SEISMOLOGY AND GEOLOGY ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (4): 1262-1291.DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.04.20240145
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HUANG Jian-hua1)(
), ZHANG Bo1)(
), DANG Jia-xiang2), ZOU Jun-jie3), HE Hong-lin2), ZHANG Jin-jiang1)
Received:2024-11-29
Revised:2025-01-20
Online:2025-08-20
Published:2025-10-09
黄建桦1)(
), 张波1)(
), 党嘉祥2), 邹俊杰3), 何宏林2), 张进江1)
通讯作者:
张波, 男, 1978年生, 副教授, 博士生导师, 主要研究方向为构造地质学和微观构造地质学, E-mail: 作者简介:黄建桦, 男, 1990年生, 现为北京大学构造地质学在读博士研究生, 主要研究方向为断裂构造与地震地质, E-mail: huangjianhua1002@126.com。
基金资助:HUANG Jian-hua, ZHANG Bo, DANG Jia-xiang, ZOU Jun-jie, HE Hong-lin, ZHANG Jin-jiang. THE WEAKENING, STRENGTHENING AND TRANSFORMATION MECHANISM OF BINARY MINERAL MIXTURES DURING COSEISMIC SLIP[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2025, 47(4): 1262-1291.
黄建桦, 张波, 党嘉祥, 邹俊杰, 何宏林, 张进江. 双相矿物介质断层泥在同震滑动过程中的弱化、 强化及其转换机制[J]. 地震地质, 2025, 47(4): 1262-1291.
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URL: https://www.dzdz.ac.cn/EN/10.3969/j.issn.0253-4967.2025.04.20240145
| 断层泥 类型 | 实验设备 | 实验温度 /℃ | 有效正应力 /MPa | 滑动速率 /μm·s-1 | 摩擦滑动特征 | 文献来源 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 滑石- 蛇纹石 | 高温高压 三轴实验机 | 200~400 | 100 | 0.01~1 | 少量滑石对蛇纹石断层泥具有弱化作用 | Moore等 ( |
| 滑石- 石英 | 高温高压 三轴实验机 | 200 | 100 | 0.01~1 | 石英-滑石断层泥在滑石含量为15wt%时表现出强度弱化的线性降低趋势,在更高含量时则表现出更显著的弱化效果。 | Moore等 ( |
| 伊利石- 石英 | 高温高压 旋转剪切 实验机 | 140~600 | 25~200 | 1~100 | 在250~400℃范围内伊利石-石英断层泥呈现滑动不稳定性和速度弱化行为,当石英含量增加时,速度弱化向更低温度移动。 | Den Hartog等 ( |
| 白云母- 石英 | 高温高压 旋转剪切 实验机 | 100~600 | 170 | 1~100 | 纯白云母断层泥表现出速度强化特征,而白云母-石英断层泥在350~500℃时表现出速度弱化型特征。 | Den Hartog等 ( |
| 滑石- 方解石 | 双轴直剪 实验机 | 室温 | 5 | 0.1~1000 | 少量滑石(约20wt%)的加入显著降低方解石断层泥的摩擦强度,并且从速度减弱型转变为速度增强型。 | Giorgetti等 ( |
| 石英- 黑云母 | 高温高压 三轴实验机 | 20~600 | 200~230 | 0.05~1.22 | 含有黑云母夹层的石英断层泥容易产生不稳定滑动,并且少量的黑云母夹层可显著降低断层强度。 | Lu等 ( |
| 方解石- 页岩 | 双轴直剪 实验机 | 室温 | 30~100 | 0.1~300 | 随着页岩含量的增加断层泥的摩擦强度和愈合率均呈现出下降的趋势,并且从速度减弱型转变为速度增强型。 | Ruggieri等 ( |
| 石英- 高岭石 | 三轴直剪 实验机 | 室温 | 40 | 0.3~3 | 非均质性的石英-高岭石断层泥比均匀混合的石英-高岭石断层泥呈现出强度和摩擦稳定性逐渐降低的趋势。 | Bedford等 ( |
| 滑石- 石英 | 双轴直剪 实验机 | 室温 | 10 | 0.66~2 | 随着滑石含量的增加,石英断层泥摩擦强度下降,并伴随着从速度减弱转变为速度增强型。 | Hirauchi等 ( |
Table1 Summary of the friction experiments using heterogeneous gouges
| 断层泥 类型 | 实验设备 | 实验温度 /℃ | 有效正应力 /MPa | 滑动速率 /μm·s-1 | 摩擦滑动特征 | 文献来源 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 滑石- 蛇纹石 | 高温高压 三轴实验机 | 200~400 | 100 | 0.01~1 | 少量滑石对蛇纹石断层泥具有弱化作用 | Moore等 ( |
| 滑石- 石英 | 高温高压 三轴实验机 | 200 | 100 | 0.01~1 | 石英-滑石断层泥在滑石含量为15wt%时表现出强度弱化的线性降低趋势,在更高含量时则表现出更显著的弱化效果。 | Moore等 ( |
| 伊利石- 石英 | 高温高压 旋转剪切 实验机 | 140~600 | 25~200 | 1~100 | 在250~400℃范围内伊利石-石英断层泥呈现滑动不稳定性和速度弱化行为,当石英含量增加时,速度弱化向更低温度移动。 | Den Hartog等 ( |
| 白云母- 石英 | 高温高压 旋转剪切 实验机 | 100~600 | 170 | 1~100 | 纯白云母断层泥表现出速度强化特征,而白云母-石英断层泥在350~500℃时表现出速度弱化型特征。 | Den Hartog等 ( |
| 滑石- 方解石 | 双轴直剪 实验机 | 室温 | 5 | 0.1~1000 | 少量滑石(约20wt%)的加入显著降低方解石断层泥的摩擦强度,并且从速度减弱型转变为速度增强型。 | Giorgetti等 ( |
| 石英- 黑云母 | 高温高压 三轴实验机 | 20~600 | 200~230 | 0.05~1.22 | 含有黑云母夹层的石英断层泥容易产生不稳定滑动,并且少量的黑云母夹层可显著降低断层强度。 | Lu等 ( |
| 方解石- 页岩 | 双轴直剪 实验机 | 室温 | 30~100 | 0.1~300 | 随着页岩含量的增加断层泥的摩擦强度和愈合率均呈现出下降的趋势,并且从速度减弱型转变为速度增强型。 | Ruggieri等 ( |
| 石英- 高岭石 | 三轴直剪 实验机 | 室温 | 40 | 0.3~3 | 非均质性的石英-高岭石断层泥比均匀混合的石英-高岭石断层泥呈现出强度和摩擦稳定性逐渐降低的趋势。 | Bedford等 ( |
| 滑石- 石英 | 双轴直剪 实验机 | 室温 | 10 | 0.66~2 | 随着滑石含量的增加,石英断层泥摩擦强度下降,并伴随着从速度减弱转变为速度增强型。 | Hirauchi等 ( |
| 实验编号 | 断层泥类型 | 环境条件 | σn/MPa | veq/m·s-1 | dfinal/m | μp | μss | Dc/m |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LHV2887 | 纯白云石 | 室温,干 | 1.01 | 1.0 | 30.55 | 0.89 | 0.19 | 2.90 |
| LHV2888 | 1.04 | 0.1 | 19.96 | 0.95 | 0.48 | 7.28 | ||
| LHV2889 | 含10wt%石英的白云石 | 室温,干 | 1.02 | 1.0 | 29.48 | 0.84 | 0.38 | 3.22 |
| LHV2890 | 1.03 | 0.1 | 19.92 | 1.00 | 0.55 | 6.23 | ||
| LHV2879 | 含20wt%石英的白云石 | 室温,干 | 1.00 | 0.0001 | 0.43 | 0.75 | ||
| LHV2883 | 1.00 | 0.01 | 5.92 | 0.87 | 0.47 | 4.05 | ||
| LHV2880 | 0.98 | 0.1 | 3.03 | 0.89 | ||||
| LHV2886 | 1.05 | 0.1 | 20.14 | 0.95 | 0.45 | 13.41 | ||
| LHV2881 | 1.02 | 0.5 | 21.74 | 0.93 | 0.33 | 11.75 | ||
| LHV2878 | 0.98 | 1.0 | 8.23 | 0.87 | ||||
| LHV2882 | 1.00 | 1.0 | 24.84 | 0.84 | 0.43 | 4.18 | ||
| LHV2884 | 含20wt%石英的白云石 | 室温,水饱和 | 1.02 | 1.0 | 30.62 | 0.24 | 0.07 | 8.29 |
| LHV2891 | 含30wt%石英的白云石 | 室温,干 | 1.01 | 1.0 | 30.98 | 0.86 | 0.15 | 13.34 |
| LHV2892 | 1.04 | 0.1 | 14.10 | 0.89 | 0.58 | 5.08 |
Table2 Summary of the friction experimental conditions and results for quartz-dolomite mixtures
| 实验编号 | 断层泥类型 | 环境条件 | σn/MPa | veq/m·s-1 | dfinal/m | μp | μss | Dc/m |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| LHV2887 | 纯白云石 | 室温,干 | 1.01 | 1.0 | 30.55 | 0.89 | 0.19 | 2.90 |
| LHV2888 | 1.04 | 0.1 | 19.96 | 0.95 | 0.48 | 7.28 | ||
| LHV2889 | 含10wt%石英的白云石 | 室温,干 | 1.02 | 1.0 | 29.48 | 0.84 | 0.38 | 3.22 |
| LHV2890 | 1.03 | 0.1 | 19.92 | 1.00 | 0.55 | 6.23 | ||
| LHV2879 | 含20wt%石英的白云石 | 室温,干 | 1.00 | 0.0001 | 0.43 | 0.75 | ||
| LHV2883 | 1.00 | 0.01 | 5.92 | 0.87 | 0.47 | 4.05 | ||
| LHV2880 | 0.98 | 0.1 | 3.03 | 0.89 | ||||
| LHV2886 | 1.05 | 0.1 | 20.14 | 0.95 | 0.45 | 13.41 | ||
| LHV2881 | 1.02 | 0.5 | 21.74 | 0.93 | 0.33 | 11.75 | ||
| LHV2878 | 0.98 | 1.0 | 8.23 | 0.87 | ||||
| LHV2882 | 1.00 | 1.0 | 24.84 | 0.84 | 0.43 | 4.18 | ||
| LHV2884 | 含20wt%石英的白云石 | 室温,水饱和 | 1.02 | 1.0 | 30.62 | 0.24 | 0.07 | 8.29 |
| LHV2891 | 含30wt%石英的白云石 | 室温,干 | 1.01 | 1.0 | 30.98 | 0.86 | 0.15 | 13.34 |
| LHV2892 | 1.04 | 0.1 | 14.10 | 0.89 | 0.58 | 5.08 |
Fig. 3 Least-squares fit(red solid curve)to the slip weakening behavior of a representative experiment of the quartz-dolomite mixtures with Equation(1).
Fig. 4 Friction coefficient-axial displacement-slip displacement curves for dolomite gouge with varying quartz content in medium slip velocity friction experiments(at a slip velocity of 0.1m/s).
Fig. 12 Comparison of steady-state friction coefficients between 20wt% quartz-bearing dolomite gouge and carbonate with single mineral phase at varied slip velocities.
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