多种黏土矿物对花岗岩断层泥速度依赖性及愈合特性的影响
后印本
The Influence of Various Clay Minerals on the Velocity Dependence and Healing Characteristics of Granite Fault Gouge
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作者:
易浩思
1
刘金锋
1,2,3
马泽强
1
冉茂斌
1
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作者单位:
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提交时间:2025-07-17 12:34:20
摘要: 断层中广泛分布着以高岭石、绿泥石、伊利石和蒙脱石为主的黏土矿物。黏土矿物具有颗粒小、比面积大、易吸附水和阳离子的特点。黏土矿物的水化膨胀特性是指其吸水后体积增大的性质,黏土吸水形成水膜,起到润滑作用,降低摩擦系数。此外黏土矿物还具有具有低摩擦系数、低愈合率和速度强化的特性,多种性质共同作用能够显著影响花岗岩断层的强度以及滑动稳定性。
华南地区位于中生代欧亚大陆板块构造岩浆活动带的华南陆块中部,横跨扬子板块和华夏板块,由于板块俯冲造成强烈的地壳构造运动,华南地区形成了非常丰富的花岗岩。本文聚焦与花岗岩断层与黏土矿物作用机理,由于单种黏土矿物对花岗岩断层摩擦特性的影响已被前人广泛研究,但多种黏土矿物共同作用下,花岗岩断层的摩擦系数和速度依赖性的耦合影响仍不明确。因此,本文将专注于研究多种蚀变矿物共同作用对花岗岩断层泥摩擦系数和速度依赖性的影响及其可能机制。本文将蒙脱石、绿泥石、高岭石三种黏土矿物粉末按两两1:1配比,以及三者1:1:1相互配比,接着将黏土混合物与花岗岩粉末按照一定比例混合形成实验样品。在恒定正应力20MPa,恒定5%含水率下,使用直剪仪器对实验样品进行了速度阶跃实验和速度愈合实验并同时采用了声发射(AE)技术监测样品微观裂纹的发育过程,观测实验样品的速度依赖性参数以及速度愈合特性,实验完成后对样品进行了SEM微观观察。实验结果表明,花岗岩断层泥破裂过程中的裂纹不同于完整花岗岩的以张拉裂纹为主,而是发育有明显的剪切裂纹,在微观下发育有明显的Ridel剪切带,以R剪切带最为常见。断层泥的摩擦系数随黏土矿物的含量发生两段式线性降低,且第一段斜率更大,摩擦系数随黏土含量下降的更快。同时对比不同黏土矿物作用下花岗岩断层泥的力学性质,研究发现在黏土矿物两两混合以及三者同时混合下,蒙脱石都是花岗岩断层泥力学性质的主控矿物。
版本历史
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2025-07-17 12:34:20 |
ChinaXiv:202507.00373V1
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