龍門(mén)山構(gòu)造帶wfsd-2鉆孔巖心磁化率特征及其對(duì)500

龍門(mén)山構(gòu)造帶wfsd-2鉆孔巖心磁化率特征及其對(duì)500

1龍門(mén)山構(gòu)造帶的磁化率特征2008年川洛伊木馬地震后，位于青藏高原東緣的龍門(mén)山構(gòu)造帶成為國(guó)際地學(xué)界最受關(guān)注的研究熱點(diǎn)地區(qū)之一。然而，龍門(mén)山構(gòu)造帶的形成機(jī)制一直有爭(zhēng)議。地殼水平壓縮和變形機(jī)制的形成(。巖石磁化率是巖石重要的磁性參數(shù),是物質(zhì)受磁化的難易程度,其大小主要取決于巖石的礦物成分、巖石結(jié)構(gòu)、礦物顆粒大小和形狀等因素,其數(shù)值變化可用于指示不同巖性特征和構(gòu)造環(huán)境的改變(本研究通過(guò)對(duì)WFSD-2鉆孔巖心高分辨率的磁化率測(cè)試,結(jié)合巖性特征和顯微結(jié)構(gòu)觀察,第一次較全面展示龍門(mén)山構(gòu)造帶連續(xù)的不同巖石單元的物性特征,為認(rèn)識(shí)龍門(mén)山構(gòu)造帶變形作用及其大地震活動(dòng)提供重要的巖石磁學(xué)證據(jù).2逆沖斷裂帶龍門(mén)山構(gòu)造帶位于青藏高原東緣與四川盆地接壤的地帶,長(zhǎng)約500km,寬約30km,具有顯著的地形高差.由一系列大致平行的NE-SW向逆沖斷裂帶組成(圖1),自西向東為:汶川—茂縣斷裂、映秀—北川斷裂和安縣一灌縣斷裂(3配置德生巖及工巖地層WFSD～2鉆孔巖心是龍門(mén)山構(gòu)造帶中深度最大的巖性剖面,較完整地獲得了龍門(mén)山中段的主要巖石單元.WFSD-2鉆孔巖心由彭灌雜巖體和上三疊統(tǒng)須家河組組成(圖2),由上至下依次為:彭灌雜巖(500～599.31m)、須家河組(599.31～1211.49m)、彭灌雜巖(1211.49～1679.51m)、須家河組(1679.51～1715.48m)、彭灌雜巖(1715.48～2081.47m)和須家河組(2081.47～2283.56m).彭灌雜巖的巖性主要為花崗巖、閃長(zhǎng)巖和火山碎屑巖,其中彭灌雜巖體一段(499.03～599.31m)主要是花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖;彭灌雜巖體二段(1211.49～1360.25m)主要是花崗巖和閃長(zhǎng)巖;彭灌雜巖體三段(1361.26～1679.51m)主要是花崗巖和凝灰?guī)r,含有花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、火山角礫巖等;彭灌雜巖體四段(1715.48～2081.47m)主要為花崗巖、閃長(zhǎng)巖和凝灰?guī)r,夾有花崗閃長(zhǎng)巖、安山巖、火山角礫巖等.須家河組的巖性主要是砂巖、粉砂巖、泥巖、頁(yè)巖、煤層(線)和礫巖.其中,須家河組上段(599.31～1211.49m)以灰色、灰白色厚層砂巖、粉砂巖為主,另外含有碳質(zhì)頁(yè)巖、片理化碳質(zhì)泥巖、無(wú)機(jī)碳和斷層巖;須家河組中段(1679.51～1715.48m)主要為碳質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)泥質(zhì)砂巖夾有煤層;須家河組下段(2081.47～2283.56m)以粉砂巖和頁(yè)巖為主,含有部分細(xì)砂巖.WFSD-2鉆孔巖心中發(fā)育了大小規(guī)模不一的斷層帶,每一條斷層帶由不同的斷層巖組成,斷層巖遵循Sibson分類(4磁化率試驗(yàn)和結(jié)果4.1巖心磁化率測(cè)試巖心從鉆孔中取出之后,在WFSD-2號(hào)孔鉆探現(xiàn)場(chǎng)用高壓水槍沖洗,清除因鉆探過(guò)程中混入的泥漿、鐵屑等表面污染物.之后裝入無(wú)磁性的塑料巖心盒中,避免外界鐵磁污染.完成現(xiàn)場(chǎng)巖心高分辨率圖像掃描工作后,將巖心運(yùn)至成都郫縣的汶川地震斷裂科學(xué)鉆探實(shí)驗(yàn)中心巖心庫(kù)保存.WFSD-2鉆孔巖心的磁化率測(cè)試工作在汶川地震斷裂科學(xué)鉆探實(shí)驗(yàn)中心完成.磁化率測(cè)試儀器為BartingtonMS2K磁化率儀,靈敏度為1×104.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)描述WFSD-2鉆孔巖心不同巖性的磁化率測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)表1和圖2.表1中用于結(jié)果統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)總數(shù)為123828個(gè),并對(duì)每組統(tǒng)計(jì)樣本做標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算.彭灌雜巖一段的磁化率相對(duì)最低,花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖的磁化率平均值均為9×105討論5.1龍門(mén)山構(gòu)造帶不同構(gòu)造帶巖石磁化率的性質(zhì)與比較(1)磁化率值對(duì)比從WFSD-2鉆孔巖心磁化率測(cè)試結(jié)果可以看出,彭灌雜巖的磁化率值總體比上三疊統(tǒng)須家河組沉積巖的磁化率值高,且不同彭灌雜巖體段的磁化率值具有不同的特征(表1,圖2).火山碎屑巖類中的凝灰?guī)r和火山碎屑巖的磁化率值最高,其平均值為(49～53)×10根據(jù)WFSD-2鉆孔巖心磁化率-深度曲線和巖性柱狀圖,大部分磁化率異常與斷層巖相關(guān)(圖2),其中假玄武玻璃和斷層泥磁化率值高于圍巖,而碎裂巖和斷層角礫巖的磁化率值并沒(méi)有明顯異常(表1).下面以彭灌雜巖體一段中的FZ600斷層帶和須家河組中段中的FZ1681斷層帶為例予以說(shuō)明.FZ600斷層帶的圍巖為花崗閃長(zhǎng)巖,斷層巖組合為碎裂巖、超碎裂巖和假玄武玻璃.圖3(a-1)花崗閃長(zhǎng)巖巖心深度為579.05～579.50m.圖3(a-2)巖心深度為585.93～586.70m,由碎裂巖、超碎裂巖和假玄武玻璃組成.碎裂巖呈灰色、灰白色,具有碎裂結(jié)構(gòu),磨圓度較好.超碎裂巖在掃描照片中與碎裂巖很難區(qū)別,假玄武玻璃顏色為灰白色和黑色,呈脈狀注入到碎裂巖帶中,分為單體脈和網(wǎng)狀脈兩類.網(wǎng)狀脈由細(xì)小的脈體組成,單體脈中含有大小不一的碎屑,碎屑磨圓度較好.FZ600斷層帶的磁化率-深度曲線(圖3a)中可識(shí)別出約10組磁化率異常值,分別對(duì)應(yīng)不同深度的假玄武玻璃,最大磁化率值的范圍為(15～62)×10FZ1681斷層帶的圍巖為砂巖、頁(yè)巖和粉砂巖,圖3(b-4)巖心的深度為1699.23～1699.73m,巖性為深灰色的砂巖,裂隙較發(fā)育.斷層巖組合為斷層泥和斷層角礫巖.FZ1681是多核對(duì)稱型斷層帶,含有5層斷層泥,以斷層泥為核部,對(duì)稱地分布著斷層角礫巖(構(gòu)造成因的假玄武玻璃被認(rèn)為是斷層帶內(nèi)地震發(fā)生的直接證據(jù),形成于快速地震斷層活動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦熱和強(qiáng)烈磨蝕作用((2)不同構(gòu)造巖片的特征磁化率的變化特征被廣泛地應(yīng)用在地質(zhì)、環(huán)境過(guò)程的研究中(彭灌雜巖體和須家河組之間均為斷層接觸,假玄武玻璃和斷層泥的出現(xiàn)表明彭灌雜巖體為上盤(pán)而須家河組為下盤(pán)的斷層活動(dòng)更加強(qiáng)烈.結(jié)合磁化率特征,將七段不同的巖性單元?jiǎng)澐殖?套構(gòu)造巖片(圖2c),構(gòu)造巖片Ⅰ的深度為0～599.31m,構(gòu)造巖片Ⅱ的深度為599.31～1360.25m,構(gòu)造巖片Ⅲ的深度為1360.25～1679.75m,構(gòu)造巖片Ⅳ的深度為1679.75～2081.54m,構(gòu)造巖片Ⅴ的深度為2081.54～2283.56m.構(gòu)造巖片Ⅰ和構(gòu)造巖片Ⅴ只有同一種巖石單元組成,分別是彭灌雜巖體和須家河組沉積巖.其他構(gòu)造巖片由須家河組沉積巖和時(shí)代較老的彭灌雜巖體組成.WFSD-2鉆孔巖心由一系列逆沖巖片疊置而成,與龍門(mén)山隆升的隧道流機(jī)制(5.2光學(xué)顯微特征地震斷裂活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱可以在物理上和化學(xué)上改變斷層巖中的磁性礦物,增加鐵磁性礦物的種類和數(shù)量(順磁性礦物轉(zhuǎn)變成鐵磁性礦物,如黃鐵礦、菱鐵礦等轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦和磁黃鐵礦等),或者改變其顆粒大小(光學(xué)顯微鏡下,WFSD-2鉆孔巖心中斷層角礫巖的碎塊之間幾乎無(wú)旋轉(zhuǎn)或位移,不規(guī)則的角礫相互接觸,部分被細(xì)粒巖粉包圍(圖5a).而碎裂巖的基質(zhì)含量>50%,被細(xì)粉包圍,具有定向流動(dòng)構(gòu)造,基本難以識(shí)別原巖結(jié)構(gòu)(圖5b,5c).超碎裂巖的細(xì)?；|(zhì)含量多,包含較小的棱角狀-次棱角狀的碎塊,肉眼可見(jiàn)巖石碎塊體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)20%,碎粒之間基本無(wú)相互接觸(圖5c).斷層泥在光學(xué)顯微鏡下呈深褐色,主要由粘土礦物及原巖碎粉、碎粒組成,裂隙定向分布,可見(jiàn)面理方向(圖5d).假玄武玻璃顏色在正交偏光下為黑色,單偏光下呈淺褐色-深褐色,由顯示玻璃光學(xué)性質(zhì)的細(xì)?；|(zhì)組成,石英和長(zhǎng)石碎塊散布其中,與碎裂巖之間具有清晰的接觸界面,次棱角狀碎塊呈定向排列(圖5b,5c).顯微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果表明假玄武玻璃和斷層泥具有強(qiáng)烈剪切特征(圖5b,5c,5d),表明磁性礦物顆粒粒度的減小可能是磁化率異常的原因.而碎裂巖和超碎裂巖同樣經(jīng)歷了強(qiáng)烈的剪切研磨,顆粒減小,而磁化率值與圍巖并無(wú)明顯異常.因此,磁性礦物粒度的變化并不能很好地解釋W(xué)FSD-2鉆孔巖心中斷層泥和假玄武玻璃的高磁化率異常.前人研究表明斷層泥磁化率增高的原因可能是斷裂過(guò)程中,摩擦熱和流體作用導(dǎo)致了順磁性礦物(鐵的硫化物或含鐵的粘土礦物)熱解,形成鐵磁性礦物(例如磁鐵礦或者磁黃鐵礦)(映秀—北川斷裂帶八角廟探槽的斷層巖的熱磁分析表明,汶川地震地表破裂帶的斷層泥的磁性礦物主要為磁鐵礦,而隨著與破裂帶距離的增加逐漸含有鐵的硫化物,斷層角礫巖和斷層泥脈主要以鐵的硫化物為主;在靠近破裂帶的斷層泥具有磁鐵礦的磁滯回線特征,而其他的斷層角礫巖和斷層泥的磁滯回線表現(xiàn)為一條直線特征的順磁性物質(zhì),這一結(jié)果與熱磁分析一致(映秀—北川斷裂帶地表露頭的假玄武玻璃是斷裂摩擦熔融成因,其局部溫度可達(dá)1730℃(可見(jiàn)石英熔融)(綜上所述,斷裂作用導(dǎo)致的磁性礦物粒度的變化可能并非斷層泥和假玄武玻璃磁化率異常的主要因素.受流體影響最大的碎裂巖和斷層角礫巖的磁化率值無(wú)異常表明流體作用并非導(dǎo)致斷層巖中磁化率高異常的主要因素.因此,WFSD-2巖心中斷層泥和假玄武玻璃磁化率增高的原因主要是斷裂過(guò)程中,摩擦熱導(dǎo)致了順磁性礦物(鐵的硫化物或含鐵的粘土礦物)熱解,形成了鐵磁性礦物(例如磁鐵礦或者磁黃鐵礦).只有大地震斷裂帶主滑移帶位置才能產(chǎn)生較高的摩擦熱,表明WFSD-2巖心中斷層巖的高磁化率值異?？梢灾甘敬蟮卣饠嗔鸦顒?dòng).5.3構(gòu)造及地震活動(dòng)特性映秀—北川斷裂帶在地表和WFSD-1鉆孔巖心中出露寬度為100～240m,其斷層巖特征表明其是一條長(zhǎng)期活動(dòng)的斷裂帶(大地震斷裂帶的主滑移帶位置往往具有強(qiáng)烈的剪切摩擦作用,產(chǎn)生較高的摩擦熱,從物理上和化學(xué)上改變斷層泥和假玄武玻璃中的磁性特征(6不同巖性的磁化率本文通過(guò)對(duì)汶川地震斷裂科學(xué)鉆探工程2號(hào)鉆孔巖心的高分辨率磁化率測(cè)試,并結(jié)合巖性特征和顯微結(jié)構(gòu)觀察得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):(1)WFSD-2的巖性特征控制其磁化率的背景值,彭灌雜巖體的磁化率值比沉積巖高.彭灌雜巖體中火山碎屑巖的磁化率值較高,沉積巖中泥質(zhì)含量較高或顆粒較細(xì)的巖性的磁化率值較高.磁化率值和巖性特征表明4段彭灌雜巖體可能屬于不同的巖石單元,不同深度的須家河組沉積巖的地層歸屬可能不同,WFSD-2鉆孔巖心可以劃分成5套構(gòu)造巖片,其構(gòu)成疊瓦狀構(gòu)造.(2)WFSD-2鉆孔巖心中碎裂巖和斷層角礫巖的磁化率