摩擦系数作为断层滑动的重要参数, 对断层稳定性和地震危险性评估具有指示意义, 摩擦系数的获取是断层研究的重要内容之一。文中通过统计龙门山断裂带地表断层岩中的方解石机械双晶密度, 估算了断层岩所承受的历史最大差应力, 进一步计算了断层的滑动摩擦系数。统计结果显示, 断层岩中的方解石双晶密度随着与滑动面距离的减小呈现明显的升高趋势, 在破碎带内为(87.39±35)mm^-1, 在滑动面附近为(218.63±36)mm^-1, 计算得到的差应力分别为(182.28±25)MPa和(288.30±25)MPa, 该特征表明断层滑动面附近持续承受差应力。用于双晶统计的样品采集于灰岩质断层岩中, 以往的地质调查资料显示这些断层岩的历史最大埋深约为5km。综合上述深度和差应力值, 以及前人对该区域构造应力的研究结果, 计算得到龙门山断裂带在水平和逆冲滑动时的稳态摩擦系数分别为0.61和0.13。上述计算采用的应力值为断层岩所承受的历史最大应力, 因而给出的摩擦系数为稳态滑动摩擦系数的上限。该结果与实验观察结果及科学钻探研究结果一致, 表明通过机械双晶估算断层稳态摩擦系数的方法具有可行性。

为探究拉张变形特征与层理间距及加载方向的关系, 通过特定方式切割得到层理间距为2d、2 \sqrt{3}/3d、d的切面以及层面。通过巴西劈裂实验测定粉砂岩的抗拉强度, 利用DIC全场应变实验观察岩样不同方向的变形特征, 根据晶体空间分布理论分析粉砂岩岩样的微观结构特征。实验结果表明: 1)当加载方向与层理平行时, 随层理间距的减小, 其抗拉强度值为29.99MPa、26.56MPa、18.92MPa; 当加载方向垂直于层理时, 随层理间距的减小, 其抗拉强度值为32.76MPa、30.44MPa、27.77MPa, 说明抗拉强度值随层理间距减小而减小。当层理间距相同时, 垂直于层理方向的抗拉强度大于平行于层理方向的抗拉强度, 以上说明层与层之间的接触面为薄弱面。2)层面的抗拉强度值不受薄弱面控制, 而是与层面矿物排布有关, 当加载方向与矿物排布较密的方向相同时, 其抗拉强度较低, 说明当矿物排布存在明显的优选取向时, 也会影响其抗拉强度值。3)在层理间距相同的条件下, 当加载方向平行于层理方向时, 受拉区域集中在岩样中心线上, 随着应变增加受拉区域逐渐贯通形成连续的破裂面; 当加载方向垂直于层理方向时, 变形初期受拉区域较为分散, 但应变大致集中于层理方向, 随着应变增加, 破裂相互贯通; 当加载方向与层理方向斜交时, 横向受拉区域应变分布不规则, 呈现倾斜断续分布。4)当加载方向相同时, 应变集中带随着层理间距的减小而变密。

随着断层面形貌测量、 宇宙成因核素测年等技术的发展, 基岩断层面成为在基岩区古地震研究的良好研究对象。但是, 受沟谷侵蚀、 沉积覆盖和人为改造等非构造因素影响, 并非所有出露的基岩断层面都能完整记录和保存古地震信息。因此, 必须在基岩断层面上选择合适的研究点。传统的野外测量方法耗时费力, 难以掌握基岩断层面的整体信息, 即使通过高分辨率卫星影像也无法获得基岩断层面的精细结构。小型无人机航测(sUAV)采用低空摄影测量技术, 可快速获取基岩断层面高精度的地表三维结构, 为筛选目标工作点提供便利。文中以山西地堑系六棱山北麓断裂的马家窑基岩断坎为例, 采用小型无人机航测结合SfM摄影测量技术, 获得了基岩断层面的高精度三维地形数据, 通过精细地貌解译和断层坎剖面分析识别了沿断层坎分布的崩塌破坏、 沉积埋藏和侵蚀剥露等非构造因素, 分析了侵蚀、 埋藏和构造这3种典型的基岩断层面的形态特征, 选取了适合开展古地震研究的基岩断层面点, 展现了小型无人机在基岩区古地震研究工作中发挥的重要应用潜力。

2021年5月22日2时4分, 青海省果洛藏族自治州玛多县发生 M_S7.4 地震。震后一个月, 在对地震地表破裂带的展布和同震位移进行详细勘察后, 有针对性地沿地表破裂带不同部位(西段、 中西段、 中东段、 东段)布设了7条800~3 000m的跨断裂测线, 对土壤气Rn、 H₂、 Hg和CO₂进行浓度测量和气体采集, 并对采集样品进行了碳同位素和氦同位素分析。测量结果表明, 地表各破裂段土壤气浓度的最大值差别较大, 破裂带东、 西两端的气体浓度较高而中段气体浓度较低, 可能与断层不同分段的破裂方式和应力分量不一致有关。土壤气中H₂和Hg的浓度特征具有较好的一致性, 在地表破裂带内或紧邻处浓度较高。玛多 M_S7.4 地震的发震断层东端出现多条分支, 破裂具有复杂性。从土壤气浓度测量结果来看, 南支和北支断层的活动都较强, 但北支断裂土壤气逸出浓度的曲线形态特征和断层产状不一致, 可能与北支断裂地表破裂范围大且存在多条次级断裂有关。³He/⁴He测定结果表明, 研究区土壤气中的稀有气体主要为大气来源, 但δ¹³C测值和CO₂/³He计算结果显示玛多地震断层土壤气具有大气组分与地壳组分的混合特征。

大陆断层脆塑性转化带的强度和滑动稳定性一直是断层力学中研究的重点。从20世纪末起, 前人针对脆塑性转化带的摩擦和流变特性开展了大量实验和理论研究, 探究脆塑性转化带的强度和变形机制随温度、 压力、 滑动速率等因素的变化规律。文中总结了描述断层脆塑性转化带强度和稳定性的半定量经验方程和定量本构方程, 对比了各种模型的优缺点, 发现通过数值拟合方法得到的经验模型高估了断层脆塑性转化带的强度, 而基于微观物理机制的脆塑性转化带强度模型更符合自然条件下的断层摩擦行为。但现有的微观物理模型还需进一步考虑剪切带中纳米颗粒的动力学影响及不同类型的微观变形机制约束。

在滇西北地区多条断层进行了跨断层土壤气Rn、 H₂、 CO₂的浓度测量。测量结果表明, 同一测点断层土壤气浓度随时间没有发生变化, 不同断层的土壤气Rn和H₂浓度和分布特征差异较大, 两者浓度范围分别为6.18~168.32kBq/m³、 7.72~429ppm。红河断裂带北段较其他断裂, 气体逸出浓度较高, 显示断层活动性较强。红河断裂带北段和鹤庆-洱源断裂上不同测线的气体浓度差别较大, 显示断裂的分段性明显。土壤氢在断层(尤其是正断层和走滑断层)出露处的浓度一般都较高, 显示了氢气在揭露断层方面具有较好的指示意义, 土壤氡的气体浓度分布特点在分析断层运动特征方面具有较好的指示性。

金大定9年(1209年)浮山县城附近发生过6½级地震, 造成了大量的人员伤亡和财产损失, 许多专家学者推测浮山断裂可能是其发震构造, 但均未进行深入研究。浮山断裂位于山西断陷带临汾断陷盆地东侧, 为临汾断陷盆地和太行山断块隆起区的分界断裂, 前人对其研究较少。文中针对浮山断裂的晚第四纪活动和位移速率开展定量研究。首先, 对浮山断裂前交村一带进行遥感解译、 开挖断裂面、 采集并测试断错地貌年代学样品, 获取地质地貌体的形成时代, 确定该断裂最新一期的地层错断事件晚于距今7ka, 为全新世活动断裂, 具备发生7级及以上地震的能力。浮山断裂距今17ka(晚第四纪)以来共发生2期较为明显地层错断事件: 第1期发生于距今17~7ka期间, 造成了2.04m的地层错断量, 平均位移速率为0.2mm/a; 第2期发生于距今7ka以来, 造成了3.93m的地层错断量, 平均位移速率为0.56mm/a。晚更新世以来, 浮山断裂的位移速率有增大的趋势, 未来的地震危害性值得关注。之后使用陆基LiDAR扫描获取浮山断裂乔家坡村基岩断面(与前交村断面相距4.5km)的形貌数据, 采用各向同性变差函数法计算了断层面形貌的分维值并划分了形貌风化条带, 确定浮山断裂晚第四纪以来的2期地层错断事件造成的断错量由老到新分别为3.18m和2.51m。研究表明, 基岩断层面分形法是研究基岩区古地震事件期次的有效方法, 其地层错断事件划分和第四系断裂面错断事件的划分结果一致。最后, 文中对1209年浮山6½级地震的发震构造进行了探讨, 认为浮山地震的发震构造为浮山断裂的可能性最大。但由于缺少年代下限且仅有的上限年代与历史地震时间相距甚远, 需要对该断层开展更为详细的调查研究, 以确定是否存在年代更新、 震级相当的古地震事件。

脆塑性转化带对于研究岩石圈变形、 断层强度和变形机制以及强震的孕育和发生具有重要意义。 文中采用汶川地震震源区彭灌杂岩中具有代表性的细粒花岗岩样品, 在固体压力介质三轴实验系统上开展了高温高压非稳态流变实验研究。 实验设计模拟了汶川地震区地壳10~30km深度的实际温度和压力, 温度为190~490℃, 压力为250~750MPa, 应变速率为5×10^-4s^-1, 利用扫描电镜对实验样品进行微观结构观察。 实验力学数据、 微观结构及变形机制分析表明, 在相当于地壳浅部10~15km深处的低温低压条件下, 表现为应变强化, 样品具有脆性破裂-半脆性流动的变形特征; 在相当于地壳15~20km的深度条件下, 随着应变量增加, 应力趋于稳态, 样品具有脆塑性转化特征; 在相当于地壳20~30km的深度条件下, 样品具有塑性流动特征。 当样品处于半脆性域时发生非稳态流变, 主要变形机制为碎裂作用, 同时激活了动态重结晶作用、 位错蠕变等塑性变形机制。 样品强度随着深度不断增大, 在深度为15~20km时达到极大值, 深度为20~30km时强度逐渐减小。 因此, 花岗岩的强度随深度的变化规律与微观结构及变形机制均表明, 在实验温度和压力条件下, 花岗岩具有非稳态流变特征, 在15~20km深处, 龙门山断裂带处于脆塑性转化带, 花岗岩强度达到最大值, 该深度与汶川地震的成核深度一致, 显示出彭灌杂岩的强度和变形对汶川地震的孕育和发生具有控制作用。

地震精定位结果显示, 大陆地震多数集中于大陆地壳的多震层内, 该多震层向下收敛于中部地壳的脆塑性转化带。 地壳脆塑性转化带的主要成分为花岗质岩石, 前人通常用石英-斜长石的组合代替花岗岩进行变形研究, 反演转化带的深度和变形特征, 并且认为花岗岩的变形强度由弱项矿物——石英的塑性变形控制。 近年来, 实验和野外研究均表明钾长石的变形强度高于石英和斜长石。 大应变量变形实验和野外韧性剪切带的研究结果显示, 在中地壳脆塑性转化带内, 钾长石变形以脆性破裂为主, 斜长石和石英通常表现为动态重结晶。 因此, 用石英和斜长石的组合体代替花岗岩来反演断层的变形特征, 无法全面、 真实地解释断层深部脆塑性转化带的变形特征。 文中总结了花岗岩在野外和实验变形条件下的研究结果, 并分析了花岗岩的主要组成矿物——石英、 斜长石和钾长石的变形特征以及其温压条件的不同步性, 讨论了断层深部脆塑性转化带的失稳条件。

文中总结了基岩断层带黏滑与蠕滑的地质标志与岩石力学实验证据，分析了控制黏滑与蠕滑的物理机制。断层带内的矿物组成、矿物变形机制、流体作用和断层带变形方式等是控制黏滑与蠕滑的主要因素。富含黏土矿物的断层泥具有速度强化型摩擦滑动，控制着断层蠕滑，而以方解石、石英、长石及辉石等造岩矿物为主的断层泥在大陆浅源地震的震源深度条件下具备黏滑条件。脆性破裂伴随的扩容过程是断层黏滑的必要条件，而压实、碎裂和塑性剪切变形形成的叶理和小褶皱对应于蠕滑。在流体作用下，压溶使孔隙和微裂隙愈合，有利于断层强度的恢复和断层闭锁，既是断层发生不稳定滑动的根源，也是断层带局部存在高压流体的条件，而在流体作用下的退变质反应与水解反应生成黏土矿物和层状及环状硅酸盐矿物，不仅降低了断层带的强度，还导致断层向蠕滑转变。断层带内均匀分布多个剪切面和较宽的变形带对应于蠕滑，局部化的R剪切及Y剪切、窄变形带和摩擦镜面对应于黏滑。

脆-塑性转化带被认为是确定大陆地壳地震深度下限的关键层位。脆-塑性转化带的深度和变形机制除受温度控制外，应变速率和流体压力对其也具有显著影响，而应变速率与流体压力变化通常被认为与地震周期中不同的变形阶段相关。文中对采集自红河断裂的碎裂岩样品开展了显微结构观察与分析。利用偏光显微镜、扫描电镜和能谱仪，系统观测了样品中主要矿物的形态、微观变形特征、矿物组合、矿物水-岩反应、压溶、出溶、裂隙充填与变形特征；利用电子背散射衍射（EBSD）实验数据对样品中主要矿物的组构进行了研究与分析。基于此，研究了震后松弛阶段断层脆-塑性转化带的变形特征。根据红河断裂碎裂岩的变形机制分析，并结合前人研究，将断层脆-塑性转化带在震后松弛阶段的变形特征概括为脆性碎裂与裂隙愈合。高应力和高应变速率导致岩石中长石等高强度矿物继续发生脆性碎裂，石英、云母等低强度的矿物发生塑性变形。在流体作用下，裂隙由石英或方解石充填而被愈合。随着应力逐渐积累，裂隙中石英和方解石等矿物由静态重结晶向动态重结晶转化。随着裂隙愈合和应力积累，断层强度逐渐增加，为下一次地震孕育积累能量。

1695年5月18日（清·康熙三十四年四月初六）戌时山西临汾发生大地震。《中国历史强震目录》（1995）确定其震中位于36.0°N，111.5°E，震中位于今襄汾县张礼村和临汾尧都区东亢村之间偏北处，震中烈度为Ⅹ度。综合前人对该地震的研究，推测其发震构造可能为郭家庄断层。在临汾市档案馆、临汾市地震局等配合下，详细查阅了临汾古城及其周围地区在此次地震中受损情况的第一手资料，并在此基础上勾绘了1695年临汾大地震等震线图。经相关专家论证，认为"1695年临汾大地震宏观震中定在临汾市老城东关一带、震中烈度调整为Ⅺ度、等震线长轴方向为NWW向"更为合理。后在执行"临汾市活断层探测和地震危险性评价"项目过程中，在上述临汾大地震宏观震中区附近发现地震断层露头，在垂直该露头断层走向布设浅层地震测线和排钻施工，结果发现，郭家庄断层、刘村断层组成的右列阶区和罗云山断层（龙祠段）共同参与了1695年临汾大地震，其交叉部位应为此次地震的微观震中，基本可以认定这3条断裂为此次地震的发震构造。另外，该地区的地震地质遗迹（滑坡、地震地裂、喷砂管等）主要分布于郭家庄断裂上盘，从侧面证明该地震遗迹是郭家庄断裂1695年"活动"的产物。

采用干燥和含水Carrara大理岩样品，在温度400~700℃、围压300MPa、应变速率10^-4/s和10^-5/s条件下开展了轴向压缩实验。利用傅里叶变换红外光谱仪，测试了实验样品中的水含量，通过偏光显微镜、扫描电镜与能谱分析了实验变形样品的微观结构。实验力学数据表明，在400℃时，样品表现为应变强化特征；在500~700℃条件下，样品转变为稳态流变。样品强度随温度增加而降低，随应变速率降低而降低；而水对大理岩强度的影响不显著。微观结构分析表明，在400℃时，大理岩以脆性破裂为主，含水样品局部出现压溶。在500℃时干样品和含水大理岩处于脆塑性转化变形域。干样品在600℃时变形以位错滑移为主，而干样品在700℃时和含水样品在600~700℃时，以位错攀移和动态重结晶为主要变形机制。较低的应变速率和较高的水含量促进了压溶作用和动态重结晶。

在高温高压条件下开展了天然角闪岩样品的变形实验研究, 并且利用偏光显微镜和扫描电镜对实验样品进行微观结构观察, 研究了在不同的温压和应变速率条件下角闪石的变形机制。实验结果表明, 随着温度升高, 样品的应力-应变曲线由强化逐渐转化为屈服, 并且出现弱化, 样品强度显著降低, 随着围压增加, 样品强度增大, 随着应变速率降低, 样品强度降低, 压缩方向与样品面理斜交的实验样品强度显著降低。实验变形样品在500℃时, 角闪石表现为晶内破裂和碎裂变形, 其变形以脆性为主导;在600℃时, 样品中发育由角闪石残斑和碎裂基质构成的碎裂组构, 部分角闪石晶体出现了波状消光, 角闪石以碎裂变形为主, 局部具有塑性变形的特征;在700℃时, 样品以晶体扭折变形为主, 局部出现脱水和细粒微晶, 并且含有微破裂, 显示了样品以晶体扭折变形为主, 含有微破裂, 样品变形处于脆-塑性转换域;在800℃时, 样品中基本没有发现明显的脆性变形, 样品以动态重结晶作用为主, 角闪石出现脱水。因此, 在实验温压范围内, 在500℃→600℃→700℃→800℃条件下, 角闪石变形机制表现为脆性破裂→碎裂流动→晶体扭折→动态重结晶和脱水作用, 显示了角闪石经历了脆性—脆-塑转化—塑性变形的变形机制。

地壳深部岩石普遍存在变形组构，花岗质岩石中的变形组构不仅影响岩石强度，而且对后期变形具有显著控制作用。近年来，先存组构对各向异性岩石的流变强度影响成为高温高压实验研究的热点之一。文中对前人给出的各向异性岩石（包括云母片岩-片麻岩、石英-钙长石均匀混合体与层状组构样品）半脆性-塑性流变实验数据进行了重新整理与分析，结合作者开展的不同组构条件下花岗片麻岩与糜棱岩流变实验结果，讨论了先存组构对各向异性岩石流变强度的影响。实验数据表明：1）各向异性岩石的面理与最大主应力方向的角度是影响强度的主要因素。在半脆性破裂域，样品压缩方向垂直于面理（PER）和平行于面理（PAR）的强度基本相同，在压缩方向与面理呈30°夹角时，岩石破裂强度最小；在塑性流变域，垂直于面理方向的强度显著高于平行于面理方向的强度，当面理与最大主应力方向的角度为45°时，岩石强度最小。2）后期变形对原有组构的继承与改造程度，决定了各向异性岩石强度高低。3）样品中矿物的含量、分布与粒度对各向异性岩石强度有显著影响。理论模型预测结果与云母片岩实验结果比较吻合，但其他类型各向异性岩石的流变比理论模型结果要复杂得多。因此，进一步开展具有先存组构的各向异性岩石的流变实验，并将实验变形与实际地质条件下更为复杂的岩石变形进行对比分析，是认识各向异性岩石流变和变形机制最有效的方法。

汶川地震发震断层为高角度逆断层，这种断层滑动和发生强震需要断层深部具备特殊的力学条件。发震断层地区地表出露若干韧性剪切带，其中不同类型石英变形具有不同的变形温度。细粒糜棱岩中的石英表现为高温位错蠕变，变形温度为500～700℃；含残斑初糜棱岩中的石英表现为中温位错蠕变，其变形温度为400～500℃；早期石英脉中的石英表现为低温位错蠕变，变形温度为280～400℃；晚期石英脉以碎裂变形为主，其变形温度为150～250℃。石英的这些变形特征显示出断层带经历了多期脆-塑性转化。根据糜棱岩中的重结晶石英的粒度估计的断层塑性流动应力为15～80MPa。石英和长石内的微量水以晶体缺陷水、颗粒边界水和流体包裹体水的形式存在，水含量随岩石的应变增加而升高，变化范围为0.01～0.15wt%。断层脆-塑性转化带内石英含有大量与裂隙愈合相关的次生流体包裹体，其捕获温度为330～350℃，流体压力为70～405MPa，估计的流体压力系数为0.16～0.9，代表强震发生后，断层带内产生的大量微裂隙逐渐愈合过程中的流体特征。在考虑断层带流体压力和应变速率变化条件下，利用石英流变参数建立了从间震期到地震成核阶段断层脆-塑性转化带流变结构和震后快速蠕滑阶段断层脆-塑性转化带流变结构。结果表明，在间震期、地震成核阶段、震后快速滑动阶段，断层强度和脆-塑性转化深度随应变速率和流体压力变化而变化，且脆-塑性转化特征与石英的变形机制、断层速度弱化和强化转化深度、汶川地震震源深度等吻合，显示映秀-北川断层具备摩擦滑动速度弱化和地震成核的基础，而断层带内存在高压流体可能是触发高角度逆断层滑动和汶川地震发生的主要机制。

1996年丽江M_S 7.0地震的余震深度分布明显具有时间依赖性，主震发生后短时间内余震震源深度较深，随着时间的延续，余震震源深度变得越来越浅。余震的这种深度分布受地壳脆塑性转化带深度控制，而脆塑性转化带的深度变化与地震前后断层的应变速率有关。由震后GPS地表变形数据得到的地表变形模型表明，震后地表变形主要来自地壳深部，震后滑动与地壳深部弹性松弛有关。根据鲜水河断层地表的滑动数据和按Marone’s（1991）给出的方程确定的震后滑动模型，估计的应变速率显示，主震发生后应变速率较高，随时间延续，应变速率逐渐下降。基于地壳P波速度结构和利用热流数据估计的丽江地区地壳温度，采用含水石英的塑性流变参数，估计了中地壳脆塑性转化带深度随震后应变速率的变化。结果表明，主震震源深度与余震深度分布下限与中地壳脆塑性转化带的深度随时间变化趋势一致。由于断层的震后快速滑动致使断层带深部具有很高的应变速率，高应变速率引起断层脆塑性转化带深度下移，主震之后短时间内发生了较深的余震；随着震后时间的延续，断层逐渐进入蠕变阶段，断层滑动速率逐渐减小，地壳应变速率逐渐降低，断层脆塑性转化带也逐渐恢复到间震期的深度，相应余震深度随之变化。因此，余震分布的深度变化是中地壳流变结构和脆塑性转化带深度变化的直接反映。

基性麻粒岩流变实验研究对认识大陆下地壳流变、板内构造变形和强震孕育等具有重要意义.大量基性岩流变实验数据表明,基性麻粒岩流变实验研究集中在单相矿物和两相矿物集合体,对天然基性麻粒岩流变研究很有限.基性麻粒岩流变实验结果的影响因素众多,除了实验条件(如温度、压力、应变速率)外,实验样品的矿物组分、样品颗粒粒度、微量水、熔体、矿物反应等都会影响其流变特性,这导致实验结果的复杂性.因此,根据单相或两相矿物集合体流变讨论大陆下地壳流变结构时,存在很多不确定性,不能满足下地壳流变研究的实际需求.而根据端元组分流变参数和经验方程估计由多相矿物组成的麻粒岩的流变强度,只是一种简单近似,无法完全取代麻粒岩流变实验研究.因此,开展多相矿物基性麻粒岩的流变实验,以获得更接近真实大陆下地壳流变的实验数据,并且用于定量研究下地壳流变,是大陆下地壳流变实验未来发展的方向.在基性麻粒岩流变实验研究中存在的科学问题与技术难题是多相矿物流变、高温部分熔融的影响、矿物反应-流变相互作用,这些问题都有待通过高温高压流变实验进行深入研究.

在总结岩石变形机制与岩石流变学实验进展的基础上,讨论了岩石流变学数据的重复性。虽然高温高压流变学实验积累了大量的数据,但中、上地壳长英质岩石和早期获得的石英集合体的流变实验数据重复性比较差,而近年来发表的石英、长石的流变学实验数据重复性相对较好。虽然利用经验理论模型,根据端元组分可以拟合两相矿物集合体的流变律,但并不能满足定量确定复杂组分和特殊流变性的长英质岩石流变参数的需要。因此,利用长英质岩石流变参数估计大陆地壳流变强度剖面时,即使在相同地温和应变速率条件下,给出的流变曲线、脆-塑性转化带深度也有一定差别,还需要通过大量实验给出更精细的长英质岩石流变学实验数据。根据近年来流变学实验研究的新进展,讨论了在实验室条件下影响长英质岩石流变的各种因素,重点分析了流体、岩石成分、样品粒度和组构对流变的影响。微量结构水对岩石流变有显著的弱化作用,而熔体对流变的影响与熔体含量和分布相关,只有熔体呈薄膜状湿润颗粒边界时,熔体的弱化作用才显著。成分对岩石流变的影响不仅体现在样品的应力指数等流变参数的变化方面,还体现在样品从半脆性变形向塑性变形的转化温度方面。粒度主要影响岩石的变形机制,其中,细粒样品在扩散蠕变域具有应力与粒度线性负相关特性,是理想的应力计,可以用来定量确定韧性剪切带的流变强度; 而在位错蠕变域,应力与粒度没有依存关系,这为将实验室条件得出的流变数据外推估计地壳流变提供了重要依据。组构和各向异性是地壳中岩石存在的普遍现象,但关于层状组构对多相矿物组成的岩石流变影响的研究非常少,需要通过新的实验来深入研究。

野外、实验和地震数据表明:浅部地壳的变形以脆性破裂为主,深部地壳的变形以晶体塑性流动为主。在这种认识的基础上,提出了地壳变形的2种机制模型,即发生脆性变形的上部地壳强度基于Byerlee摩擦定律以及发生塑性变形的下部地壳强度基于幂次蠕变定律。而位于其间的脆塑性转化带的深度与浅源地震深度的下限具有很好的一致性。然而,二元结构的流变模型局限性在于其力学模型过于简单,往往过高估计了脆塑性转化带的强度。问题的根源在于对脆塑性转化带的变形机制的研究已有很多,但没有定量的力学方程来描述脆塑性转化带强度;而且以往对断层脆塑性转化带的研究主要集中在温度引起的脆塑性转化方面,对因应变速率和流体对脆塑性转化的影响方面的研究也比较薄弱。对断层带内矿物变形机制研究表明,某些断层带脆塑性转化发生在相同深度(温度和压力)内,发生脆塑性转化的原因是应变速率的变化,而这种变化被认为与地震周期的同震、震后-间震期蠕变有关,这种变化得到了主震-余震深度分布变化的证实。对断层流体特征分析表明,断层带内可能存在高压流体,这种高压流体会随断裂带的破裂及愈合而周期性变化,在地震孕育及循环中起着关键性作用。高压流体的形成(裂隙愈合)有多种机理,其中,压溶是断层带裂隙愈合的主导机制之一。研究在水作用下的压溶,可以对传统的摩擦-流变二元地壳强度结构及其断层强度进行补充与修正。通过以上分析,认为有必要通过野外变形样品和高温高压实验,深入研究应变速率及流体压力对断层脆塑性转化的影响,同时,通过实验建立压溶蠕变的方程,近似地估计脆塑性转化带的强度。

5.12汶川地震同震地表破裂带在虹口八角-深溪沟一带主要出露于三叠系须家河组的炭质泥岩中,同震断层泥在颜色、结构上与老断层泥和围岩类似。通过开挖探槽,系统采样,采用粉晶X射线衍射定量分析方法,研究了同震地表破裂带的围岩、断层角砾岩、老断层泥和新断层泥的矿物成分特征。同震断层泥的主要成分为石英和黏土矿物,含微量长石和白云石;断层泥的显著特征为高黏土矿物含量,从同震断层泥、老断层泥、角砾岩到围岩黏土矿物含量依次降低,黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主,含微量绿泥石和高岭石,矿物组成明显比地表破裂带北段同震断层泥简单。不同颜色的同震断层泥成分略有不同,黑色断层泥中伊利石含量明显高于白色断层泥;老断层泥中含有方解石和白云石,而同震断层泥不含方解石,只含微量白云石。同震断层泥中伊蒙混层高含量表明,在本次地震错动中有富含K的流体参与。

超前地质预报关系到隧道施工的安全和进度。实践表明,采用基于人工地震反射法的TSP203超前预报系统(以下简称TSP203系统),并结合其它探测手段的综合预报方案能较好的实现超前地质预报,并可兼顾隧道施工特点和成本。文中介绍了TSP203系统的基本工作原理,并通过该系统在大瑶山铁路隧道的应用实例,说明该系统在复杂地质条件下的具体应用情况。结合多年现场实际操作经验着重分析了预报误差产生的主要原因:客观上由于岩性和构造面本身的复杂性以及TSP203系统的局限性,该系统探测与隧道轴向大角度相交的近平面状的结构面较适合,小角度或者平行结构面则不适合,探测溶洞和地下水有较大难度;主观上与操作人员的运用水平密切相关。提出了提高数据采集精度以及结合实际地质情况和其它物探方法提高对反射体解释能力的建议。

固体介质压力标定一般分为2方面。其一是轴压标定,最有效的方法是轴压活塞反复前进和后退,根据活塞循环来获得摩擦力的大小,其中有2个关键环节:1)活塞和样品接触点的确定;2)动摩擦力的确定。其二是围压标定,最有效的方法是利用矿物相变,适用于固体压机压力标定的相变有:石英-柯石英相变、钠长石-硬玉+石英相变,其适合温压范围分别为:500～1200℃、2.5～3.2GPa,600～1200℃、1.6～3.2GPa。我们对2GPa固体介质高温高压实验设备进行了轴压标定,在不同温度、围压、活塞速率等条件下进行了实验,结果表明:围压、温度、活塞运动速率等因素都对动摩擦力有不同程度的影响。因此,轴压标定应该针对不同的实验条件分别进行。

研究表明,干的基性下地壳处于半脆性摩擦与半脆性流变的过渡状态,因此,文中采用多种基性岩样品进行了干的和含水基性岩的脆塑性转化实验,以深入理解大陆下地壳的力学性质。实验围压450～500MPa,应变速率1×10^-4s^-1。实验结果表明,济南辉长岩(样品C)、延庆辉绿岩(样品D)和含水辉绿岩从300℃到900℃经历了脆性破裂、碎裂流动、半脆性流动和塑性流动几个变形域,而细粒攀枝花辉长岩(样品A)和中细粒攀枝花辉长岩(样品B)从700℃到900℃经历了半脆性流动和塑性流动2个变形域。干的辉长岩样品比干的辉绿岩样品发生脆延性转化的温度高100℃;所有干的基性岩样品的脆塑性转化都发生在700℃,但半脆性流动域变形微观结构有差别,辉绿岩中斜长石和辉石发生了细粒化,并存在强烈的定向,形成初糜棱岩结构,辉长岩样品的细粒化和定向特征不明显。干的基性岩在以位错滑移为主的高温塑性流变域的强度和微观结构基本相同。水对基性岩脆塑性转化的影响体现在岩石的强度和脆延性与脆塑性的转化温度两方面。在实验温度范围内,含水辉绿岩样品的强度远小于干的辉绿岩和辉长岩样品的强度,含水辉绿岩发生脆延性转化和脆塑性转化的温度比干的辉绿岩低了100℃,比干的辉长岩低了200℃,而进入塑性变形域的温度则更低。

文中概述了超高压变质岩在静水压条件下的形成温压范围和存在的问题,并重新整理和分析了Hirth等(1994)在差应力条件下石英向柯石英转化的高温高压实验数据。结果表明,存在较大差应力的条件下柯石英出现需要的围压(1.20～1.25GPa),远小于静水压下的围压(2.5～3GPa),显然差应力的影响是显著的。榴辉岩中部分石榴石存在塑性变形,这表明在碰撞造山的构造环境中构造差应力是客观存在的,而构造差应力的上限受岩石强度制约。因此,差应力在超高压变质岩的形成过程中起到了重要作用,而系统地进行高温高压实验研究是深入探讨这一问题必要而有效的方法之一。

岩石流变参数和变形机制是根据断层摩擦和岩石幂次流动本构关系建立岩石圈强度剖面的基础.近30年来,高温高压实验取得了很大进展,获得了大量地壳矿物和岩石流变资料.本文系统总结了这些流变实验资料,并应用流变数据结合地震震源深度分布,对华北地壳流变性质进行了研究.结果表明,以花岗岩和低级变质岩为代表的上地壳为脆性破裂,其强度受断层摩擦约束,以长英质片麻岩为主的中地壳和以中性麻粒岩为主的下地壳上层处于塑性流变状态,由干的基性麻粒岩组成的下地壳下层处于脆性向塑性流变的过渡状态.华北地壳的这种物质组成和流变为地壳不同层次的解耦和强震孕育提供了力学条件,也构成了不同尺度块体的底边界.

京津唐张地区普遍存在壳内低速层,鄂尔多斯块体内部没有发现低速层,壳内低速层的这种分布受新生代裂陷伸展的控制.华北地区中地壳下部和下地壳低速层是岩石塑性流变的结果,中地壳上部低速层是地壳裂陷伸展时形成的水平拆离带和韧性剪切带,岩石各向异性和流体作用可能是引起低速的原因.壳内软弱层(低速和塑性流变层)增强了块体层间的解耦作用,对地震孕育起着重要作用.

在岩石高温高压三轴变形实验中达到岩石的极限强度之后,岩样的宏观几何变形显著增加,几何变形成为表观应力与真实应力之间出现较大偏差的主要原因。针对此问题,假定岩样从圆柱体变形成为桶形体,在一些理想假设前提下,给出了高温高压条件下三轴实验中,当试样出现半延性-延性行为时,应力曲线的一种修正方法。

岩石脆延性转化(brittle-ductile transition)和脆塑性转化(brittle-plastic transition)是不同的概念。脆延性转化指从岩石的局部变形破坏到宏观均匀流动变形的转化,它与宏观结构和力学行为的变化相关。脆塑性转化指脆性向晶体塑性变形的转化,它与力学行为和微观机制的变化相关。通过地壳中最主要的石英、长石的实验室和野外变形温压条件对比发现,达到相同的变形特征,在实验室和野外所需温压条件不同。建立变形机制图使解决这一矛盾成为可能。但受实验资料的限制,目前几种主要岩石的变形机制图还无法建立。因此,通过对实验与自然环境下变形特征及微观机制对比,找出两者温压条件的差别,就成为将实验研究结果外推解决实际地质问题的有效途径。

以塑化松香和干凝滑石粉浆分别作为岩石圈延性下层(下地壳及岩石圈地幔)和脆性上层(上部地壳)的相似材料,就亚洲中东部大陆在板块边界推挤作用下的构造变形进行了模拟实验。初步结果表明,本地区在印度板块和菲律宾海板块的推挤下,形成两个塑性流动网络系统,它们控制了岩石圈上层构造变形,在分布格局上大致与地震的网络状分布相对应;东北部可能存在另一规模较小、作用较弱的驱动边界及相应的网络系统,由于它的影响,导致华北北部构造带和地震带的扭曲。实验还表明,大型压性盆地的形成与岩石圈下层稳定块体的存在有关。