汶川地震断裂带粒度分布特征对地震碎裂机制的约束-地震地质.PDF

第 ３６卷　第 ２期 地　震　地　质 Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．２ ２０１４年 ６月 ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹＡＮＤＧＥＯＬＯＧＹ Ｊｕｎｅ，２０１４ － ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３ ４９６７．２０１４．０２．００８ 汶川地震断裂带粒度分布特征： 对地震碎裂机制的约束 陈建业　杨晓松 （中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京　１０００２９） － 摘　要　　断层岩的粒度分布包含岩石破裂机制、摩擦性质和地震能量分配等重要信息。筛分 称 重和激光测量是分析断层岩三维粒度的２种有效方法，但每一种方法的测量范围仅有 ３个量级，难 以全面反映断层岩的粒度分布特征。利用上述 ２种方法对汶川地震断层滑动带上的断层岩（简称断 层岩）的粒度分布进行了测量，粒径测量范围从 ０２ｍ至 １６ｍｍ，跨度达到 ５个数量级。结果显示： μ － １）存在临界粒径 ｄ（０９５～１９０ｍ）。粒度大于和小于 ｄ 的颗粒满足不同的颗粒数（Ｎ）粒径（ｄ） ｃ μ ｃ ｄ 分布关系，表明该断层岩的粒径分布不具有自相似性特征。２）利用粒度大于 ｄ 的颗粒计算出的分 ｃ 形维数与断层岩类型有很好的相关性，即断层带边缘的角砾岩的平均分形维数为 ２６，核部压碎角 砾岩的平均分形维数约为 ３０，中心断层泥的分形维数约为 ３５。粒径小于 ｄ 的颗粒的分形维数为 ｃ １７～２１。分形维数的突变反映出断层破裂机制的复杂性，即在不同的粒度域，岩石的破裂机制不 ２ 尽相同。３）依据粒度分析结果，估算出汶川地震断层泥的单位破裂能（Ｅ）为０６３ＭＪ／ｍ。 ｓ 关键词　　汶川地震断层带　粒度分布　自相似性　分形维数　磨碎下限　破裂能 － － － 中图分类号：Ｐ３１３ 文献标识码：Ａ 文章编号２０１４ ０　引言 研究断层岩的粒度分布特征对理解断层的透水性（Ｓｈｅｐｈｅｒｄ，１９８９；Ｗｉｂｂｅｒｌｅｙｅｔａｌ．，２００３； － Ａｇｏｓｔａｅｔａｌ．，２００６）、摩擦性质（Ｍａｉｒｅｔａｌ．，２００２）、粘 蠕滑机制（Ｗａｎｇｅｔａｌ．，１９９３；王华林等， １９９６；Ｍｏｒｇａｎｅｔａｌ．，１９９９）、地震碎裂过程（Ｓａｍｍｉｓ，１９８６；Ｚｈａｏｅｔａｌ．，１９９０；Ｈｏｏｋｅｅｔａｌ．，１９９５； Ｈａｔｔｏｒｉｅｔａｌ．，１９９９）以及地震能的分配（Ｙｏｓｈｉｏｋａ，１９８６；Ｗｉｌｓｏｎｅｔａｌ．，２００５；Ｍａｅｔａｌ．，２００６）具 有重要启示。 传统观点认为断层岩的粒度分布具有自相似性特征（Ｓａｍｍｉｓｅｔａｌ．，１９８６），即其分布没有 特征尺度（Ｔｕｒｃｏｔｔｅ，１９９２），因此，通过对有限尺度内粒度分布规