度增加，不再是典型的摩擦滑動 (圖3c)。重復實驗顯示，斷層在0.1μm/s速度下滑動先表現為黏滑，一定位移后斷層滑動趨于穩定。分析黏滑的時間過程可見，在此轉換域發生的黏滑的特征是，應力逐漸積累到峰值強度，隨后緩慢下降，然后快速下降，整個應力釋放持續時間超過100s，而在速度弱化域一次黏滑的特征是，應力逐漸積累到峰值強度，然后急速下降，其所對應的應力釋放持續時間＜1s(圖3d)。雖然這個速度下斷層滑動行為在重復實驗中有所差別，但其速度依賴性基本一致，因此在這個速度下斷層所表現出的不同滑動行為可能正是轉換域的特征。

圖3 干燥含白云母巖鹽斷層帶摩擦滑動的速度依賴性Fig.3 Velocity-dependence of friction formuscovite-bearing halite gouge at dry condition.

含水條件下，斷層滑動始終保持穩定。當σ2=3MPa時 (圖4a，b)，以1μm/s為界，加載速度降低到0.1μm/s，斷層強度增大，表現為速度弱化;繼續降低加載速度到0.01μm/s，斷層強度變小，表現為速度強化;增大加載速度，在1～10μm/s范圍內，斷層強度隨著速度的增大而降低，表現為速度弱化;繼續增大加載速度，在50～100μm/s范圍內，斷層強度隨著速度的增大而增大，表現為速度強化。提高σ2到5MPa(圖4c，d)，其速度依賴性與σ2=3MPa時類似，但速度弱化范圍縮小了。

圖4 含水含白云母巖鹽斷層帶摩擦滑動的速度依賴性Fig.4 Velocity dependence of friction formuscovite-bearing halite gouge under wet condition.

根據上述實驗結果給出了含白云母巖鹽斷層帶在各種條件下的速度依賴性參數a-b值(表1)。由以上所述及表1可知，含白云母巖鹽斷層帶在干燥條件和σ2=3MPa時，在0.1～100μm/s范圍內，a-b值均為負，表現為速度弱化。提高 σ2到5MPa，當加載速度＜0.1μm/s，a-b值為正，表現為速度強化;在0.1～5μm/s范圍內，a-b值均為負，表現為速度弱化;在較高速度下，摩擦系數超過1，斷層滑動不再符合Byerlee定律(Byerlee，1978)。在含水條件下，斷層滑動始終保持穩定。在0.01～0.05μm/s范圍內，表現為速度強化;在0.1～10μm/s范圍內，表現為速度弱化;在 50～100μm/s范圍內，斷層滑動又向速度強化轉換。雖然速度依賴性結果表明，含白云母巖鹽斷層帶在低速域和高速域均表現為速度強化，但其a-b值差別很大(見表1)，低速下速度強化域的a-b值明顯比高速條件下的要大得多，說明兩者的微觀機制可能不同。

我們通過穩態流變方程計算了2個速度強化域的應力指數，即

在進行速度依賴性實驗的同時，我們還觀測了相應的聲發射活動。圖5是含白云母巖鹽斷層帶在干燥、σ2=3MPa條件下的差應力-時間曲線及與之對應的M-t圖。可見，當加載速度為0.5μm/s時，一次黏滑作用總伴隨一個或一叢聲發射事件。當加載速度變為0.1～1μm/s時，聲發射事件的活動性和強度與速度為0.5μm/s時類似，加載速度增大到100μm/s，聲發射事件強度增大。含水條件下，在斷層的整個穩滑過程中均未記錄到聲發射事件。

2.3 微觀結構

為了解斷層帶的微觀機制，對實驗后斷層帶的顯微結構進行了觀察。這里我們參照Bartlett(1981)提出的剪切帶內部結構觀測方法來描述斷層帶內的破裂面。圖6是各種條件下實驗樣品的顯微照片，其中包括未變形的斷層帶結構以便進行對比。由圖6a可見，實驗前白云

母圍繞著大小均一、形狀規則的巖鹽顆粒分布。在干燥、σ2=3MPa條件下，經剪切滑動后，斷層帶巖鹽顆粒破碎明顯，排列雜亂無章，白云母無定向分布，斷層帶與圍巖交界處發育邊界剪切帶(圖6b)，表明斷層帶的變形是通過斷層帶內物質的破裂和沿邊界剪切帶的滑動來實現的。提高σ2到5MPa，經高速剪切滑動后，斷層帶內巖鹽顆粒高度破碎且分布均勻，剩余較大巖鹽顆粒被壓扁，白云母分布具微弱的定向性，平行于斷層邊界的Y面發育(圖6c)，說明斷層帶的變形受巖鹽顆粒的均勻破裂作用和沿Y面的滑動控制。相同條件下經慢速剪切滑動后，斷層帶結構與經快速剪切滑動后斷層帶結構類似，斷層帶變形表現出均勻變形的特征(圖6d)，但并未發育平行于斷層帶邊界的Y面，表明斷層帶變形受巖鹽顆粒的均勻破裂作用控制。含水條件下，經高速剪切滑動后斷層帶內巖鹽顆粒高度破碎且分布均勻，殘存較大顆粒被壓扁，白云母沿P面、R面定向排列，斷層剪切滑動過程中發育邊界剪切帶(圖6e)。經慢速剪切滑動后斷層帶結構與經快速剪切滑動后斷層帶結構類似，但巖鹽顆粒的破碎程度較低，有些巖鹽大顆粒還具魚尾構造(圖6f)，表明在這個條件下斷層帶內既有脆性變形也有塑性變形。

圖5 干燥含白云母巖鹽斷層帶在σ2=3MPa時的差應力-時間曲線及與之對應的聲發射M-t圖Fig.5 Differential stress-time curve and corresponding M-t diagram formuscovite-bearing halite gouge under dry condition and σ2=3MPa.

3 討論

(1)實驗結果表明，干燥條件下含白云母巖鹽斷層帶表現為具峰值強度和剩余強度的摩擦類型，滑動過程中伴隨周期性的應力降。在σ2=3MPa條件下，在0.1～100μm/s速度范圍內表現為速度弱化;當σ2提高到5MPa后，斷層滑動在低速下表現為速度強化，在中等速度下表現為速度弱化，在較高速度下，斷層強度不再符合Byerlee定律(Byerlee，1978)，表明σ2的提高有利于斷層發生從速度弱化向速度強化的轉換。顯微結構分析表明，在速度弱化域，斷層帶的變形受控于巖鹽顆粒的非均勻脆性破裂和滑動，一次黏滑對應一個或一叢聲發射事件也表明了局部化脆性破裂的主導作用。低速下的速度強化域，斷層帶的變形受控于巖鹽顆粒的均勻破裂，其應力指數為12也表明斷層帶以半脆性變形為主。在整個過程中未記錄到聲發射事件，表明破裂微小且分布于整個斷層帶。而高速域的變形除巖鹽顆粒的均勻破裂外還疊加了斷層帶的整體破裂和滑動;強度的顯著提高，其摩擦系數甚至超過1的現象可能與巖鹽顆粒發生“焊接”作用有關，而斷層帶的整體破裂和滑動又導致了周期性的應力降(繆阿麗等，2012)。含白云母巖鹽斷層帶在干燥條件下的基本摩擦性質與Bos等(2000)、Niemeijer等(2006)獲得的巖鹽/高嶺土、巖鹽/云母的實驗結果基本一致，但他們并未測量摩擦的速度依賴性。與巖鹽斷層帶相比，含白云母巖鹽斷層帶強度較低，其中速度越低差別越明顯(圖7)。從顯微結構來看，巖鹽顆粒的破碎程度較低，說明沿白云母的滑動在斷層帶的變形中起了一定的作用，且速度越低越有利于這種滑動的發生，但這種作用對斷層帶摩擦速度依賴性的影響并不顯著。

圖6 含白云母巖鹽斷層帶的顯微結構照片(a，b，e，f為正交偏光，c，d為單偏光)Fig.6 Microstructure photographs ofmuscovite-bearing halite gouge(a，b，e，f at crossed polarized light，c，d at plane polarized light).

圖7 含白云母巖鹽斷層帶與巖鹽斷層帶的剪切強度-速度對數曲線(巖鹽結果據繆阿麗等，2012)Fig.7 Shear strength vs.log v formuscovite-bearing halite gouge and halite gouge(results of halite from Miao et al.，2012).

(2)實驗結果表明，含水條件下含白云母巖鹽斷層帶在低速下表現為速度強化，中等速度下表現為速度弱化，較高速度下又轉換為速度強化;提高σ2使其剪切強度增大，但速度依賴性并未發生明顯變化，只是速度弱化的范圍縮小了，且在整個滑動過程中斷層始終保持穩定。顯微結構觀察表明，在高速下的速度強化域，斷層帶變形以巖鹽顆粒的均勻破裂為主，同時白云母是親水性礦物，它會將水吸附在其表面，這會使剪切滑動更易于在云母表面進行(Moore et al.，2004)，因此沿云母表面的滑動在變形中也起了重要作用。而在低速下的速度強化域，斷層帶變形除巖鹽顆粒的均勻破裂外還兼有塑性變形，表明斷層帶變形主要受巖鹽的均勻破裂、壓溶作用及在白云母表面的滑動所控制。這一結果與Niemeijer等(2006)關于含水巖鹽/云母斷層帶的速度依賴性結果有不同之處，他們的實驗中斷層滑動在低速下表現為速度強化，在高速下表現為速度弱化，未觀測到高速下的速度強化現象。這可能與他們的實驗中最大加載速度只有13μm/s、而本文高速下的速度依賴性轉換出現在更大的加載速度下(≥50μm/s)有關。與含水巖鹽斷層帶相比，含白云母巖鹽斷層帶的強度低了很多(圖7)，且滑動始終穩定，這顯然與白云母所形成的網狀結構表面有利于斷層滑動有關(Collettini et al.，2009)，這種低強度的結果與前人的實驗結果相符(Scruggs et al.，1998;Niemeijer，2006;Moore et al.，2008)。

(3)在干燥、σ2=5MPa的條件下，在加載速度為0.1μm/s時，含白云母巖鹽斷層帶表現出復雜的摩擦行為，多次實驗表明，在此速度下滑動或表現為穩滑或表現為應力釋放時間較長的黏滑。顯然，在這種速度依賴性轉換域，斷層處于一種臨界狀態，兩種不同的滑動方式均可能出現。這種應力釋放時間較長的黏滑現象在含水巖鹽斷層帶速度依賴性實驗中也可觀察到，其原因在于水的存在促進了巖鹽的塑性變形，使得速度依賴性轉換域斷層帶的變形受脆性破裂和塑性變形共同控制(繆阿麗等，2012)。而含白云母巖鹽斷層帶在干燥條件下出現了類似的行為，也應與斷層帶脆性破裂和塑性變形共同存在有關，只是在此條件下的塑性變形與白云母控制的滑動有關。

(4)前人的工作表明，層狀硅酸鹽表現為固有的穩滑趨勢(Scruggs et al.，1998;Scholz，2002，Moore et al.，2008)，但野外地質觀察發現，在層狀硅酸鹽上的穩滑和脆性破裂是共存的(Wibberley et al.，2008)。這兩者是否相互矛盾?此外，富含層狀硅酸鹽的斷層通過葉理結構的發育而導致斷層弱化是否會抑制類似于地震的摩擦不穩定(Collettini etal.，2009)?本文的實驗中，含白云母斷層帶在含水條件下，不管在速度強化域還是速度弱化域均表現為穩滑行為，雖未發育葉理結構，但斷層滑動過程中未記錄到聲發射事件，這說明滑動在網狀結構表面進行時，斷層不會發生類似于地震的摩擦不穩定。顯微結構分析表明，巖鹽的脆性破裂和在白云母表面上的滑動共同控制斷層帶變形，這說明層狀硅酸鹽固有的穩定摩擦滑動行為與野外地質觀察到的在層狀硅酸鹽的穩滑和脆性破裂共存的現象是不矛盾的。實驗結果為含層狀硅酸鹽類物質斷層的地震活動性研究提供了依據。此外，在轉換帶上觀察到的黏滑前應力緩慢釋放的現象進一步證實了我們先前的工作(繆阿麗等，2012)，這對慢地震機制研究具有參考意義。

4 結論

利用雙軸摩擦實驗對含白云母巖鹽斷層帶在干燥及含水條件下摩擦的速度依賴性進行了實驗研究，并觀測了摩擦滑動過程中的聲發射，分析了斷層帶的微觀結構。結果表明:干燥條件下，含白云母巖鹽斷層帶在0.1～100μm/s速度范圍內表現為黏滑、具速度弱化性質，一次黏滑伴有一個或一叢聲發射事件;σ2的增大使斷層帶在較低速度下表現為速度強化，在較高速度下由單純摩擦向摩擦和破裂的聯合作用轉變;速度依賴性轉換出現在0.1μm/s，其中斷層滑動或表現為穩滑或為應力釋放時間較長的黏滑事件。含水條件下含白云母巖鹽斷層帶在低速度下表現為速度強化，中等速度下表現為速度弱化，高速下又轉換為速度強化行為;σ2的增大并未改變其速度依賴性，只縮小了速度弱化范圍。顯微結構觀察表明，速度弱化域的主要變形機制是巖鹽顆粒的脆性破裂和局部化滑動;干燥條件下，速度強化域的主要變形機制是巖鹽顆粒的均勻破裂;含水條件下，兩個速度強化域對應不同的微觀機制，在高速域，斷層帶變形源于巖鹽顆粒在白云母相互連結形成的網狀結構上的滑動和碎裂;而在低速域，斷層帶變形還受巖鹽的壓溶作用控制。與巖鹽斷層帶摩擦實驗結果對比可知，是否含白云母對干燥巖鹽斷層摩擦滑動方式和速度依賴性沒有影響，而流體的存在會使含白云母的斷層強度更低、滑動趨于穩定。

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EXPERIMENTAL STUDY ON THE INFLUENCE OF MUSCOVITE ON VELOCITY-DEPENDENCE TRANSITION

MIAO A-li1，2)MA Sheng-li1)
1)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2)Jiangsu Earthquake Administration，Nanjing 210014，China

In order to better understand the effect of phyllosilicate on fault strength，velocity-dependence of friction and seismicity，the velocity-dependence of friction for dry and wetmuscovite-bearing halite gouge was studied by using biaxial friction configuration.Acoustic emission produced during the frictional sliding was recorded，and the microstructure of gouge zone was observed.The experiments show that dry gouge behaves stick-slip and velocity weakening at velocities of 0.1 ～ 100μm/s;Increasingσ2can enhance the transition to velocity strengthening and velocity-dependence transition occurs at velocity of0.1μm/s，where fault behaves either stable sliding or stick-slip withmuch longer time than that in the velocity weakening region.Wet gouge behaves velocity strengthening at velocities of 0.05 ～ 0.01μm/s，velocity weakening at velocities of 0.1 ～ 10μm/s，and velocity strengthening again at velocities of50 ～100μm/s.Each stick-slip event corresponds to one or a cluster of AE events for dry gouge，while there is no AE event corresponding to stable sliding forwet gouge.Themicroscope observation indicates that brittle fracturing and localized slip are predominant in the velocity weakening region and the velocity strengthening is controlled by distributed fracturing of halite under dry condition.While under wet condition，the two velocity strengthening regions correspond to different mechanisms.At higher velocities，the deformation of faultmay be controlled by frictional sliding on the network developed by muscovite and uniform fragmentation of halite，and at lower velocities，the deformation of fault is also controlled by pressure solution of halite.Comparing to the results of halite gouge，it can be seen that the existence of muscovite has no effect on sliding mode and velocitydependence for dry halite gouge，while it enhances the transition to stable sliding for wet halite gouge.The resultswe got provide basis for analyzing strength and stability of phyllosilicate-bearing faults.The stick-slip with longer time at transitional region confirms what observed in frictional experiments of halite gouge，which is significant for understandingmechanism of slow earthquakes.

muscovite-bearing halite gouge，frictional experiment，velocity-dependence，microstructure

P313

A

0253-4967(2012)01-0063-13

10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.007

2011-06-23收稿，2011-08-30改回。

國家科技支撐項目(2006BAC01B03)和國家重點基礎研究發展計劃項目(2004CB418405)共同資助。

繆阿麗，女，1984年生，2011年在中國地震局地質研究所獲固體地球物理學專業博士學位，在學期間主要從事構造物理實驗研究，現在江蘇省地震局工作，電話:025-84285649，E-mail:miaoali330@126.com。