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从小断层的显微构造研究断层的延伸和分离 米弗米利耶*，克里斯托福肖尔茨 美国,纽约州10964号，哥伦比亚大学，宝马山花园，拉蒙特多赫蒂地球天文台 1997-12-2收稿;1999-5-12接受 摘要 自然形成的断层通常是断开的。对纽约阿尔斯特县雄格姆山一个小脆性断层微观构造的详细研究提供了研究断层分离过程新的理解。在脆性断层中断层的延伸方向可由断层作用范围内形成的微裂隙的方位来确定。我们已经确定沿走滑断层若干部分断层延伸的方向，这些方向指示了从分离中心到边缘个别部分断层的发育。这一信息，与已发现的断层几何形态相结合，可以让我们重建一个近乎合理的分离断层和分离边界的发育史。Elsevier科技有限公司保留所有版权。 引言 对断层易碎部分的观察揭示了它们是很复杂的系统，其中包括显示不同连通程度部分 （如西格尔和波拉德，1980,1983；马特尔等，1988；皮科克，1991;皮科克和桑德森，1991,1994；安德斯和Schlische，1994年; Trudgill和卡特赖特，1994；卡特赖特等，1995； Dawers和安德斯，1995）。虽然分离断块间应力的相互作用已经模拟出来了（如西格尔和波拉德，1980；伯格曼和波拉德，1994；伯格曼等，1994）并且在这一区域各部分边界已经被研究了（马特尔等，1988年；安德斯和Schlische，1994；卡特赖特等，1995；哈金斯等，1995）但是对各部分形成的过程还没有很好的认识。断层的分离部分(观察到的分离的几何形态)可能是先存的分离部分或先存较大构造的破裂造成的。 断层生长产生两个变形区：由断层面和磨碎的岩石组成的断层核部，以及被称为破碎带(凯恩等，1996)大量广泛分布的变形区。这两个变形区纪录了补充断层发育的证据。结合对变形带和部分边界的几何形态的观察可以重建断层各部分形成的方式。 断层发育的研究通常利用到剪切裂隙来模拟断层（如西格尔和波拉德，1980；科维和肖尔茨，1992；肖尔茨等，1993）。虽然裂隙（理想化弹性不连续的）与断层区别显著（岩石构造的不连续，平行于不连续区的位移）但应力与剪切裂缝和断层相关领域类似（恩格尔德等，1993）。自然界断层发育的实际模式必须区别于实验室的观察，因断层不像裂隙，它不是简单的沿破裂面延伸，而是由一个更为复杂的破碎过程形成的。在脆性岩石中这个过程包括剪切面的生长，它是由张开型显微裂隙聚合形成的（肖尔茨，1968; Hallbauer等，1973；考克斯和肖尔茨，1988年a，1988年b；洛克纳等，1991,1992；弗米利耶和肖尔茨，1998）。 图1. 计算最大压应力（δ1）的平面图, 围绕一个模式二裂纹的提示,在压缩象限显示旋转角度与断层夹角较小（C），在扩张象限与断层夹角较大（D）。实心箭头与δ1同方向，空心箭头裂隙扩展方向一致。小线表明δ1的方向和规模（与长度成比例）。在每个象限，立体图显示预测点到显微裂隙的理想位置，平面代表最大聚合部分。中间立体图代表远程压力区（见文中的计算参数；弗米利耶和肖尔茨，1998）。 与剪切面直接联系的微裂隙作用区被定义为过程区（如弗里德曼等，1972；Ingraffea，1987；里奇斯舒和洛克纳，1994；弗米利耶和肖尔茨，1998）。过程区微裂隙形成于断端线周围的岩石中，并且随着断层的生长在其延伸前端处于活动状态。其结果产生了围绕断层核心的连续过程区（弗米利耶和肖尔茨，1998）。由于开放模式微裂隙在长度方向的生长平行于最大压应力的方向δ1，扩张方向平行于最小压应力δ3，它们的方位是当地主应力方向的重要指示。因此，过程区内微裂隙的方位代表裂隙尖端应力场的通道（弗米利耶和肖尔茨，1998）。 由断层延伸引起的本地应力场的改变可能导致过程区微裂隙不对称分布（肖尔茨等，1993；安德斯和维尔奇科，1994；摩尔和洛克纳，1995；弗米利耶和肖尔茨，1998）。对于模式II（滑动，剪切位移）远部最大压应力在裂隙尖端附近旋转以使其与断裂面在压缩象限夹角变小，在拉伸象限夹角变大（图1）。这样产生了不对称应力贯穿整个裂隙面。这种不对称感不仅依赖于滑移的感觉，而且也取决于裂隙从尖端到观察点延伸的方向。对于右旋位移，从延伸的方向看，主应力及相关微裂隙最大聚合处会在裂隙右手侧旋转至较大角度，在裂隙左手侧旋转至较小角度。图1所示应力的方向肖尔茨等（1993年）已计算出来，他们利用了科维和肖尔茨的断层发育模型的压力极限原理（科维和肖尔茨，1992），裂隙尖端应力场附近弹性解（如劳恩和威尔肖，1975），及实证扩容压力功能（肖尔茨，1968）。提出的假设是裂隙会出现在应力超过临界扩容压力的所有点上。累计微裂隙密度，代表垂直断层任意给定距离的断端线的通道