地質(zhì)專業(yè)外文翻譯---從小斷層的顯微構(gòu)造研究斷層的延伸和分離（譯文）

1、J.M.弗米利耶，C.H.肖爾茨/構(gòu)造地質(zhì)學雜志 21（1999）1623 — 1636中文 中文 9800 字從小斷層的顯微構(gòu)造研究斷層的延伸和分離米弗米利耶*，克里斯托福肖爾茨美國,紐約州 10964 號，哥倫比亞大學，寶馬山花園，拉蒙特多赫蒂地球天文臺1997-12-2 收稿;1999-5-12 接受摘要自然形成的斷層通常是斷開的。對紐約阿爾斯特縣雄格姆山一個小脆性斷層微觀構(gòu)造的詳細研究提供了研究斷層分離過程新的理解。在脆性斷層中

2、斷層的延伸方向可由斷層作用范圍內(nèi)形成的微裂隙的方位來確定。我們已經(jīng)確定沿走滑斷層若干部分斷層延伸的方向，這些方向指示了從分離中心到邊緣個別部分斷層的發(fā)育。這一信息，與已發(fā)現(xiàn)的斷層幾何形態(tài)相結(jié)合，可以讓我們重建一個近乎合理的分離斷層和分離邊界的發(fā)育史。Elsevier 科技有限公司保留所有版權(quán)。1. 引言 引言對斷層易碎部分的觀察揭示了它們是很復雜的系統(tǒng)，其中包括顯示不同連通程度部分（如西格爾和波拉德，1980,1983；馬特爾等，198

3、8；皮科克，1991;皮科克和桑德森，1991,1994；安德斯和 Schlische，1994 年; Trudgill 和卡特賴特，1994；卡特賴特等，1995； Dawers 和安德斯，1995） 。雖然分離斷塊間應力的相互作用已經(jīng)模擬出來了（如西格爾和波拉德，1980；伯格曼和波拉德，1994；伯格曼等，1994）并且在這一區(qū)域各部分邊界已經(jīng)被研究了（馬特爾等，1988 年；安德斯和 Schlische，1994；卡特賴特等，

4、1995；哈金斯等，1995）但是對各部分形成的過程還沒有很好的認識。斷層的分離部分(觀察到的分離的幾何形態(tài))可能是先存的分離部分或先存較大構(gòu)造的破裂造成的。斷層生長產(chǎn)生兩個變形區(qū)：由斷層面和磨碎的巖石組成的斷層核部，以及被稱為破碎帶(凱恩等，1996)大量廣泛分布的變形區(qū)。這兩個變形區(qū)紀錄了補充斷層發(fā)育的證據(jù)。結(jié)合對變形帶和部分邊界的幾何形態(tài)的觀察可以重建斷層各部分形成的方式。斷層發(fā)育的研究通常利用到剪切裂隙來模擬斷層（如西格爾和波拉

5、德，1980；科維和肖爾茨，1992；肖爾茨等，1993） 。雖然裂隙（理想化彈性不連續(xù)的）與斷層區(qū)別顯著（巖石構(gòu)造的不連續(xù)，平行于不連續(xù)區(qū)的位移）但應力與剪切裂縫和斷層相關(guān)領(lǐng)域類似（恩格爾德等，1993） 。自然界斷層發(fā)育的實際模式必須區(qū)別于實驗室的觀察，因斷層不像裂隙，它不是簡單的沿破裂面延伸，而是由一個更為復雜的破J.M.弗米利耶，C.H.肖爾茨/構(gòu)造地質(zhì)學雜志 21（1999）1623 — 1636Ingraffea，1987；

6、里奇斯舒和洛克納，1994；弗米利耶和肖爾茨，1998） 。過程區(qū)微裂隙形成于斷端線周圍的巖石中，并且隨著斷層的生長在其延伸前端處于活動狀態(tài)。其結(jié)果產(chǎn)生了圍繞斷層核心的連續(xù)過程區(qū)（弗米利耶和肖爾茨，1998） 。由于開放模式微裂隙在長度方向的生長平行于最大壓應力的方向δ1，擴張方向平行于最小壓應力δ3，它們的方位是當?shù)刂鲬Ψ较虻闹匾甘?。因此，過程區(qū)內(nèi)微裂隙的方位代表裂隙尖端應力場的通道（弗米利耶和肖爾茨，1998） 。由斷層延伸引起

7、的本地應力場的改變可能導致過程區(qū)微裂隙不對稱分布（肖爾茨等，1993；安德斯和維爾奇科，1994；摩爾和洛克納，1995；弗米利耶和肖爾茨，1998） 。對于模式 II（滑動，剪切位移）遠部最大壓應力在裂隙尖端附近旋轉(zhuǎn)以使其與斷裂面在壓縮象限夾角變小，在拉伸象限夾角變大（圖 1） 。這樣產(chǎn)生了不對稱應力貫穿整個裂隙面。這種不對稱感不僅依賴于滑移的感覺，而且也取決于裂隙從尖端到觀察點延伸的方向。對于右旋位移，從延伸的方向看，主應力及相關(guān)微

8、裂隙最大聚合處會在裂隙右手側(cè)旋轉(zhuǎn)至較大角度，在裂隙左手側(cè)旋轉(zhuǎn)至較小角度。圖1 所示應力的方向肖爾茨等（1993 年）已計算出來，他們利用了科維和肖爾茨的斷層發(fā)育模型的壓力極限原理（科維和肖爾茨，1992） ，裂隙尖端應力場附近彈性解（如勞恩和威爾肖，1975） ，及實證擴容壓力功能（肖爾茨，1968） 。提出的假設(shè)是裂隙會出現(xiàn)在應力超過臨界擴容壓力的所有點上。累計微裂隙密度，代表垂直斷層任意給定距離的斷端線的通道，它是通過融合平行于斷層

9、的那個距離上整個斷端線應力場來估計的，并乘以經(jīng)驗擴容壓力函數(shù)的最大壓力值。這些計算值預示微裂隙密度成對數(shù)遞減，作為與斷層面垂直距離的函數(shù)。應力方向的不對稱性是伴隨著最小壓應力值的不對稱及拉應力象限較高拉應力。這種不對稱微裂隙被稱為模式 II 鮮明特點，它們也能確定模式 II 斷層的眼神方向（弗米利耶和肖爾茨，1998） 。雖然模式 II 裂隙延伸應力場的方向在整個裂隙面內(nèi)不對稱，但模式 I 和模式 III裂隙的應力方向是對稱的。因此，不

10、能通過微裂隙方位的觀察簡單確定這些模式延伸的方向。對于所有模式周圍的遠程壓力在裂隙尖端被大大擴大了，這些高應力尖端的通道預計可產(chǎn)生過程區(qū)，過程區(qū)在斷層延伸后仍處于活躍狀態(tài)（波拉德和西格爾，1987；弗米利耶和肖爾茨，1998） 。巖石可能經(jīng)受的最高應力會在斷層前端附近，恰好先于斷層；應力集中產(chǎn)生的破壞可能超過斷層上隨后滑落產(chǎn)生的破壞，以上兩個預測都是合理的。實驗室中實驗的斷層發(fā)育已經(jīng)產(chǎn)生了這種活躍的過程區(qū)，并用聲發(fā)射原理確認預測的延伸方

11、向（洛克納等，1992；里奇斯舒和洛克納，1994年；摩爾和洛克納，1995） 。隨著剪切面上滑移的增加，可形成一層由細粒斷層泥或碎裂巖組成的巖石。斷層巖芯（凱恩等，1996）由斷層面上的滑移磨碎形成的碎屑累積組成。由于斷層泥區(qū)的厚度通常隨著斷層位移的增加而增加（肖爾茨，1987；赫爾，1988） ，通過對比，我們可以推測隨著滑移從末端到斷層中心的增加其核心的厚度也增加。如果是這種情況，厚度最大的核心位置可能指示滑移的起始位置。這提供了