安宁河断裂假玄武玻璃摩擦滑动实验研究

摘要：

我们在安宁河断层带西侧的花岗片麻岩和碎裂岩中发现假玄武玻璃.并开展了假玄武玻璃的摩擦滑动实验,为国际首次.在化学成分和微观结构分析的基础上,本研究使用粉碎后的假玄武玻璃粉末作为模拟断层泥,在有效正应力250 MPa、温度100～500℃、孔隙水压30 MPa和干燥条件下开展了摩擦滑动实验.为获得假玄武玻璃摩擦系数的速度依赖性参数(a-b),实验中的轴向加载速率在1μm·s-1,0.2μm·s-1,0.04μm·s-1之间进行切换.实验结果显示,在100～500℃假玄武玻璃的摩擦系数随着温度增加而增大,含孔隙水压条件下摩擦系数比干燥条件大.在加载速度为1～0.2 μm·s-1条件下,100～300℃温度范围内,假玄武玻璃表现为速度强化型稳定摩擦滑动;在300～400℃的温度范围内,假玄武玻璃的摩擦滑动行为表现出由速度强化向速度弱化转变的趋势,在400～500℃时其表现出显著的速度弱化行为,从而在该温度范围内具备自发的地震成核条件.本实验还发现假玄武玻璃的滑动稳定性与加载速率有关,在相同温度条件下以及100～300℃的温度范围内,假玄武玻璃在实验室标速条件下(1～0.2 μm·s-1)表现出速度强化的摩擦滑动行为;而在低速(0.2～0.04 μm·s-1)条件下,表现出速度弱化.因此在100～500℃的温度条件下,降低剪切滑动速度可以促进假玄武玻璃的不稳定滑动.对比花岗岩与假玄武玻璃的摩擦强度与滑动稳定性表明,在100～500℃(5～30 km深度),假玄武玻璃和花岗岩都具备地震成核的条件.假玄武玻璃的摩擦强度比花岗岩高,由此推测,被假玄武玻璃愈合的同震破裂,原地再次发生同震滑动的可能性小,但如果断裂带内存在假玄武玻璃,不仅能增加断层不稳定滑动和地震的风险,而且会促进同震动态破裂传播.

关键词：摩擦滑动、滑动稳定性、摩擦强度、假玄武玻璃、安宁河断层

所属期刊栏目：65

分类号：P313(大地（岩石界）物理学（固体地球物理学）)

资助基金：国家重点研发计划2018YFC1503400

在线出版日期：2022-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：3088-3097