得妥斷裂帶斷層泥中石英碎礫表面SEM特征分析

蔡曉亮，吳德超，王道永 （成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都610059）

斷層泥是脆性斷裂帶斷層物質(zhì)在壓扭或剪切應(yīng)力下被搓磨形成的泥狀物質(zhì)，由巖石礦物碎屑和粘土礦物組成［1-2］。通過解析斷層泥信息，可以了解斷層活動性歷史，有助于對斷層的地震危險性作出正確評價［3］。斷層泥中的石英碎礫表面存在2種不同成因的微形貌特征［4-5］，一種是在斷層活動過程中由于應(yīng)力作用形成的能夠反映應(yīng)力特征的痕跡微形貌，記錄了斷層活動方式和活動期次的信息；另一種是由于溶蝕風(fēng)化作用形成的能夠反映溶蝕風(fēng)化時間的微形貌 （稱作溶蝕微形貌），其記錄了斷層活動的年代信息。下面，筆者通過分析斷層泥中碎礫表面溶蝕微形貌的掃描電鏡 （scanning electron microscope，SEM）觀察結(jié)果，以了解得妥斷裂帶的活動性情況。

1 得妥斷裂地質(zhì)背景

1．1 區(qū)域構(gòu)造背景

得妥斷裂帶處于揚子準地臺西緣與松潘-甘孜造山帶結(jié)合部，跨越康滇SN向構(gòu)造帶、龍門山前陸沖斷帶、川西前陸盆地、鮮水河走滑構(gòu)造帶及雅江弧形構(gòu)造帶 （九龍地背斜）等5個二級構(gòu)造單元。由于該斷裂帶受到長期的構(gòu)造作用以及與之相伴隨的巖漿作用和變質(zhì)作用，形成了由NE向、NW向、SN向構(gòu)造帶構(gòu)成 “Y”字形為主體的特殊構(gòu)造格局。直接介入該斷裂帶的主要斷裂有大渡河斷裂、二郎山斷裂、金坪斷裂。

1．2 主要構(gòu)造特征

得妥斷裂帶起于大渡河右岸扯索溝北，向南經(jīng)花石包、芝麻沱、于大石包被磨西斷裂切錯，出露長度約44km。該斷裂帶總體上呈南北走向，唯其南段被磨西-新民構(gòu)造帶改造而略向東偏轉(zhuǎn)。得妥斷裂帶在野外露頭較好的地點包括花石包、耳子場溝、磨子溝等。

1）花包石觀察點 該觀察點構(gòu)造現(xiàn)象豐富，主要為平硐揭露，其構(gòu)造特征如下：①SN向斷層為構(gòu)造主體，是白果灣組 （斷片）與花崗巖的分界斷層；②NW向斷層發(fā)育在白果灣組斷片內(nèi)部，變形強烈且具較明顯的脆-韌性，寬度大 （與白果灣組的砂巖-泥巖組合易于變形有關(guān)）；③N向斷層發(fā)育在花崗巖內(nèi)部，變形較強烈，但是寬度不大；④NWW向緩傾斷層，變形不強烈，寬度小。

2）耳子場溝觀察點 得妥斷裂帶從花石包經(jīng)一號平硐 （PD01）通過后，往北在大渡河左岸上游公路旁可見其跡，然后再向上游在耳子場溝內(nèi)出露有良好露頭。斷層走向近SN，向西陡傾；帶內(nèi)變形強烈，至少可分出4條次級斷裂面，代表性產(chǎn)狀為255°∠80°。斷層內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，依次發(fā)育如下9個構(gòu)造帶：①密集節(jié)理帶；②構(gòu)造角礫巖帶；③破劈理帶；④構(gòu)造透鏡體-破劈理帶；⑤牽引褶皺帶；⑥構(gòu)造透鏡體帶；⑦破劈理帶；⑧構(gòu)造透鏡體-破劈理帶；⑨構(gòu)造透鏡體帶。其中，④、⑤、⑥、⑦、⑧之間均為次級斷裂接觸，大部分斷層巖為構(gòu)造角礫巖；⑦、⑧之間的斷裂面上發(fā)育磨光面、擦痕及斷層泥。性狀較差；④、⑦為含煤地層，見有劣質(zhì)煤線或碳化薄煤層，巖石更為破碎，發(fā)育密集劈理形成的破劈理巖 （片狀構(gòu)造角礫巖）、構(gòu)造角礫巖甚至碎斑巖，而砂巖則發(fā)育成構(gòu)造角礫巖。

3）磨子溝觀察點 該觀察點露頭相當(dāng)清楚，變形較為強烈，由強變形的3條次級斷層F3-1、F3-2、F3-3及其間的弱變形域組成，其中強變形帶中的破碎帶總寬近20m。F3-1發(fā)育于灰白色中?；◢弾r中，F(xiàn)3-2發(fā)育于花崗巖和輝綠巖脈分界處，即巖脈與上盤花崗巖呈斷層接觸，F(xiàn)3-3從巖脈以東，巖體節(jié)理發(fā)育，有近100m節(jié)理發(fā)育帶，其中包含小規(guī)模破碎帶。

2 斷層泥樣品的采集及制備

為了深入研究得妥斷裂帶的活動時代、期次及活動方式等，筆者在上述斷層出露較好的場地及附近次級斷裂點采集了15件斷層泥樣品進行分析。采樣點及樣品特征如表1所示。

表1 采樣點及樣品特征表

對所采集的斷層泥樣品經(jīng)過浸泡清洗，篩選出60～120目粒級的砂樣，用10% 的鹽酸及硫酸煮沸浸泡后清洗干凈并烘干，在實體顯微鏡下任意挑選出100粒表面較干凈的石英碎礫，再經(jīng)稀酸的清洗處理以除去碎礫表面的殘留附著物，經(jīng)真空噴鍍金膜后，在SEM下進行觀察并拍照。

3 試驗結(jié)果分析

經(jīng)SEM觀察，發(fā)現(xiàn)上述斷層泥樣品中石英碎礫表面溶蝕微形貌特征各異 （見圖1）。以石英碎礫表面溶蝕微形貌特征為依據(jù)，對上述每個樣品進行數(shù)目統(tǒng)計，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，石英溶蝕微形貌類型由多到少依次為：鱗片-苔蘚狀、桔皮狀、次貝殼-桔皮狀、鐘乳狀-蟲蛀狀、次貝殼狀、窩穴狀-珊瑚狀，未見到貝殼狀類型。由于斷層泥中石英碎礫表面溶蝕微形貌結(jié)構(gòu)特征能夠反映斷層形成后至今的相對時間，所占比例能夠反映對應(yīng)時期的活動強度。因此，從總體上說明該斷裂帶有過多期次活動，且至少存在3次規(guī)模相當(dāng)?shù)臄嗔鸦顒訒r期，這也與野外花石包觀察點觀測的三期斷層期次吻合。從單個樣品也可以看出，大多數(shù)樣品的石英溶蝕微形貌類型所占比例集中分布在3至2種類型上 （見表2），該類型在單個樣品中所占比例愈多，對應(yīng)時期的活動強度就越大，因而大多數(shù)的斷層都具有3期活動性。

圖1 德妥斷裂帶斷層泥中石英碎礫表面溶蝕微形貌類型

表2 石英碎礫表面溶蝕微形貌類型分布百分數(shù)統(tǒng)計表

上述樣品在斷裂帶的位置上劃分為南部 （花包石-茶園溝）、中部 （安家灣-寨子坪）、北部 （磨子溝），按照石英碎礫表面溶蝕微形貌類型所占比例對其進行對比，可以發(fā)現(xiàn)得妥斷裂帶南部、中部、北部石英碎礫表面溶蝕微形貌類型所占比例分布是一致的 （見表2）。由于不同石英碎礫表面溶蝕微形貌類型表征了不同的活動時期，不同的石英碎礫表面溶蝕微形貌類型所占比例表征了各個活動期的強烈程度，所以，得妥斷裂帶南北活動時期以及該活動期的活動強度基本一致，具有統(tǒng)一性，南北向分段特征不明顯。得妥斷裂帶南部、中部與北部石英碎礫表面溶蝕微形貌類型所占比例高低變化也說明在Ⅳ類型為代表的時期至Ⅱ類型為代表的時期，整個得妥斷裂帶的活動強度處于增強時期，而在Ⅱ類型為代表的時期之后，其活動強度處于逐漸減弱的趨勢。再根據(jù)石英碎礫表面溶蝕微形貌類型與其相對年代的相關(guān)關(guān)系［6］，可以得知整個得妥斷裂帶在中新世 （N1）-中更新世 （Q1）早期，斷裂的活動性處于增強趨勢，在Q1早期為最強烈時期，而后一直處于減弱趨勢。

同樣，根據(jù)石英碎礫表面溶蝕微形貌類型與其相對年代的相關(guān)關(guān)系對15件樣品的石英碎礫表面溶蝕微形貌類型分布單獨進行分析，可知各個樣品所代表的得妥斷裂帶中各個小斷層的主要活動時期 （見表3）。由表3可知，斷裂帶中各小斷層的活動時期相對較早，最近時期不具有活動性。結(jié)合樣品ESR測年成果 （均大于15×104a），同樣說明得妥斷裂帶中各小斷層不具活動性。

表3 各小斷層的主要活動時期

圖2 石英碎礫表面溶蝕微形貌類型聚類分析圖

為進一步了解得妥斷裂帶內(nèi)部各活動斷層活動時代特征，對表2中斷層數(shù)據(jù)利用離差平方和法進行聚類分析［7］，并利用IBMSPSS聚類分析軟件進行分類得到聚類分析圖（見圖2）。

從圖2可以看出，當(dāng)取不同系數(shù)時，可以將其分為不同數(shù)目的類。例如，當(dāng)系數(shù)取17時，可以將其分為3類：第1類包括PD01-7、D04N-1代表的斷層，其特點是斷層自N1以來一直有一定活動，Q3以來斷層基本不活動；第2類包括PD01-2、PD01-3、PD01-4、PD01-5、ZD27-1、ZD3-1代表的斷層，其特點是在N1-Q1期間比較集中活動，在Q3以來基本不活動；第3類包括PD01-1、PD01-6、PD01-9、SD03N-1、SD03N-2、ZD27-3、ZD3-2代表的斷層，其特點是在Q1-Q2期間比較集中活動，在Q3以來斷層有微弱活動或者不活動，在Qh以來不活動。

結(jié)合野外實際觀察斷層特征，認為早先的南北向斷裂在自N1以來一直有一定活動，形成整體南北向斷裂框架，對應(yīng)于第1類斷層。而后在統(tǒng)一近東西向擠壓應(yīng)力場下形成的NE、NW、NWW向配套構(gòu)造，在N1-Q1期間比較集中活動，在Q3以來基本不活動，對應(yīng)于第2類斷層。第3類斷層則是晚期SN向斷裂切割了其他方向斷裂后形成的斷層疊加。

4 結(jié) 論

（1）斷層泥中石英碎礫表面溶蝕形貌特征顯示，得妥斷裂帶中各斷層曾經(jīng)歷了多期次的活動過程。

（2）得妥斷裂帶活動性具有一致性，無明顯分段特征，在N1-Q1早期，斷裂的活動性處于增強趨勢，在Q1早期為最強烈時期，而后一直處于減弱趨勢。最新活動時期主要是在Q1晚期到Q2期間，Q3以來無活動性，或有過微弱活動，活動性不明顯。

（3）得妥斷裂帶內(nèi)斷層特征可細分為3類：第1類是自N1以來一直有一定活動早先的南北向斷裂；第2類是在N1-Q1期間比較集中活動的NE、NW、NWW向配套構(gòu)造；第3類是斷層在Q1-Q2期間比較集中活動的晚期SN疊加斷層。

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