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断裂带中-深部的流体传输性质及其地震动力学意义:以红河断裂带为例

批准号:
42074221
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
段庆宝
学科分类:
地球和行星物理实验与仪器
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
段庆宝

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
断裂带的流体传输性质(渗透率、孔隙度与比储流率)是理解流体在地震过程中作用的主要参数.目前对断裂带流体传输性质的研究大多集中在浅部,对断裂带中-深部(强震孕育成核区)的研究较少,限制了人们对流体在强震孕育成核过程中作用的理解.与之相关并亟待解决的科学问题包括:(1)流体的同震热压作用在断裂带中-深部能否发生;(2)含水情况下假玄武玻璃的形成条件;(3)脆塑性转换带附近地震成核与伴随的扩容演化机制.本项目以解决上述科学问题为研究目标,对红河断裂带开展跨断层的流体传输性质实验,建立深部流体活动模型.开展模拟深部断层同震滑动的高速摩擦实验,结合实验和数值模拟结果探讨断裂带深部同震热压作用与摩擦熔融的形成条件,阐明两者之间的关系.开展模拟脆塑性转换带深度附近地震成核的摩擦滑动及同步渗透性测量实验,根据实验结果探索地震成核过程及伴随的扩容与孔隙演化规律,分析扩容对成核过程及破裂传播与扩展的影响.
英文摘要
Fluid transport properties (permeability, porosity, and specific storage) are important parameters for understanding the role of fluids during seismic activities. Currently, studies on the fluid transport properties are mostly focused on the shallow portions of fault zones, while the middle-deep portions (seismogenic zone), where cataclasites and mylonites develop have been rarely concerned, and thus limit our understanding of the role of fluids in seismogenic processes. The related key scientific questions needed to be addressed are: (1) whether coseismic thermal pressurization can occur at middle-deep depths conditions; (2) how does pseudotachylite form with the presence of water; (3) the mechanisms of earthquake rupture nucleation and accompanying dilatation and pore evolution at the brittle-ductile transition zone. To address the above-mentioned questions, this project will perform detailed fluid transport property measurement experiments and establish the fluid flow model of the Red River fault zone at depths. High velocity friction experiments will be conducted to reproduce rapid coseismic fault motion. Combining experimental and numerical results, we will investigate the conditions for coseismic thermal pressurization and friction melting and their relationships. Friction experiments coupling permeability measurement at conditions relevant to brittle-ductile transition will be performed to investigate the mechanisms of earthquake nucleation and accompanied dilatation and pore cavitation and discuss the effect of dilatation on rupture propagation.
本项目通过野外断层地质与室内实验相结合的手段剖析红河断裂带的变形与流体渗流性质。对红河断裂开展了系统性的野外断层地质调查采样与变形结构研究。通过开展断层带不同尺度的野外与微观结构观察,建立了断层内部结构剖面,识别强震活动的地震地质标志与变形机制。通过实验获得了以红河断裂为代表的地震断裂带中-深部的流体传输性质参数,包括渗透率、孔隙度及比储流率等,基于实验结果建立孕震区至孕震层底部断层渗流概念模型,揭示断层深部物性变化与强震流体作用特征。依据实验结果探讨了断裂带中-深部流体同震热压作用的发生条件,结果表明在断层强度较高的区段深部断层滑动倾向于产生热压作用导致同震弱化,进而促进地震破裂传播与扩展,同时在深部熔融有可能形成假玄武玻璃。当深部断层滑动在强度较弱的区段,断层的超低渗特性可能会促进扩容强化作用,导致断层滑动倾向于慢滑移作用。阐明了断裂带中-深部地震破裂成核过程中伴随的扩容与孔隙演化规律及其对深部地震成核过程的控制与影响。获得红河断裂深部南北不同段落的变形机制,提出流体控制红河断裂南北不同段落深部滑动机制与地震活动性的新认识。通过室内模拟实验,揭示了流体渗流作用下断裂带的愈合机制与演化过程。目前项目已发表SCI论文2篇(包括JGR: Solid Earth和Geology各1篇),在审第一标注SCI论文1篇;自主研发断裂带高温高压渗流愈合模拟实验装置和三轴高温高压渗流实验装置各一套,相关技术获授权国家发明专利1项、实用新型专利2项;发展的有关岩石超低渗振荡法测量方法参与编制完成1项国家行业标准。完成的有关红河断裂深部断层滑动机制与地震活动性研究的工作入选2024年中国地震科学实验场亮点科技成果。有关红河断裂变形与地震地质的研究成果有效支撑了中国地震科学实验场红河断裂科学钻探工程选址及钻探工程地质设计。
断裂带中-深部的流体传输性质及其地震动力学意义:以红河断裂带为例
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    段庆宝
  • 依托单位:
实验研究流体在地震断裂带愈合过程中的作用
  • 批准号:
    41602227
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    段庆宝
  • 依托单位:
国内基金
海外基金