中地壳断层带内微裂隙愈合与高压流体形成条件的模拟实验研究

韩 亮 周永胜 姚文明

（中国地震局地质研究所，地震力学国家重点实验室，北京100029）

地表破裂带调查和地震学反演结果表明，汶川地震发震断层具有高角度逆断层特征。逆断层滑动需要的力学条件为：存在很大的差应力；比较低的摩擦系数；较大的流体压力。

通过对映秀－北川断裂南段出露的糜棱岩研究，得出断层脆塑性转化带变形温度约 400～500 ℃，流动应力约15～80 MPa。利用傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)，测试了样品中主要矿物石英和长石的微量水含量，结果表明，断层带内含有一定的结构水，而且矿物水含量随变形程度的增加而升高。

利用显微冷热台和激光拉曼探针，测试了石英中的流体包裹体。根据流体包裹体的冰点和均一温度数据计算得出反应其捕获压力和温度对应关系的等容线，再利用可逆水岩反应的变质温度压力曲线约束，推测流体的捕获温度330 ℃～350 ℃。计算得到流体压力系数λ（流体压力/静岩压力）0.16～0.9。中地壳断层带内发现的接近静岩压力的高压流体能够合理解释汶川MS8.0地震断层的高角度逆冲滑动，而高压流体的产生与断层带的微裂隙愈合紧密相关。

利用熔融盐固体介质三轴高温高压实验系统，我们采用含水和烘干的 Carrara大理岩样品开展了微裂隙愈合实验，研究中地壳断层带内高压流体的形成条件。实验分为3类：A类、A+B类和A+B+C类，其中A阶段实验在室温条件下将样品压裂，形成一系列共轭破裂面，B阶段实验在600℃、围压700 MPa和应变速率10-6s-1条件下愈合了A阶段碎裂的样品，实验样品从以碎裂变形为主向以韧性变形为主转变，C阶段实验通过快速降低轴压模拟一个扩容过程，再以相同实验条件重新加载样品，通过比较实验样品强度来检验样品的愈合程度。样品显微结构和实验样品强度表明，动态重结晶作用能够愈合微裂隙和孔隙，水能促进矿物的动态重结晶作用，较高的水含量和较大的应变有利于微裂隙和孔隙的愈合，这种愈合作用有利于断层带内高压流体的形成。

实验结果表明，大量在脆性变形阶段形成的裂隙与孔隙通过动态重结晶作用被全部或大部分愈合，而含水条件加速了这种愈合作用，这是断层带微裂隙和孔隙愈合的主要机制之一，这种愈合作用有利于断层深部高压流体形成。