正断层带内的泥岩涂抹.docx
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正断层带内的泥岩涂抹
高等石油地质学外文翻译
姓名:
赵润冬
学号:
S0*******
班级:
资源研09-5
正断层带内的粘土涂抹-水浸模型实验中多层粘土胶结作用的影响
Claysmearinnormalfaultzones–theeffectofmultilayersandclaycementationinwater-saturatedmodelexperiments
作者:
J.Schmatz,P.J.Vrolijk,J.L.Urai
时间:
2009.12.13
摘要:
我们在水饱和的模拟实验中研究断层带的演化,断层带为在刚性基底层中的倾角70°的正断层上的砂岩层和泥岩层。
模型底界为预切70°倾角的刚性金属基底,顶界同样预切70°的金属板与基底断层对齐。
颗粒位移的定量分析由PIV(粒子图像测速系统)软件完成。
在这些模型中,最初的局部形变构造发展成为运动学上有利的断裂带。
这种演化引起泥岩层的松弛或抑制,在控制断裂带的构造中扮演重要角色。
我们展示了由于砂和泥的高度差异导致导致的更复杂的断裂带,产生二次剪切带和剪切成因的断层透镜体。
这种差异亦导致了一种更复杂的短期发育的剪切带。
断层带中的脆性的泥岩层尽管强度很大,但脆性的泥岩首先破裂并形成石香肠。
通过逐渐的形变,这些石香肠形成软泥岩泥。
薄而脆的泥岩层在大范围内连续不断的形变,断层泥的体积随着剪切带边缘砂质的混入而不断增大。
于是,我们观察到一条宽泛的断层带和因泥岩的机械性形成的断层泥。
对类似断层形成过程的进一步物理观察可以形成断层带演化的预测模型,将超过以往的各种方法(如泥岩刮削比,SGR)。
关键词:
泥岩涂抹;断层封闭;机械分层;差异对比;模拟实验
注:
本文由于是实验描述,文中有大量图片,但并不是每幅图片文中都有提到,而且文中图片的引用顺序并非按图片序号,所以作者在排版时将图片和表格全部至于文章结尾,特此注明!
1前言
断层组对沉积盆地的流体力学过程有重要影响。
我们对断层封闭作用的基本物理过程有一个基础的认识,但复杂的几何体和许多反馈作用造成了定量预测的困难。
断层带在现场研究中已经被广泛的研究,模拟实验和数据模拟让我们更好的理解它们活动和封闭性质。
很多对于砂泥岩层序断层的研究集中于预测泥岩转化成断层泥的量,通常称之为泥岩涂抹。
泥岩涂抹,一个用于油气地质学的宽泛的定义,描述了围岩中的泥质进入断层带的过程(Yieldingetal.,1997)。
在地下研究中,大量统计算法被用来分析泥岩涂抹:
涂抹潜力、涂抹因子、断层泥岩比率(Lindsayetal.,1993;Fristadetal.,1997;Fulljamesetal.,1997;Yieldingetal.,1997;Yielding2002)。
多数方法基于断层泥包含相当的断层围岩再生物质而不含增加或移除的物质的假设。
因为这种方法平均了断层导致的岩性间隔的错断,而不能准确预测泥岩沿断层面的空间分布。
另外,围岩和断层带的岩石的力学性质也被忽略了。
显然,断层形成过程及其断层封闭质量的预测急需一种更好的方法。
当分离的正断层切断差异明显的非均值的分层序列时,(如泥和砂),高摩擦系数的地层中的断层倾角较大,低摩擦系数的底层中的断层倾角较小。
由此导致了岩性/能力边界处的直立断层。
其他作者假设“泥岩注入”可以使岩性断裂的断层充入足量的泥质。
Lehner和Pilaar(1997)提出的泥质注入机制包括两个基本元素:
(1)一个断层断开泥岩层的拉张构造。
(2)泥岩层注入这个拉张构造并随后剪切形成厚断层泥。
注入过程需要有比周围的砂岩层弱很多的泥岩。
VanGent等人描述了一种显著不同的泥岩注入过程,这个过程中,泥质沿着脆性碳酸盐岩中膨胀的碎屑垂直移动。
Sperrevik(2000)等人、Clausen和Gabrielsen(2002)的实验显示了泥岩涂抹强烈依赖于底层物质的力学性质。
他们用一个环状剪切仪产生高负荷的可变正压力使砂泥岩层变形。
他们观察到随着压力的增加和泥岩强度的降低产生了明显的泥岩涂抹。
在一个预设的砂泥岩层序实验中,Schmatz等人修改了砂泥比例,泥岩层的厚度和间距,和泥质成分;相比之下,一个硬度大的,过压实的泥岩首先变成脆性状态,然后偶尔变成较软的断层泥。
这里我们介绍附加以运动工程学预切的基地断层的刚性上层边界水饱和实验的结果,并研究不同岩层组合的影响及泥质胶结在断层带发展中的作用。
在实验中上边界可以自由活动,形变受模型顶部影响较小。
中间实验表明上盘和基地断层共同作用形成两个初期断裂:
一条首先出现在基地断层末端,另一条出现在上盘断层的末端。
随着形变的演化,它们在模型中连在一起形成一条动力学有利的形变带。
2研究方法
2.1研究步骤
建一个沙盒,铺砂泥岩模型(40*20*20cm)。
在这个系列实验中,边界条件是按照模拟一系列刚性层间的脆性层和被两个共面的倾角70°的断层错开的硬性的岩层的条件来选择的。
水饱和实验允许湿润的泥岩和松散的砂并存。
基地断层以40mm/h至最大偏差60mm的速度移动。
模型在两个润滑的玻璃板之间运动来把边界效应的影响降到最低。
在这个形变率下,厚泥岩层在不排水的条件下被剪切,这样,细砂岩中的孔隙压力则可能保持净水流体压力。
因而产生的物质性质的特点是标准岩土数据。
自由表面边界条件实验方法的详细内容Schmatz等人已经给出。
在这里我们将简述由附加边界条件实验设计得出的最重要的部分和步骤。
2.2边界条件
我们使用2cm厚的铝制顶板,与基底断层一样预切70°,放在模型上方,并与基底断层对齐。
硬底盘作为沉积物的刚性引导装置,顶板旋转、移动,但不会弯曲。
大约做了四十组实验,分别使用不同强度数量厚度的泥岩来研究断层带的演化。
实验由慢速相机记录下连续时间间隔和分辨率,以整张纸展现同一截面的变化。
2.3砂质
我们选用同一种洗过的、分选好的石英砂岩,颗粒大小约为0.1-0.4mm,用颜色标记了的土壤层。
颗粒大小的范围使砂岩的等级为中粒;这样,砂岩在不同峰值剪切力的作用下变形,在模拟实验中形成一个局限型的剪切带。
2.4泥质
泥质一种石英(46.8%)—高岭土(42.0%)的混合物,含水量分别为30、40和50wt.%,依次代表过压实(紧密)、正常压实(正常)和欠压实(松软)的泥岩。
直接的剪切实验表明硬质泥岩的不排水抗剪切强度比松软泥岩高十倍。
在一些实验中,松软泥岩中加入了少量(0.25-10wt.%)的波特兰水泥。
水泥使(水饱和的)泥岩在17小时内变硬。
岩土数据测量显示不排水抗剪切强度呈线性从2.6kPa(1.0wt.%水泥)增加到27kPa(5.0wt.%水泥)。
相比之下,坚硬但未馋水泥的泥岩的抗剪切强度为2.4kPa。
为了确保水泥胶结的粘土完全固结,大多数模拟实验在进行形变实验前都放置了整晚。
2.5粒子图像测速系统(PIV)
慢速拍摄的高分辨率数码相片被加工成影片,用PIV分析。
PIV分析资料的颗粒构造的粒子级别的位移并给出详细的速度场。
分辨率由128×128像素减至32×32像素的疑问视窗显示,部分重叠75%产生最终的8×8像素的窗口,正好符合我们实验中砂岩颗粒的大小。
实验的所有影片可以在www.ged.rwth-aachen.de找到。
3实验结果
在这项研究中,我们做了9个系统的实验系列。
研究的参数包括:
泥岩强度、岩层厚度和岩层数。
为了实现与无顶板的实验进行对比,我们重做了一些之前的实验,都分有无顶板两种。
整个系列的实验在表1中有概述。
这里我们选取部分详细介绍。
为了检验实验的可再现性,其中一个实验在相同条件下重复了四次。
在重复的实验中我们再现了许多一节断裂构造,但有时也出现少量的变化。
3.1顶板的影响
在大多数实验中可以观察到上盘顶板逆时针转动1.8°。
旋转的测量未显示与泥岩的结构、类型或岩层厚度有关。
3.1.1只含砂岩的情况
这里我们提到的实验是水饱和的、只含砂岩模式,装在40×20×15的盒子里,自由表面,与Horsfield(1997)的限制边界实验相对照。
沿基底断层的初期位移形成了初期断层,物质按运动学有利的方式迁移形成三角剪切带。
PIV形象化的应变场增量εyx显示稳定平坦的形变区的物质和形变的局限位移约14mm。
加上预切的铝板则产生完全不同的结果。
初期断层首先从基地断层的末端开始,与上盘夹角约为45°。
在基底断层位移2mm后,形变几乎立即限制在了顶板之间并向下扩散。
通过这两个区域的不断相互影响,初期断层变得不再活跃,形变也被限制在了基地断层上的稳定平坦的区域。
局限性的发生比无顶板的实验中来的更加迅速。
3.1.2砂和泥
给模型加上一个30mm厚的坚硬泥岩对断层带的演化有重要影响。
无顶板的实验可参考图9和图11。
在这种情况下断层带的演化十分复杂。
高角度的初期断层不能越过泥岩层,因此产生弯曲。
破碎首先在泥砂分界面曲率较高处产生。
随着形变的加大,岩层破碎为大小不一的碎块接着旋转研磨成为韧性的断层泥。
沿着粗糙泥岩的砂岩的颗粒流与粗糙的研磨和砂泥的混合有关。
二级断裂从泥岩的碎块延伸至砂岩。
一个稳定的、极其平坦的断层不能形成大于30mm的错断。
在有预切顶板的同一实验中,断裂带的几何形状和断层泥的发展都有很大不同(顶部泥岩层的垂下压力相同)。
与有顶板的纯砂岩实验相比,基地断层末端的初期断层弯向上盘,二级断裂发生在顶板处并向下延伸。
肉眼可见的弯曲的脆性末端没有出现。
两个断层穿过泥岩层连接起来并逐渐变直。
3.2泥岩强度的影响
3.2.1低差异对比
实验R-2-s-tp含夹在两个薄层软泥岩之间的一个40mm厚的砂岩层;泥岩层在实验结束之前被压成了正常压实的泥岩。
因此砂泥之间的差异就显得很低。
第一个初期断层出现在基底断层末端,随之而来的二期断层发育在靠近顶板的断层末端。
在较低的泥岩层之下,低位的断层出现分叉,分叉于下盘一侧切穿泥岩。
位置较高的泥岩形变上下层出现不匹配,断层带首先断开。
最后,运动学有利的断层带就有了一些非活动性的分叉,并且随着断层线的连续的泥岩胶结,泥岩层的规模也不断变宽。
实验C2-4-s-tp想上面描述的实验一样有类似的初期层序,但泥岩之间的砂岩却是50mm厚。
0.25wt.%的波特兰水泥被加入到软泥岩混合物中,以略微增加差异度(强度只从0.2kPa增加到0.25kPa)。
我们从底部和顶部开始观察两个初期断层。
较低的断层初期产生了的倾角很陡,但当与较低的泥岩层交叉后,它弯向了下盘。
上盘则衍生出了符合运动学的平面。
两个断层在实验过程中都是活动的,逐渐变薄,但其间的稳定的断层透镜体被滞留。
上面描述的两个实验因此最初很相似,但第二个实验允许两个断层表面同时发生的位移但是第一个实验限制了一个断层的位移。
3.2.2高差异对比
坚硬的泥岩
实验C1-6-s-tp包含一个单独的、位于基底之上60mm的3mm厚的泥岩层。
泥岩含10wt.%水泥胶结并且只有部分固化,因此它的强度与完全固结的2wt.%胶结的泥岩相似。
形变包括泥岩单斜弯曲并伴随着破碎和碎块的旋转。
砂岩中的剪切带使砂岩形成宽阔的透镜体和连续活动的复合断层带,透镜体的内部形变程度很高,与之前描述的实验相比尤甚。
实验C2-3-s-tp有两个3mm厚的泥岩层。
这组实验的泥岩只加了1.5wt.%的水泥但是完全固结。
像之前的实验一样,初期形变使两个岩层都发生脆性形变。
渐进的形变的发生不但导致碎块的位移和旋转,同时也使碎块边缘逐渐磨蚀,形成韧性的断层泥,在原有碎块周围形成泥岩碎屑与核心地幔结构。
脆性的泥岩
实验N-2-s-tp包含一个30mm厚的软泥岩层。
一个位于基地断层末端的近于直立的初期断层。
当基地断层发生2mm的位移后,形变被限制在了两盘之间的断层的末端并向下延伸。
随着渐进形变,这两个区域相互影响并重叠交汇,形成一个跨过泥岩层的限制区域。
泥岩层的初期形变就在这块限制区域。
随着位移的不断增大,顶部的初期断层不再活动,形变转为一个与泥岩之下的断层相关的限制区域。
同时,泥岩之下的断层顺时针旋转,在低位的砂泥岩接触面上产生一种和缓的弯曲的几何形状,像正常拖曳褶皱一样。
断层的这种演化早就了一种带有不常见的厚断层泥的稳定平缓的形变带。
3.2.3岩层数量和岩层厚度的影响
实验C-1-s-tp用四个12mm厚的软泥岩层与8mm厚的砂岩层。
实验中的断层带的演化与之前提到的只含砂岩的实验结果非常相近。
高角度的初期断层形成一个穿过砂泥层的限制区域。
层序中的形变按照动力学有利的方式进行。
每个泥岩层都形成一个连续的断层泥的泥岩涂抹,但泥岩层之间的砂岩变薄而且在某些情况下变成石香肠。
四个软泥岩层也有相似的结构,但可变的泥岩厚度,显示了岩层厚度在断层带演化中的影响。
在这个实验中,服泥岩间隙的总厚度比之前的实验要厚(75vs.62mm),同时泥沙含量比也更高。
两个高角度的浸透的初期断层与相关的形变比初期断块浸得更浅。
形变的局限在区域的两侧都有出现,中间出现不完整的透镜体。
随着形变的渐进,断层带中的剪切的砂岩不连续,不像独立的剪切泥岩层。
4讨论
4.1边界条件对断层带演化的影响
自然条件下的断层存在各种各样的边界条件,但在大多数情况下这些边界条件可能不比这里展示的有代表性。
在这个研究中我们探索了70°倾角的正断层在刚性底层夹脆性底层上的发展。
断层演化的结果随实验条件的不同差异显著。
强迫脆性的断裂的顶部边界强烈地控制了生成的剪切带的几何形态,产生了运动学的相关直接剪切实验。
运用岩土学术语,我们的方案被定义为“斜直剪切”实验。
断层带的算后检验发掘检验了一些由于玻璃嵌板的摩擦阻力产生的边界效应,但进一步的研究仍在继续。
如之前的工作中期望的,沿着初期断层的第一个位移限制发生在在基底和顶面交叉处。
这些初期断层的位置受断层末端的受压区域控制,它们连续的有步骤的按运动学有利的方式旋转。
在我们的早期自由顶界面实验中,这用影响只表现在模型的底部。
在某种程度上,有定界的实验代表了对称的两倍的自由界面实验。
当压力岩基底向上传播时,底部断层产生的限制被初期基底补偿延迟了。
在某些情况下我们实验在运动学方面效仿了四向剪切模型,在这个模型中,韧性的间隔被夹在两个脆性层之间中间被剪切,尽管这些模型完全符合运动学并且不包含力学性质。
有/无顶板的边界条件的实验显示上盘被抑制,却没有消除初期断层分叉。
通常顶板产生的碎块更少断层带更复杂。
当顶面存在时,一个单独的平坦的断层带在实验中形成较早,但早期位移期间的连续位移史似乎对我们很重要,尽管它被顶板缩短了。
从剪切面迁移形成的褶皱与正常拖曳褶皱相似,但它的形变与单一的平坦断层传入厚地层层序方式不同,如图4中轻微向下扩大的剪切带。
4.2能力对比
在我们的模型中,正断层从脆性岩层(基底)处预成断层的末端开始形成,底层的叠加层承受了大量的应力。
在软泥岩和正常泥岩的实验中,即使没有断裂位移,应力也从不间断,至少在肉眼可见的程度上。
由玻璃板观察到的2D画面上,在所有情况下,这种做法产生了断层表面不间断的涂抹效应。
这些观察的结果与Sperrevik(2000)和vanderZee与Urai(2005)的早期研究结果相一致。
包含少量波特兰水泥的泥岩(软泥岩0.25wt.%)以相同的方式形变,因为强度增大的方式与平均有效压力密切相关。
甚至厚达10mm的正常泥岩对初期断层局限型也少有影响,对此我们解释为砂岩和泥岩的能力差异度低的结果。
在厚、软泥岩(图11、13)的实验中初期断层长期存在,导致泥岩层产生断层限制并逐渐尖灭。
(图14)泥岩被断层限制控制直到一个新断层将其释放并最终性形成厚断层泥。
这个构造与图10中vanderZee与Urai(2005)推荐的类似的运动学发展方式相似。
早期的演化与Egholm(2008)的DEM结果也相一致,尽管没有证据显示有越界的过程。
对控制越界因素的力学解释使一个正在进行的使用数字或实验方法研究的目标。
在极硬泥岩的实验中(坚硬,过固结泥岩或水泥胶结泥岩),断层带的几何形状受泥岩的断裂影响,形成于地层弯曲的高曲率部位(图9、10)。
在这种情况下,有顶部和底部的断层末端延伸的两个断层之间形成了松弛中转地带(图14)。
这个结果可与Mandl(2000)和Lehner与Pilaar(1997)的结果相对比,在他们的实验中泥岩的初期的单斜弯曲的方向主要应力重要性发生了改变。
应力张量的改变而产生次级滑动面的形变造成泥岩内部断裂。
Schopfer(2006)使用DEM技术调查了简单边界条件下的多层的形变,在这种条件下,较硬的岩层经历了断裂造成的拉张破断。
他们观察到,单斜形变之后,断层带以阶梯状断裂了,坚硬岩层的直立拉张断裂。
尽管物质性质十分不同,结果却可以与我们的水泥胶结泥岩层对比。
突出的区别是,在我们的实验中,每个硬岩层发育两个断裂,一个发育在主要断层面,另一个沿着初期断裂面。
在Schopfer(2006)的实验中,大多数底层初期只发育一个断裂,但第二个断裂发育在靠近刚性基底层的岩层处,随着泥岩断裂的旋转,我们的实验也能观察到相似的现象。
在vanderZee(2008)关于正断层的野外观察中,脆性层中的张性断裂也与断裂带的演化有关。
在这个实验中,尽管,断裂被解释为断层运动开始之前,并与断层的方向不同,几何形状复杂。
另外,脆性层在断裂带中的重塑也是很重要的过程(Lindsay,1993,Holland,2006)。
在我们的实验中(图10),因为相对的微小位移,重塑只需要砂泥之间的适度的能力对比。
因为磨蚀是一个不可逆转的过程,我们希望这个过程对较大位移断层变得更重要。
4.3透镜体的形成
断层带的分叉造成的透镜体(或夹石)通常在自然或实验研究中都可以观察到(Ramsey和Huber,1987;childs,1996,1997;Walsh,1999;vanderZee和Urai,2005;Lindager,2007)。
除连接形成的断层透镜体外,我们观察到由粗糙分叉形成的透镜体(Lindager,2007)。
粗糙的形变在硬泥岩和水泥胶结泥岩的实验中十分常见。
如图15中展示的(图9,表1,实验C1-6-s-tp),这些透镜体随着时间演化明显。
当局限作用不断形成新粗糙面,原有的粗糙面被逐渐磨蚀。
vanderZee(2002)的模型提出透镜体中的物质,比围岩变形更强烈。
我们实验中断层限定的透镜体构造的形变与内部的局限作用和断裂的演化有关。
在实验C2-4-s-tp(图8,表1),宽透镜体在内部区域局限作用合并之后产生。
PIV显示,尽管透镜体会被形变磨蚀,它的内部保持稳定。
很明显,断层限定透镜体构造的演化比vanderZee和Urai(2005)与Lindager(2007)所提出的模型复杂得多。
4.4泥岩涂抹
根据Fulljames(1997)的研究,泥岩涂抹量在断层某一点上的连续性随距离源岩层的距离增大而减小。
在他们的解释中,涂抹的断层泥包括每个源岩层的泥岩:
源岩层的厚度和数量越大,涂抹的厚度越大。
Lindsay(1993)分辨了三种类型的泥岩涂抹:
(1)砂岩运动摩擦成因的,
(2)围岩和下盘剪切泥岩层的涂抹和韧性形变,(3)流化过程中泥岩的侵入。
我们的实验显示了断层表面的连续泥岩层的泥岩涂抹使断层断裂的剪切作用造成的(如图7、12、13)。
粗糙面的摩擦和泥岩的重塑也对一眼涂抹产生影响(图10)。
Clausen和Gabrielsen(2002)用环状剪切结构解释泥岩涂抹过程并总结形成连续泥岩膜的潜力随着下列情况而增大:
(1)正压力增大,
(2)含泥质的水增加,(3)泥岩剪切应力减小。
我们的实验结果也支持这三条推理。
(1)加入顶板在模型中造成连续的泥岩涂抹,在那里,泥岩断裂,没有顶板就变得不连续了。
尽管在这两个实验中(图5和6)顶部泥岩层的垂向压力相同,不弯曲的刚性铝板的存在,加大了断裂带的主应力。
(2)所有的软泥岩实验都有连续的泥岩隔膜。
(3)剪应力的测量(Schmatz)显示软泥岩具有最低的剪应力。
4.5页岩断层泥比率
SGR方法估计泥岩混入断层泥的比例,与经过断层上的某一点的砂泥比率作用相似(Crawford,2002)。
泥岩的厚度可以从一个窗口测量(如Yielding,1997)。
我们根据表1中的算法(图16、17)计算SGR。
断层中断层泥的含量由泥岩厚度在剪切带的总百分率决定,此数据由PIV分析得到(图16)。
我们的大部分实验中,断层泥SRG都被勾绘出来(表1),数据显示在两个参数之间没有简单相关性(图17),从SRG计算来看,多数情况下断层中的泥岩没有变的更多或更少。
正常固结的泥岩在断层中被富集并耗尽。
软泥岩比预期产生更多的断层泥(79%的情况下)。
脆性泥岩有被耗尽的趋势,尽管很分散(85%的实验中,断层带中的泥岩很少——通常特别少)。
尽管如此,SGR只能表现断层带中的平均含量(vanderZee和Urai,2005),并且如果所有泥岩类型都出现,平均SGR值就有效。
但是,在一种泥岩类型主导的组合中,SGR值就可能误差严重。
此外,实验中于同一个连续的窗口中计算的SGR值也显示了很大的变化性。
4.6混合
典型的断层带通常存在混杂的非同轴形变(Mair和Abe,2008)。
在简单剪切的情况下,包含断层的泥岩或砂岩的几何形态取决于断层带的宽度、原始岩层厚度断层倾角。
最终断层泥带上覆盖简单剪切的实验M-1-s-tp(图16)显示断层泥带比预期的要厚(vanderZee,2003)。
在机械混合中,简单剪切产生更多的断层泥,在这种情况下泥岩向多孔的剪切砂岩移动(vanderZee,2002)。
Clausen和Gabrielsen(2002)报告了环状剪切实验中泥岩隔膜发展的三个阶段。
在第一个阶段与低正压力相一致(6kPa),泥岩隔膜完全消失。
断层带中只有偶尔的泥岩断裂。
第二阶段正压力稍高(>25kPa),砂和泥的混合物或者泥岩块嵌入砂岩体。
第三阶段,半连续的泥岩隔膜发育(正压力>100kPa)。
他们提到部分以砂泥混合物为代表的断层带很稳定并且没有发育其它类型的涂抹。
他们也推测本地侵入砂岩孔隙的泥岩在剪切的早期阶段由于正压力低而发生了膨胀,由此产生砂泥混合物。
Clausen和Gabrielsen(2002)总结道,泥岩层破裂后,断层带被塑性形变过程主导,这个过程包括单个砂岩颗粒进入泥岩的位移。
Crawford(2002)也报告了框架颗粒或碎屑周围的微观涂抹作用网状网络原理。
在我们的实验中含有断层泥的砂泥混合物也同样有出现。
一份详细的调查数码高级高清图片(图16,实验M-1-s-tp)显示剪切带的泥岩与无形变的断层泥成分不同。
断层泥包含砂、泥和砂泥混合物,置换了早期剪切地层的砂和泥。
4.7初期断层作用
要理解砂泥岩地层实验中的局限性的作用,需要清楚的明白纯砂岩实验中的局限型的作用。
假设我们的模型中的早期形变是不局限的,我们用PIV寻找证据。
我们小心加工了一些实验的首张照片的结果,测量基地断层位移达到0.8mm时的速度(图18)。
在第一个例子中,在仅6mm的只有砂岩的实验中我们展示了增加的位移速度矢量场(图4)。
按照Patton和Fletcher(1995)的关于弹性物质的解析模型中预测的,在这里,初期在基地断层末端有同轴的速度矢量场。
不断发展的形变使矢量场变得不连续,表面了早期局限型的限制。
实验N-2-s-tp(图11)显示了一个类似的早期演化。
在初期阶段观察到半同轴的矢量场,但一些泥岩层产生一些不耦合。
随着不断发展的形变,局限型在软泥岩层下的砂岩中发育更迅速。
4.8在自然断层带中的应用
我们在饱和的砂泥岩层序中模拟厘米级别的断层形变的实验的结果是在极小过载且非常特殊的边界条件下得出的,因此可以推断自然界地层层序中断层带的演化是极其复杂的。
真正的缩放需要了解模型与自然的场度、密度、重力和粘合度的比例,但是,自然界中这些参数的变化范围非常之大。
放大断层切开的层序更成问题,因为在这个级别,断层带的宽度(受
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