秦峪断裂带断层泥物质特征及活动方式研究

刘金水，刘 伟，陈凌伟，张庆华，刘 高

(1.广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510030；2.兰州大学，甘肃 兰州 730000)

断层活动过程中产生的强大剪切应力导致岩体错断，周围形成断层破碎带，结构面发生角砾化、甚至泥粉化，最终形成断层泥[1]。断层泥中的主要成分为黏土矿物及岩屑岩粉，呈未固结或弱固结状。

图1 秦峪断裂带工程地质平面简图

断层泥是断裂活动的重要信息载体，记录了断层的活动方式和历史环境等[2]。通过扫描电镜、热释光、光释光等手段研究断层泥的微观特征[3]与年代学特征[4]可以查明断裂带的活动年代、活动期次、活动的强弱程度与活动方式[5-6]。分形维数值受断裂活动性与断层泥粒度双因素制约[7]。断层活动性较高的粗粒断层泥，其分形维数值显著高于弱活动性断层细粒断层泥。

秦峪地区位于南北构造带和的东西构造带交汇处，历经多次构造历史时期但研究相对较少。本文结合野外调查及室内试验查明秦峪断裂带断层泥微观特征及成分，分析秦峪断裂带活动方式。

1 研究区地质环境

秦峪断裂带位于秦岭造山带碌曲—成县推覆体和迭部—武都推覆体交汇部位，受推覆体隆起、挤压，秦峪断裂带具有强烈变形破碎特征。秦峪断裂带由3条近平行的断层组成，依次为秦峪南支断层F1、秦峪主断层F2、秦峪北支断层F3，总体走向NNW向，见图1。野外踏勘查明，秦峪主断层F2平均宽度15 m，秦峪南支断层F1平均宽度0.4 m，倾角约70°，见图2、图3。

秦峪断裂带活动于多个历史时期，切穿泥盆纪—三叠纪多个时代的地层。总体上，泥盆纪、二叠纪地层受秦峪断层挟持，年代较早的二叠纪、三叠纪地层分布于秦峪断层两侧，石炭纪地层缺失。经过秦峪断裂带多期构造活动作用，研究区呈现出现今的构造形态。

2 样品采集与试验方法

样品采集前，清除断层泥表层风化浮土约10～15 cm，在垂直断层面方向上布置等间距采样点。为了充分对比秦峪断层组之间的断层泥物质组成及微观特征差异，本文分别于秦峪主断层F2、秦峪南支断层F1处采集断层泥样品。本文采用Apero S扫描电镜观察断层泥的微观特征，并结合X射线衍射(以下简称XRD)分析断层泥矿物成分。

图2 主断层F2特征

图3 南支断层F1特征

图4 断层泥矿物微观特征

3 测试结果与分析

3.1 断层泥矿物微观特征分析

F1及F2断层泥黏土矿物在10 um、5 um、2 um尺度下的微观特征具有显著差异，见图4。

从图4可以看出，F1断层泥颗粒多表现为针状、叶片状，F2断层泥颗粒多表现为板状，表明F1断层泥中多含伊利石、蒙脱石等黏土矿物。F1、F2断层泥石英碎砾表面并存多种溶蚀微结构，颗粒边缘尖锐，断口呈贝壳状，表明研究区断层经历了多次构造运动。

3.2 断层泥矿物成分分析

秦峪断裂带断层泥矿物成分主要以石英、透闪石、黏土矿物为主，测试结果见图5。

秦峪各分支断层断层泥矿物成分具有较大差异，南支断层F1断层泥所含矿物种类多于南支断层F2，黏土矿物成分如蒙脱石、高岭石含量也较高。F2断层泥中石英、透闪石含量较高，此外还含有白云母、伊利石、绿泥石等矿物。

结合扫描电镜试验和XRD试验结果可知，F1断层泥中主要含有高岭石、绿泥石、蒙脱石、伊利石、白云母等黏土矿物，F2主要含有伊利石、白云母、绿泥石等黏土矿物。断层泥黏土矿物种类丰富、粘粒含量高，表明秦峪断层仍在活动的可能性较大。

图5 秦峪断裂带断层泥XRD试验

4 结语

在广泛搜集有关调查资料、实地野外调查取样及室内试验的基础上可知，F1断层泥颗粒多呈现出针状、叶片状等黏土矿物特征，F2断层泥颗粒多表现为板状。F1、F2断层泥石英碎砾表面并存多种溶蚀微结构，颗粒边缘尖锐，断口呈贝壳状。结合XRD试验可知，F1断层泥中多含伊利石、高岭石、蒙脱石等黏土矿物，F2断层泥中主要为石英、云母、伊利石等矿物。综合秦峪断裂带石英微形貌特征及断层泥中黏土矿物含量可知，研究区秦峪断裂带经历了多次构造运动。