秦峪斷裂帶斷層泥物質(zhì)特征及活動(dòng)方式研究

劉金水，劉 偉，陳凌偉，張慶華，劉 高

(1.廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510030；2.蘭州大學(xué)，甘肅 蘭州 730000)

斷層活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切應(yīng)力導(dǎo)致巖體錯(cuò)斷，周?chē)纬蓴鄬悠扑閹?，結(jié)構(gòu)面發(fā)生角礫化、甚至泥粉化，最終形成斷層泥[1]。斷層泥中的主要成分為黏土礦物及巖屑巖粉，呈未固結(jié)或弱固結(jié)狀。

圖1 秦峪斷裂帶工程地質(zhì)平面簡(jiǎn)圖

斷層泥是斷裂活動(dòng)的重要信息載體，記錄了斷層的活動(dòng)方式和歷史環(huán)境等[2]。通過(guò)掃描電鏡、熱釋光、光釋光等手段研究斷層泥的微觀特征[3]與年代學(xué)特征[4]可以查明斷裂帶的活動(dòng)年代、活動(dòng)期次、活動(dòng)的強(qiáng)弱程度與活動(dòng)方式[5-6]。分形維數(shù)值受斷裂活動(dòng)性與斷層泥粒度雙因素制約[7]。斷層活動(dòng)性較高的粗粒斷層泥，其分形維數(shù)值顯著高于弱活動(dòng)性斷層細(xì)粒斷層泥。

秦峪地區(qū)位于南北構(gòu)造帶和的東西構(gòu)造帶交匯處，歷經(jīng)多次構(gòu)造歷史時(shí)期但研究相對(duì)較少。本文結(jié)合野外調(diào)查及室內(nèi)試驗(yàn)查明秦峪斷裂帶斷層泥微觀特征及成分，分析秦峪斷裂帶活動(dòng)方式。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境

秦峪斷裂帶位于秦嶺造山帶碌曲—成縣推覆體和迭部—武都推覆體交匯部位，受推覆體隆起、擠壓，秦峪斷裂帶具有強(qiáng)烈變形破碎特征。秦峪斷裂帶由3條近平行的斷層組成，依次為秦峪南支斷層F1、秦峪主斷層F2、秦峪北支斷層F3，總體走向NNW向，見(jiàn)圖1。野外踏勘查明，秦峪主斷層F2平均寬度15 m，秦峪南支斷層F1平均寬度0.4 m，傾角約70°，見(jiàn)圖2、圖3。

秦峪斷裂帶活動(dòng)于多個(gè)歷史時(shí)期，切穿泥盆紀(jì)—三疊紀(jì)多個(gè)時(shí)代的地層?？傮w上，泥盆紀(jì)、二疊紀(jì)地層受秦峪斷層挾持，年代較早的二疊紀(jì)、三疊紀(jì)地層分布于秦峪斷層兩側(cè)，石炭紀(jì)地層缺失。經(jīng)過(guò)秦峪斷裂帶多期構(gòu)造活動(dòng)作用，研究區(qū)呈現(xiàn)出現(xiàn)今的構(gòu)造形態(tài)。

2 樣品采集與試驗(yàn)方法

樣品采集前，清除斷層泥表層風(fēng)化浮土約10～15 cm，在垂直斷層面方向上布置等間距采樣點(diǎn)。為了充分對(duì)比秦峪斷層組之間的斷層泥物質(zhì)組成及微觀特征差異，本文分別于秦峪主斷層F2、秦峪南支斷層F1處采集斷層泥樣品。本文采用Apero S掃描電鏡觀察斷層泥的微觀特征，并結(jié)合X射線(xiàn)衍射(以下簡(jiǎn)稱(chēng)XRD)分析斷層泥礦物成分。

圖2 主斷層F2特征

圖3 南支斷層F1特征

圖4 斷層泥礦物微觀特征

3 測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 斷層泥礦物微觀特征分析

F1及F2斷層泥黏土礦物在10 um、5 um、2 um尺度下的微觀特征具有顯著差異，見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，F(xiàn)1斷層泥顆粒多表現(xiàn)為針狀、葉片狀，F(xiàn)2斷層泥顆粒多表現(xiàn)為板狀，表明F1斷層泥中多含伊利石、蒙脫石等黏土礦物。F1、F2斷層泥石英碎礫表面并存多種溶蝕微結(jié)構(gòu)，顆粒邊緣尖銳，斷口呈貝殼狀，表明研究區(qū)斷層經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

3.2 斷層泥礦物成分分析

秦峪斷裂帶斷層泥礦物成分主要以石英、透閃石、黏土礦物為主，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5。

秦峪各分支斷層斷層泥礦物成分具有較大差異，南支斷層F1斷層泥所含礦物種類(lèi)多于南支斷層F2，黏土礦物成分如蒙脫石、高嶺石含量也較高。F2斷層泥中石英、透閃石含量較高，此外還含有白云母、伊利石、綠泥石等礦物。

結(jié)合掃描電鏡試驗(yàn)和XRD試驗(yàn)結(jié)果可知，F(xiàn)1斷層泥中主要含有高嶺石、綠泥石、蒙脫石、伊利石、白云母等黏土礦物，F(xiàn)2主要含有伊利石、白云母、綠泥石等黏土礦物。斷層泥黏土礦物種類(lèi)豐富、粘粒含量高，表明秦峪斷層仍在活動(dòng)的可能性較大。

圖5 秦峪斷裂帶斷層泥XRD試驗(yàn)

4 結(jié)語(yǔ)

在廣泛搜集有關(guān)調(diào)查資料、實(shí)地野外調(diào)查取樣及室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上可知，F(xiàn)1斷層泥顆粒多呈現(xiàn)出針狀、葉片狀等黏土礦物特征，F(xiàn)2斷層泥顆粒多表現(xiàn)為板狀。F1、F2斷層泥石英碎礫表面并存多種溶蝕微結(jié)構(gòu)，顆粒邊緣尖銳，斷口呈貝殼狀。結(jié)合XRD試驗(yàn)可知，F(xiàn)1斷層泥中多含伊利石、高嶺石、蒙脫石等黏土礦物，F(xiàn)2斷層泥中主要為石英、云母、伊利石等礦物。綜合秦峪斷裂帶石英微形貌特征及斷層泥中黏土礦物含量可知，研究區(qū)秦峪斷裂帶經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。