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摩擦实验和微观机制约束下的花岗岩断层成核条件研究
编号：2232
访问权限：私有
更新：2023-04-11 11:28:20 浏览：174次
张贴报告
报告开始：2023年05月06日 08:01（Asia/Shanghai）
报告时间：1min
所在会场：[SP] 张贴报告专场 [SP-9-1] 9、地球物理与大地测量
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摘要
花岗岩是大陆中上地壳主要组成部分，同时也是大陆浅源强震（Mw＞6.0）的主要孕震层，例如圣安德列斯断层、安宁河断裂带、鲜水河和龙门山断裂带等。开展花岗岩摩擦性质的研究有助于理解断层深部的地震成核机制以及成核的温压条件。但现有花岗岩摩擦实验主要集中在干燥、常温、慢速（＜10 μm/s）滑动条件下，难以对中-深部地壳高温高压水热条件下的不稳定滑动过程进行研究。因此本研究利用气体介质高温高压三轴剪切实验系统和乌特勒支大学的高温高压旋转剪切仪器，在更宽的摩擦实验条件下对天然花岗岩断层泥进行研究。实验温度为25-600 ℃，有效正应力为100 MPa，孔隙水压分别为干燥、30和100 MPa，剪切滑移速率分布在0.01-100 μm/s。根据速率-状态依赖摩擦本构关系获得花岗岩断层泥速度依赖性参数（a-b），并利用扫描电镜观察实验后的样品微观结构，对断层泥变形机制进行分析。研究表明：
- 干燥条件下，花岗岩摩擦系数较高，约0.64-0.80。但在高温高压（孔隙压力和有效正应力）下，摩擦系数可降至0.6以下；尤其在慢速滑动和长位移下，伴随滑动弱化，摩擦系数降至0.35。
- 水的存在对花岗岩断层摩擦滑动性质有重要影响。干燥条件下，（a-b）值为微弱速度强化或速度中性；当加入孔隙压力时，在100-600℃都有可能发生不稳定滑动（（a-b）＜0），尤其是高孔隙流体压力（100MPa）的存在可能促进断层不稳定滑动的温度（深度）向低温（浅部）移动。
- 随着温度增加，含水花岗岩的速度依赖性参数（a-b）随着温度会经过“低温速度强化-速度弱化-高温速度强化”三个阶段。这与地球物理学观测到的孕震层结构具有良好一致性。
- 微观结构分析表明，边界剪切、R1剪切和Y剪切普遍发育。在高温速度强化区域局部剪切带中观察到石英、长石细颗粒具有板状形态的压溶析出沉淀颗粒。结合前人提出的CNS微观物理模型，初步提出花岗岩断层的不稳定滑动（速度弱化区域）可能与对时间敏感的晶粒间压溶（主要为石英颗粒）和对时间不敏感的颗粒流动和碎裂之间的竞争机制有关。
关键词
断层摩擦实验，摩擦本构关系，微观物理机制，大陆孕震层
报告人
雷蕙如
中国地震局地质研究所稿件作者
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重要日期
-
会议日期
05月05日
2023
至05月08日
2023
-
03月31日 2023
初稿截稿日期
-
05月25日 2023
注册截止日期
主办单位
青年地学论坛理事会
中国科学院青年创新促进会地学分会
中国科学院青年创新促进会地学分会
承办单位
武汉大学
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院
中国地质大学（武汉）
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院
中国地质大学（武汉）
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