汶川地震地表破裂带粘土矿物和流体-岩石作用机制研究

同震地表破裂带是大地震破裂过程在地表的直接反映，2008年5月12日发生的汶川地震形成了世界上规模空前的逆冲型地震地表破裂带，使得多种类型断层岩抬升至地表，形成了包括较致密完整围岩-角砾岩-碎裂岩-断层泥（可能的假玄武玻璃）的绝佳断层岩序列，并可见大量贯入和填充碳酸盐脉体，以及较为罕见的断层泥脉体，为分析追溯地震破裂过程和流体-岩石相互作用提供了充足的研究基础。本项目将通过野外考察，采集典型地表破裂带断层岩和围岩样品，综合利用X射线衍射（XRD）、电子显微镜（SEM及TEM）和地球化学手段，获取样品矿物和地球化学组成、含量和分布、同位素和显微变形构造等数据，与深部钻孔样品和模拟实验研究结果相对比，分析断层带发展过程流体作用的特征，讨论流体-岩石相互作用机制及其对断层活动特性的可能影响。

本项目以沿地震破裂带分布的断层岩为研究对象，针对龙门山断裂带前缘安县-灌县断层，通过跨断层地表破裂带开挖探槽，自西向东在黑色碳质泥岩、断层泥，灰绿色断层泥、碎裂岩、粉砂岩及紫红色泥质岩三套岩层中利用u-channel在探槽面连续采集样品，经干燥后按照2cm间距制样，在台北新竹同步辐射中心完成XRD测试。识别出粘土矿物（伊利石、高岭石等）、石英、长石和碳酸盐岩（方解石、白云石）等矿物的各种异常特征，并综合各种数据，探讨了滑移带附近矿物变化和断层活动机制及后期演化机制；对映秀-北川断层，深孔断裂带样品的连续测试显示FZ590可能是2008汶川地震的滑移带位置，研究结果显示在589.2m深度为粘土矿物丰度的异常带，蒙脱石在此处新鲜断层泥中的富集暗示了同震滑移时间期间或之后与断层活动相关的自生过程。总体较弱的粘土矿物异常说明同震滑移期间产生的摩擦热较少，类似热增压的动力学机制可能是映秀-北川断层在汶川地震期间断层弱化的主要表现；同时对本项目研究的主要对比对象台湾车笼埔断层地表破裂带和地下不同深度断层带围岩的研究显示化学风化强度随样品深度的差异，也暗示化学风化机制可能是粘土相变的主要驱动力,化学风化作用形成的蒙脱石含量随深度改变，表明不考虑风化过程影响而直接将断层带蒙脱石作为断层弱化的因素的观点有待商榷，粘土矿物及主量元素地球化学数据显示地表及浅部蒙脱石的存在不能作为车笼埔地震断层滑移的主要因素。