得妥断裂带断层泥中石英碎砾表面SEM特征分析

蔡晓亮，吴德超，王道永 （成都理工大学地球科学学院，四川成都610059）

断层泥是脆性断裂带断层物质在压扭或剪切应力下被搓磨形成的泥状物质，由岩石矿物碎屑和粘土矿物组成［1-2］。通过解析断层泥信息，可以了解断层活动性历史，有助于对断层的地震危险性作出正确评价［3］。断层泥中的石英碎砾表面存在2种不同成因的微形貌特征［4-5］，一种是在断层活动过程中由于应力作用形成的能够反映应力特征的痕迹微形貌，记录了断层活动方式和活动期次的信息；另一种是由于溶蚀风化作用形成的能够反映溶蚀风化时间的微形貌 （称作溶蚀微形貌），其记录了断层活动的年代信息。下面，笔者通过分析断层泥中碎砾表面溶蚀微形貌的扫描电镜 （scanning electron microscope，SEM）观察结果，以了解得妥断裂带的活动性情况。

1 得妥断裂地质背景

1．1 区域构造背景

得妥断裂带处于扬子准地台西缘与松潘-甘孜造山带结合部，跨越康滇SN向构造带、龙门山前陆冲断带、川西前陆盆地、鲜水河走滑构造带及雅江弧形构造带 （九龙地背斜）等5个二级构造单元。由于该断裂带受到长期的构造作用以及与之相伴随的岩浆作用和变质作用，形成了由NE向、NW向、SN向构造带构成 “Y”字形为主体的特殊构造格局。直接介入该断裂带的主要断裂有大渡河断裂、二郎山断裂、金坪断裂。

1．2 主要构造特征

得妥断裂带起于大渡河右岸扯索沟北，向南经花石包、芝麻沱、于大石包被磨西断裂切错，出露长度约44km。该断裂带总体上呈南北走向，唯其南段被磨西-新民构造带改造而略向东偏转。得妥断裂带在野外露头较好的地点包括花石包、耳子场沟、磨子沟等。

1）花包石观察点 该观察点构造现象丰富，主要为平硐揭露，其构造特征如下：①SN向断层为构造主体，是白果湾组 （断片）与花岗岩的分界断层；②NW向断层发育在白果湾组断片内部，变形强烈且具较明显的脆-韧性，宽度大 （与白果湾组的砂岩-泥岩组合易于变形有关）；③N向断层发育在花岗岩内部，变形较强烈，但是宽度不大；④NWW向缓倾断层，变形不强烈，宽度小。

2）耳子场沟观察点 得妥断裂带从花石包经一号平硐 （PD01）通过后，往北在大渡河左岸上游公路旁可见其迹，然后再向上游在耳子场沟内出露有良好露头。断层走向近SN，向西陡倾；带内变形强烈，至少可分出4条次级断裂面，代表性产状为255°∠80°。断层内部结构复杂，依次发育如下9个构造带：①密集节理带；②构造角砾岩带；③破劈理带；④构造透镜体-破劈理带；⑤牵引褶皱带；⑥构造透镜体带；⑦破劈理带；⑧构造透镜体-破劈理带；⑨构造透镜体带。其中，④、⑤、⑥、⑦、⑧之间均为次级断裂接触，大部分断层岩为构造角砾岩；⑦、⑧之间的断裂面上发育磨光面、擦痕及断层泥。性状较差；④、⑦为含煤地层，见有劣质煤线或碳化薄煤层，岩石更为破碎，发育密集劈理形成的破劈理岩 （片状构造角砾岩）、构造角砾岩甚至碎斑岩，而砂岩则发育成构造角砾岩。

3）磨子沟观察点 该观察点露头相当清楚，变形较为强烈，由强变形的3条次级断层F3-1、F3-2、F3-3及其间的弱变形域组成，其中强变形带中的破碎带总宽近20m。F3-1发育于灰白色中粒花岗岩中，F3-2发育于花岗岩和辉绿岩脉分界处，即岩脉与上盘花岗岩呈断层接触，F3-3从岩脉以东，岩体节理发育，有近100m节理发育带，其中包含小规模破碎带。

2 断层泥样品的采集及制备

为了深入研究得妥断裂带的活动时代、期次及活动方式等，笔者在上述断层出露较好的场地及附近次级断裂点采集了15件断层泥样品进行分析。采样点及样品特征如表1所示。

表1 采样点及样品特征表

对所采集的断层泥样品经过浸泡清洗，筛选出60～120目粒级的砂样，用10% 的盐酸及硫酸煮沸浸泡后清洗干净并烘干，在实体显微镜下任意挑选出100粒表面较干净的石英碎砾，再经稀酸的清洗处理以除去碎砾表面的残留附着物，经真空喷镀金膜后，在SEM下进行观察并拍照。

3 试验结果分析

经SEM观察，发现上述断层泥样品中石英碎砾表面溶蚀微形貌特征各异 （见图1）。以石英碎砾表面溶蚀微形貌特征为依据，对上述每个样品进行数目统计，结果如表2所示。从表2可以看出，石英溶蚀微形貌类型由多到少依次为：鳞片-苔藓状、桔皮状、次贝壳-桔皮状、钟乳状-虫蛀状、次贝壳状、窝穴状-珊瑚状，未见到贝壳状类型。由于断层泥中石英碎砾表面溶蚀微形貌结构特征能够反映断层形成后至今的相对时间，所占比例能够反映对应时期的活动强度。因此，从总体上说明该断裂带有过多期次活动，且至少存在3次规模相当的断裂活动时期，这也与野外花石包观察点观测的三期断层期次吻合。从单个样品也可以看出，大多数样品的石英溶蚀微形貌类型所占比例集中分布在3至2种类型上 （见表2），该类型在单个样品中所占比例愈多，对应时期的活动强度就越大，因而大多数的断层都具有3期活动性。

图1 德妥断裂带断层泥中石英碎砾表面溶蚀微形貌类型

表2 石英碎砾表面溶蚀微形貌类型分布百分数统计表

上述样品在断裂带的位置上划分为南部 （花包石-茶园沟）、中部 （安家湾-寨子坪）、北部 （磨子沟），按照石英碎砾表面溶蚀微形貌类型所占比例对其进行对比，可以发现得妥断裂带南部、中部、北部石英碎砾表面溶蚀微形貌类型所占比例分布是一致的 （见表2）。由于不同石英碎砾表面溶蚀微形貌类型表征了不同的活动时期，不同的石英碎砾表面溶蚀微形貌类型所占比例表征了各个活动期的强烈程度，所以，得妥断裂带南北活动时期以及该活动期的活动强度基本一致，具有统一性，南北向分段特征不明显。得妥断裂带南部、中部与北部石英碎砾表面溶蚀微形貌类型所占比例高低变化也说明在Ⅳ类型为代表的时期至Ⅱ类型为代表的时期，整个得妥断裂带的活动强度处于增强时期，而在Ⅱ类型为代表的时期之后，其活动强度处于逐渐减弱的趋势。再根据石英碎砾表面溶蚀微形貌类型与其相对年代的相关关系［6］，可以得知整个得妥断裂带在中新世 （N1）-中更新世 （Q1）早期，断裂的活动性处于增强趋势，在Q1早期为最强烈时期，而后一直处于减弱趋势。

同样，根据石英碎砾表面溶蚀微形貌类型与其相对年代的相关关系对15件样品的石英碎砾表面溶蚀微形貌类型分布单独进行分析，可知各个样品所代表的得妥断裂带中各个小断层的主要活动时期 （见表3）。由表3可知，断裂带中各小断层的活动时期相对较早，最近时期不具有活动性。结合样品ESR测年成果 （均大于15×104a），同样说明得妥断裂带中各小断层不具活动性。

表3 各小断层的主要活动时期

图2 石英碎砾表面溶蚀微形貌类型聚类分析图

为进一步了解得妥断裂带内部各活动断层活动时代特征，对表2中断层数据利用离差平方和法进行聚类分析［7］，并利用IBMSPSS聚类分析软件进行分类得到聚类分析图（见图2）。

从图2可以看出，当取不同系数时，可以将其分为不同数目的类。例如，当系数取17时，可以将其分为3类：第1类包括PD01-7、D04N-1代表的断层，其特点是断层自N1以来一直有一定活动，Q3以来断层基本不活动；第2类包括PD01-2、PD01-3、PD01-4、PD01-5、ZD27-1、ZD3-1代表的断层，其特点是在N1-Q1期间比较集中活动，在Q3以来基本不活动；第3类包括PD01-1、PD01-6、PD01-9、SD03N-1、SD03N-2、ZD27-3、ZD3-2代表的断层，其特点是在Q1-Q2期间比较集中活动，在Q3以来断层有微弱活动或者不活动，在Qh以来不活动。

结合野外实际观察断层特征，认为早先的南北向断裂在自N1以来一直有一定活动，形成整体南北向断裂框架，对应于第1类断层。而后在统一近东西向挤压应力场下形成的NE、NW、NWW向配套构造，在N1-Q1期间比较集中活动，在Q3以来基本不活动，对应于第2类断层。第3类断层则是晚期SN向断裂切割了其他方向断裂后形成的断层叠加。

4 结 论

（1）断层泥中石英碎砾表面溶蚀形貌特征显示，得妥断裂带中各断层曾经历了多期次的活动过程。

（2）得妥断裂带活动性具有一致性，无明显分段特征，在N1-Q1早期，断裂的活动性处于增强趋势，在Q1早期为最强烈时期，而后一直处于减弱趋势。最新活动时期主要是在Q1晚期到Q2期间，Q3以来无活动性，或有过微弱活动，活动性不明显。

（3）得妥断裂带内断层特征可细分为3类：第1类是自N1以来一直有一定活动早先的南北向断裂；第2类是在N1-Q1期间比较集中活动的NE、NW、NWW向配套构造；第3类是断层在Q1-Q2期间比较集中活动的晚期SN叠加断层。

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