含黑云母断层岩碎屑在热水条件下的摩擦滑动实验研究含弱矿物断层的力学性质研究.pdfVIP

第 期 中国地震局地质研究所 届博士论文摘要（ ） ６ 　 　　　　　　　　 ２０ １ ４ Ⅰ ４７ （作者电子信箱，陈涛： ） 　　 ｃｈｅｎｔ＠ｃｅａ．ｏｖ．ｃｎ ｇ 含黑云母断层岩碎屑在热水条件下 的摩擦滑动实验研究 含弱矿物断层的力学性质研究 路 珍 　 （中国地震局地质研究所，北京 １ ０００２ ９ ） 中图分类号： ； 文献标识 ： ； ： ／ Ｐ３ １ ５ ．２ Ａ ｄｏｉ １ ０．３ ９ ６ ９ ．ｉｓｓｎ．０２３ ５４９ ７ ５ ．２０ １ ５ ．０６ ．０ １ ４ 　　 　 　　 　 　　 ｊ 弱断层的成因一直是一个热门的问题，而通过实验室对弱矿物力学性质进行研究是探索 　　 弱断层成因的较直接手段。黑云母是自然界中常见的层状硅酸盐矿物，已有室温条件下的摩 擦实验结果显示其具有低的摩擦强度。关于黑云母的熔融实验结果显示，其可以稳定存在的 温度范围很广，至少在７００ ℃ 以内可以稳定存在。由于其在地壳内部地震成核的深度范围内 可以稳定存在，并且常常出现在断层岩中，对黑云母在高温、含水条件下摩擦性质的研究有 助于理解弱断层成因、深部的变形机制、宏观力学行为以及地震活动。由于黑云母的低强度 和片状结构，在地壳长期变形过程中通常定向排列并形成局部条带化，在断层带内形成结构 面或叶理面。因此，在了解黑云母本身的力学性质的基础上，研究断层带内与黑云母相关的 结构面或叶理面对断层摩擦行为（包含摩擦强度和摩擦稳定性）的影响同样是一个重要的科学 问题。 在上述背景下，本次工作选取黑云母和黑云母 石英断层泥样品为研究对象，在从低温到  高温的温度范围内，分别对纯黑云母样品和黑云母— 石英混合样品的摩擦性质进行了实验研 究，并主要关注其摩擦强度和滑动稳定性两方面的随温度的变化。 对于黑云母单矿物断层泥，我们获得了其在 ２ ５ ℃ ～ ６００ ℃ 的温度范围内的摩擦系数，为 约０．２ ５ ～０．４４ ，表现为随温度升高而升高的趋势，与白云母类似，但总体上低于白云母的摩 擦强度。黑云母在 表现为速度强化行为， 为速度弱化行为，其中 ２ ５ ℃～２００ ℃ ３００ ℃ ～ ６００ ℃ ４００ ℃～６００ ℃ 范围内出现了粘滑行为。利用引入正压力影响的慢度摩擦本构方程对粘滑行为 进行数值拟合，得到了非常小的 值（ ）和亚微米级的 值 ａ －ｂ ａ －ｂ ＝ －０．０００ ４ －０．０００ ８ ｄ ｜ ｜ ～ ｃ （ ）。黑云母单矿物断层泥样品表现出 种与温度相关的变形显微结构特点。 ０．３ ～０．８ ｍ ３ μ １ ００ ℃条件下主要表现出脆性变形的特点。从 ２００ ℃ ～４００ ℃ ，表现为剪切破裂带和表现为扭 折的塑性变形共存的特点。对于５００ ℃～６００ ℃条件下，在剪切带之间同时表现出了强烈变形 区和中等变形区的特点。 结构面对强度定量影响的研究结果显示断层泥中结构面的存在可以很大程度地降低断层 带的强度。在