断层滑移带中非晶型碳的赋存特征及其弱化作用研究——以汶川地震断裂带为例

Amorphous carbon is highly related with the activities of the fault and the fault zone architecture and may change the mechanical properties of the fault and record information of earthquakes. Amorphous carbon is very rich in the Wenchuan earthquake fault zone, appearing in a dispersion pattern or veins. This application choose the core recovered by the WFSD (Wenchuan Earthquake Fault Scientific Drilling Project) and samples from outcrops and trenches to be studied. Macro-observations, optical microscope and SEM (scanning electron microscope), TEM (transmission electron microscope), laser Raman spectrometer and microscope reflection measurements, stable isotopic mass spectrometer will be used to analyze the occurrence of amorphous in fault zone, micro fabrics, ultrastructure, order degree and isotopic compositions of the amorphous carbon, respectively. Based on above work, we will explain: (1) the characteristic of the occurrence of amorphous carbon, including its origin and the process in which different occurrence of carbon formed. (2) The weakening effect amorphous carbon in the fault slip zone.

断层带中非晶型碳一般与断层活动和断层结构关系紧密，既导致断层力学性质发生改变又记录了地震过程中的物理-化学条件。汶川地震断裂带中普遍存在非晶型碳富集的现象——非晶型碳以弥散状或脉状赋存在断层滑移带中。本申请以汶川地震断裂带科学钻探工程岩芯、野外露头和探槽样品为研究对象，采用宏观观察、光学显微镜和扫描电镜、透射电镜、激光拉曼光谱仪（拉曼光谱）和显微镜油浸物镜的方法（反射率）、稳定同位素质谱仪，依次分析非晶型碳在断层带中赋存样式、显微组构特征、超显微结构、非晶型碳有序度、碳元素来源。揭示汶川地震断裂带中非晶型碳的赋存特征（非晶型碳的来源、不同赋存类型的非晶型形成过程）和不同赋存类型非晶型碳对断层的弱化方式，建立汶川地震断裂带断层弱化模型。

汶川地震断裂带（2008年汶川地震中发生地表破裂的映秀-北川断裂和灌县-安县断裂）中普遍赋存有碳质，碳质对于认识断层活动过程具有重要的指示意义。研究主要包括关于汶川地震断裂带的三个方面，包括（1）碳质的赋存状态及碳质来源；（2）碳质脉的成因机制；（3）汶川地震断裂带中同震断层泥的识别。. 碳质以五种方式赋存于汶川地震断裂带中，包括①断层角砾中保留的、未受破坏的初始赋存状态；②断层泥中弥散状分布的棱角状碳质碎屑；③沿滑动面发育的碳质脉；④碎裂岩化的碳质脉，其分支注入断层泥和断层角砾裂隙；⑤地震主滑移带中出现的石墨晶体。赋存方式，结合碳同位素以及碳质拉曼光谱特征，共同反映碳质来源位于汶川地震断裂带围岩——三叠系须家河组。. 映秀-北川断裂西南段八角庙露头上，出露有大量的碳质脉。研究表明它们是围岩碳质层或煤系地层在断层活动中拖尾效应的结果。碳质脉结构未发生明显的破碎。其中一些碳质脉具有明显的碎裂岩结构，且同时具有分异条带结构和不对称构造，并注入构造裂隙当中，反映了一种快速液化流动特征。结合汶川地震断裂带整体分析，提出具有碎裂岩结构的碳质脉形成于地震过程中，是一种新型的化石地震。. 多种方法研究灌县-安县断裂带断层岩表明，同震薄层相比于断裂带其他断层泥具有显著的差别。同震断层泥具有明显的碎裂岩结构，且同震断层泥中碳质记录了摩擦热异常，针铁矿也因为遭受加热发生分解，并形成赤铁矿。由于一次地震仅发生在沿断层面的薄层内（不足5mm的断层泥），九龙镇同震断层泥的确定为识别同震滑移面提供了很好的实践经验。