王華林 鄭國東 王紀(jì)強(qiáng) 付海清 馬向賢 胡超

1）山東省地震局，濟(jì)南市歷下區(qū)文化東路20號 250014

2）甘肅省油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)院油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000

0 引言

斷層泥是斷層或者斷裂帶反復(fù)活動(dòng)的產(chǎn)物，經(jīng)常沿著斷層破裂面呈條帶狀或者層狀連續(xù)或者斷續(xù)分布。斷層泥在斷裂活動(dòng)性研究中有廣泛的應(yīng)用前景。不同時(shí)代形成的斷層泥中para-Fe2＋與para-Fe3＋的分布反映了不同的氧化-還原環(huán)境，為斷層活動(dòng)性研究提供了可能。許多地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)活斷層都存在各種各樣的斷層泥（Sammis et al，1989；Lin et al，2001；Lin，2005；Zheng et al，2008；付碧宏等，2008；Hirono et al，2014）。一般認(rèn)為，斷層泥的很多特征有可能記錄了斷層活動(dòng)的相關(guān)信息，所以斷層泥成為構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家長期觀察和研究的對象（Wu，1978），并取得很多有利于深入認(rèn)識斷層活動(dòng)性的研究成果。例如，根據(jù)斷層泥的粒度參數(shù)及其組合特征，不僅可以分析斷層泥的成因，而且能夠獲悉有關(guān)斷層運(yùn)動(dòng)的方式與過程等方面的重要信息（Sammis et al，1989；易順民等，1995；王華林等，1996；胡道功等，2000；張秉良等，2002；Billi，2004；Heilbronner，2006；Ferri et al，2010；Haines et al，2013）。斷層泥中細(xì)小石英顆粒表面的微形貌特征也在一定程度上反映了斷層活動(dòng)的歷史、強(qiáng)度、活動(dòng)方式、期次以及與活動(dòng)年代的某些關(guān)系（王華林等，1992；張秉良等，1996；Cahill，1999；Lin，2005）。利用礦物學(xué)和地球化學(xué)定年技術(shù)確定斷裂帶或者斷層的年齡也是很多構(gòu)造地質(zhì)學(xué)家長期探索的重要方向（Novákováet al，2010；Hirono et al，2014），然而迄今為止還未發(fā)現(xiàn)廣泛適用的技術(shù)和方法。許多研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有技術(shù)方法都有局限性。另外，斷層活動(dòng)具有間歇-連續(xù)性特點(diǎn)，斷裂帶內(nèi)地下水普遍非?；钴S，水-巖相互作用強(qiáng)烈（O'Neil，1984；趙軍等，2009；Bradbury et al，2015），導(dǎo)致斷層泥具有特殊的地球化學(xué)特征。因此，通過研究斷層泥的地球化學(xué)特征可以反演斷層的活動(dòng)性，甚至可為預(yù)測斷層活動(dòng)趨勢提供可供借鑒的信息（Zheng et al，2008；馬向賢等，2014）。

山東黃縣弧形斷層破碎帶內(nèi)有很多呈條帶狀分布的顏色多變的典型斷層泥，其組構(gòu)特征和顆粒狀態(tài)明顯有別于斷層兩側(cè)的斷層破碎圍巖，這在斷層泥的礦物學(xué)和地球化學(xué)特征上也有所反映，顯示出斷層活動(dòng)特點(diǎn)及其歷程，并為通過分析斷層物質(zhì)鐵元素地球化學(xué)特征研究斷裂活動(dòng)過程提供了一種新的途徑和方法。

1 黃縣弧形斷裂的基本特征與活動(dòng)性鑒定

黃縣弧形斷裂位于渤海強(qiáng)震構(gòu)造區(qū)的東南部，即郯廬斷裂帶重要分支的昌邑-大店斷裂以東約30km處，該斷裂構(gòu)成了黃縣盆地的南部邊界。斷裂走向由NEE向轉(zhuǎn)為NNE向，空間上呈微向西凸的弧形展布，斷裂傾向西，傾角70°～80°，斷裂全長約45km（圖1）。黃縣弧形斷裂南東盤為結(jié)晶基底巖系和巖漿巖，北西盤為第四系松散沉積物和第三系砂巖、砂礫巖，第三系巖層與第四系松散沉積物之間呈明顯不整合接觸。黃縣弧形斷裂控制著花崗巖和金礦礦化帶以及第四系和第三系的分布，并錯(cuò)斷了第四紀(jì)地層。該斷裂為右旋走滑正斷層，晚更新世以來垂直斷錯(cuò)量為4.2～6.0m，垂直位移速率為0.11～0.16 mm／a（王華林，2008）。黃縣弧形斷裂是魯東斷塊陸域發(fā)現(xiàn)的最為典型的晚更新世活動(dòng)斷裂。

為鑒定斷裂的活動(dòng)性，我們在山東省黃縣辛店鎮(zhèn)常莊子村北對斷層出露點(diǎn)進(jìn)行了人工開挖。人工開挖基坑北壁黃縣弧形斷裂剖面（圖2）顯示，斷裂產(chǎn)狀為300°∠70°。東盤為破碎的花崗閃長巖，西盤為Q13淺棕紅色粘土和Q23褐黃色亞粘土地層。斷裂破碎帶由灰綠色、黃褐色和灰黑色斷層破碎巖、碎粉巖和斷層泥組成，具有明顯的分帶性。斷層破碎巖、碎粉巖和斷層泥都未膠結(jié)。斷裂將Q13淺棕紅色粘土和Q23黃褐色亞粘土地層正向斷錯(cuò)4.2m。斷裂之上覆蓋有厚1.0m左右的Q4土黃色亞砂土地層未被斷錯(cuò)。在斷裂斷錯(cuò)Q23黃褐色亞粘土地層、Q13褐黃色粘土地層和坡積亞粘土地層分別獲取釋光樣品3塊，編號TL1、TL2和TL3（圖2）。TL1、TL2和TL3釋光樣的測試年齡分別為距今97.56±8.26ka、57.59±4.89ka和19.85±1.69ka，表明黃縣弧形斷裂是第四紀(jì)晚更新世活動(dòng)斷裂。

本次工作對該剖面進(jìn)行了仔細(xì)清理和認(rèn)真觀察，發(fā)現(xiàn)斷層面斷層泥具有明顯的分帶性。我們對不同的斷層泥帶進(jìn)行了斷層物質(zhì)地球化學(xué)樣品系統(tǒng)取樣。

2 取樣剖面及樣品所處地層及其巖性

在辛莊鎮(zhèn)常莊子村北黃縣弧形斷裂開挖探槽剖面（圖3）上選取6個(gè)斷層物質(zhì)地球化學(xué)樣品，樣品編號為HX04-04-01、HX04-04-02、HX04-04-03、HX04-04-04、HX04-04-05和HX04-04-06。取樣剖面顯示，黃縣弧形斷裂發(fā)育在第四系上更新統(tǒng)地層與太古代花崗片麻巖地層之間，沿著斷層面斷層泥具有明顯的分帶性，斷層泥帶寬40～50cm。辛莊南黃縣弧形斷裂斷層物質(zhì)地球化學(xué)取樣剖面中地層、巖性及其斷裂活動(dòng)性描述如下：

圖1 黃縣弧形斷裂地質(zhì)構(gòu)造圖與采樣點(diǎn)位置

層①為灰綠色斷層泥，厚0.5～1.0cm，為斷層泥涂膜面，取樣1個(gè)，編號：HX04-04-01。斷層泥質(zhì)地非常細(xì)且均勻，手?jǐn)f細(xì)膩光滑，代表了斷裂的最新活動(dòng)。

層②為深紫紅色斷層泥夾碎粉巖，厚2～4cm，母巖為太古界花崗片麻巖。②與①和④呈截然接觸，如刀切一樣平直，取樣1個(gè)，編號：HX04-04-02。該層代表的活動(dòng)時(shí)代在層①灰綠色斷層泥之前，代表了斷裂次新活動(dòng)。

圖2 辛莊南黃縣弧形斷裂探槽剖面和斷錯(cuò)地層測年結(jié)果（王華林等，2008）

層③為褐黃色斷層泥，斷層泥粒度較細(xì)，手?jǐn)f細(xì)膩光滑，厚3～7cm，母巖為上更新統(tǒng)砂質(zhì)粘土，與①呈截然接觸，如刀切一樣平直。取樣1個(gè)，編號：HX04-04-03。該層與層②深紫紅色斷層泥、夾碎粉巖層可能同期形成，代表了斷裂的次新活動(dòng)。

層④為黃褐色、灰綠色、灰白色斷層泥夾碎粉巖與透鏡體帶，厚3～7cm，取樣1個(gè)，編號：HX04-04-04。母巖為太古界花崗片麻巖，含有母巖碎屑。斷層泥、碎粉巖與透鏡體沿?cái)鄬用娉蕳l帶狀分布，斷層物質(zhì)較軟，膠結(jié)不明顯。該層代表了斷裂的較早的一次活動(dòng)。

層⑤為褐黃色、灰白色斷層泥、碎粉巖與透鏡體帶，厚6～9cm。母巖為花崗片麻巖。斷層泥、碎粉巖與透鏡體沿?cái)鄬用娉蕳l帶狀分布，斷層物質(zhì)較堅(jiān)硬，呈半膠結(jié)狀。該層代表了斷裂最早一次活動(dòng)。

層⑥為褐黃色、灰綠色斷層泥、碎粉巖和透鏡體帶，厚5～10cm；取樣1個(gè)，編號：HX04-04-05；母巖為上更新統(tǒng)砂質(zhì)粘土。斷層泥、碎粉巖與透鏡體沿?cái)鄬用娉蕳l帶狀分布，斷層物質(zhì)較軟，膠結(jié)不明顯。該層與層④黃褐色、灰綠色、灰白色斷層泥夾碎粉巖與透鏡體帶可能同期形成，代表了剖面中斷層較老的一次活動(dòng)。

層⑦為褐黃色斷層泥和透鏡體帶，夾有上更新統(tǒng)砂質(zhì)粘土碎屑，母巖為上更新統(tǒng)砂質(zhì)粘土，厚15～20cm；取樣1個(gè)，編號：HX04-04-06。斷層泥和透鏡體沿?cái)鄬用娉蕳l帶狀分布，斷層物質(zhì)較堅(jiān)硬，呈半膠結(jié)狀。其與層⑤褐黃色、灰白色斷層泥、碎粉巖與透鏡體帶可能同期形成，代表了剖面中斷層最早的一次活動(dòng)。

層⑧為棕黃色上更新統(tǒng)砂質(zhì)亞粘土層。

層⑨為花崗片麻巖，破碎強(qiáng)烈，風(fēng)化呈灰白色。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

圖3 辛莊南黃縣弧形斷裂斷層泥地球化學(xué)取樣剖面（圖中F代表斷層）

對新鮮的潮濕斷層泥樣品應(yīng)盡快用不含鐵的塑料自封袋密封包裝，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室并及時(shí)冷凍。待樣品徹底冷凍后用冷凍干燥機(jī)干燥，以盡量避免樣品保存和處理過程中可能發(fā)生的氧化還原反應(yīng)對樣品測試結(jié)果的影響。干燥樣品破碎后選擇新鮮的樣品用瑪瑙研缽研磨粉碎至200目左右，在密閉條件下封裝保存?zhèn)溆谩?/p>

鐵元素化學(xué)種測試在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心完成。所用儀器為德國Wissel公司生產(chǎn)的新型穆斯堡爾譜儀Bench-MB500，放射源為57Co，強(qiáng)度0.927 GBq。樣品測試均在室溫（約293K）條件下進(jìn)行。將50mg左右的測試樣品裝入專用的樣品盒，放置在儀器樣品架上進(jìn)行穆斯堡爾譜測試。測試樣品中的鐵元素受到放射源發(fā)出的γ射線的照射，將發(fā)生無反沖共振吸收，釋放特定的14.4 k V能量，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的能量變化被自動(dòng)記錄，積累到一定的數(shù)據(jù)后，可從數(shù)據(jù)點(diǎn)集成的圖譜中獲悉鐵元素的賦存狀態(tài)，計(jì)算各種鐵元素化學(xué)的相對含量（Manning等，1979）。數(shù)據(jù)的解譜軟件為WinNormos-for-Igor。

黃縣弧形斷裂帶斷層泥樣品的測試分析結(jié)果見圖4和表1。其中HX-0404-01、HX-0404-02及HX-0404-03樣品都有2個(gè)雙線吸收峰，而HX-0404-04、HX-0404-05及HX-0404-06樣品只有1個(gè)雙線吸收峰，顯示不同的鐵元素賦存狀態(tài)。低自旋的雙線吸收峰D1a和D1b代表順磁高價(jià)鐵，用para-Fe3＋表示，根據(jù)其穆斯堡爾譜參數(shù)特征（表1），應(yīng)是各種硅酸鹽礦物以及粘土礦物內(nèi)所含有的高價(jià)鐵元素。高自旋的雙線吸收峰D2代表順磁低價(jià)鐵，用para-Fe2＋表示，其穆斯堡爾譜參數(shù)顯示為各種硅酸鹽礦物內(nèi)還原態(tài)的2價(jià)鐵。各種鐵元素化學(xué)種的相對含量根據(jù)各自吸收峰的相對面積來確定（表1）。而只有1個(gè)雙線吸收峰的樣品，顯示單一的鐵元素賦存狀態(tài)，其鐵元素化學(xué)種的相對含量則以100%表示。

圖4 黃縣弧形斷裂帶斷層泥樣品的穆斯堡爾譜圖

4 斷層物質(zhì)鐵元素地球化學(xué)特征及其地震地質(zhì)意義

通常認(rèn)為，斷層泥是由斷裂帶固體巖石在斷層活動(dòng)過程中因錯(cuò)動(dòng)-破碎-研磨而形成的細(xì)粒物質(zhì)以及斷層穩(wěn)定時(shí)期斷裂帶內(nèi)發(fā)生的水-巖相互作用而形成的一些粘土礦物，甚至是更為復(fù)雜的各種構(gòu)造地質(zhì)作用疊加的產(chǎn)物（Wu，1978；O'Neil，1984；Zheng et al，2008；Haines et al，2012）。因此，對斷層泥物理化學(xué)特征的研究可以反演斷層活動(dòng)的歷史過程與演化機(jī)理。對斷層泥粒度特征的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，斷層泥在斷層活動(dòng)中不斷地受到機(jī)械破碎、剪切研磨和擠壓等作用的影響，其物理和力學(xué)性質(zhì)發(fā)生過一定程度的變化，而這些變化在粒度參數(shù)上有所體現(xiàn)。斷層泥一般由非常細(xì)粒的泥狀物質(zhì)組成，因原有巖石被破碎，后被擠壓摩擦而致粉碎而成黏土?；瘜W(xué)特性方面，由于復(fù)雜的水-巖相互作用，斷層泥的物質(zhì)成分與其圍巖相比較，一般是包含更多的粘土礦物和細(xì)粒沉淀物，富含水，粘性很強(qiáng)，容易產(chǎn)生塑性變形，所以野外觀察經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多斷層泥以非常薄的層狀或者條帶狀沿?cái)鄬踊瑒?dòng)面分布，有時(shí)候還在泥狀摩擦鏡面上留有擦痕，顯示斷層兩側(cè)的相對活動(dòng)方向。這些斷層泥的表面特征很難用斷層活動(dòng)時(shí)的反復(fù)摩擦來解釋，更有可能是在斷層不活動(dòng)的相對穩(wěn)定階段經(jīng)過復(fù)雜的水巖相互作用而沉淀聚集形成的（Zheng et al，2010）。因此，斷層泥的地球化學(xué)性質(zhì)更能體現(xiàn)斷層穩(wěn)定時(shí)期所處的物理-化學(xué)環(huán)境，進(jìn)而有助于全面理解斷層的整體活動(dòng)特征。

將斷層泥地球化學(xué)取樣剖面的斷裂活動(dòng)期次、斷層泥特征、剖面樣品和巖性編號、鐵元素分布與氧化-還原環(huán)境特征總結(jié)于表2和圖5中。依據(jù)表2、圖5和上述分析結(jié)果，討論斷層泥的斷裂活動(dòng)期次與鐵元素分布和氧化-還原環(huán)境的關(guān)系。

表1 黃縣弧形斷裂帶斷層泥樣品的穆斯堡爾譜參數(shù)

表2 取樣剖面斷裂活動(dòng)期次與氧化-還原環(huán)境特征

沿?cái)鄬踊顒?dòng)面有多個(gè)細(xì)層成條帶狀分布，這些泥狀物質(zhì)顆粒細(xì)小、濕軟，而且呈現(xiàn)出不同的顏色，例如褐色、紫色、淡黃色、灰白色、綠色等，具有斷層泥的典型特征。而破碎帶內(nèi)的碎裂巖甚至一些碎粉巖，其巖石礦物特征與斷層圍巖沒有根本上的差別，物性特征基本一致，只是破碎程度不一樣，顯示原有巖石在應(yīng)力作用下發(fā)生了不同程度的破碎。

圖5 取樣剖面斷裂活動(dòng)期次與氧化-還原環(huán)境模式

圖6 斷層泥含鐵總量與低價(jià)鐵相對含量的關(guān)系

然而，在辛莊鎮(zhèn)常莊子村北黃縣弧形斷裂開挖探槽揭露出的新鮮斷層剖面上（圖3），斷層泥和斷層破碎巖石在其地球化學(xué)特征方面呈現(xiàn)出明顯的差別，包括鐵元素化學(xué)種的分布特征方面。斷裂帶中央部分最新活動(dòng)和次新活動(dòng)形成的斷層泥樣品的穆斯堡爾譜都解釋出高自旋的低價(jià)鐵（para-Fe2＋）和低自旋的高價(jià)鐵（para-Fe3＋）。層①綠色斷層泥（圖3（b）），為斷層泥涂膜面，代表了斷裂的最新活動(dòng)，斷層泥樣品HX-0404-01的高自旋低價(jià)鐵（para-Fe2＋）和低自旋的高價(jià)鐵（para-Fe3＋）的含量分別為38.98%和61.02%。層②深紫紅色斷層泥和層③黃褐色斷層泥，代表了斷裂次新活動(dòng)，斷層泥樣品HX-0404-02和HX-0404-03的高自旋的低價(jià)鐵（para-Fe2＋）的含量分別為7.01%和11.06%，低自旋高價(jià)鐵的的含量分別為92.99%和88.94%。顯示形成不同時(shí)代斷層泥具有不同程度的還原性條件。需要指出的是，用穆斯堡爾譜的吸收總面積與測試樣品稱重之間的關(guān)系可以用來估算總鐵含量，其結(jié)果與利用等離子體技術(shù)所測結(jié)果比較吻合（Zheng et al，2001；鄭國東，2008）。本研究中所測試的樣品用量基本一致，所以它們的吸收峰總面積與含鐵總量應(yīng)該是正比關(guān)系，即：面積大者總含鐵量高；反之，吸收面積小的樣品總含鐵量就低。HX-0404-01、HX-0404-02和HX-0404-03這3個(gè)斷層泥樣品的穆斯堡爾譜總吸收面積分別是4.10、1.62、2.40，顯示總含鐵量的變化。同時(shí)，這些斷層泥樣品的低價(jià)鐵相對含量與樣品的總吸收面積正相關(guān)（圖6），有可能揭示了這些斷層泥存在還原條件下的鐵元素相對富集。

而在斷層最新和次新活動(dòng)形成斷層泥的兩側(cè)，由斷裂次老活動(dòng)和最老活動(dòng)形成的位于斷層下盤的潮濕斷層泥之下的黃褐色、灰綠色和灰白色斷層泥以及位于上盤，呈厚層狀分布的黃褐色、灰綠色斷層泥和斷裂碎粉巖不僅表面顏色明顯變淺，顆粒粒徑也明顯加大，而且比較干燥，有一定的膠結(jié)，顆粒粒度和表面顏色都不均勻。所采集的HX-0404-04、HX-0404-05及HX-0404-06號樣品都只檢測出一個(gè)鐵元素化學(xué)種，即低自旋的順磁性高價(jià)鐵（para-Fe3＋）。因?yàn)橹挥幸环N鐵被檢測，所以順磁性高價(jià)鐵相對含量都為100%。但是，每個(gè)樣品的總吸收面積不同，顯示不同的總含鐵量。HX-0404-04和HX-0404-05樣品都是細(xì)粒的斷層泥，檢測出一個(gè)雙吸收峰（D1b），其穆斯堡爾譜參數(shù)也很相似（表1），顯示大致一樣的鐵元素賦存狀態(tài)，說明斷層泥為同期活動(dòng)所致。而HX-0404-06樣品屬于透鏡體斷層碎粉巖，顆粒較粗糙，穆斯堡爾譜圖上雙線吸收峰（D1a）的位置與其他樣品不同，盡管都屬于低自旋的高價(jià)鐵（para-Fe3＋），但穆譜參數(shù)不同，與其他斷層泥樣品的高價(jià)鐵可能屬于不同的賦存狀態(tài)，反映了不同的斷裂活動(dòng)時(shí)代。這個(gè)樣品采自被斷層泥所圍限的斷層碎粉巖條帶狀透鏡體，其巖性特征更接近于斷層破碎帶原巖的性質(zhì)，所包含的高價(jià)鐵應(yīng)該代表原巖的特征。也就是說，其他斷層泥樣品的高價(jià)鐵盡管仍屬于低自旋的高價(jià)鐵，但已經(jīng)受到水-巖相互作用的影響，其化學(xué)精細(xì)結(jié)構(gòu)可能隨之發(fā)生變化，體現(xiàn)在穆斯堡爾譜圖上代表低磁旋高價(jià)鐵的雙線吸收峰的位置和結(jié)構(gòu)也發(fā)生了相應(yīng)變化，具體的穆斯堡爾參數(shù)也就與原巖的高價(jià)鐵不一樣（表1）。盡管都屬于氧化條件，但其氧化程度可能有些差別，HX-0404-06樣品所處的氧化條件更強(qiáng)，斷層泥HX-0404-04和HX-0404-05樣品的氧化條件則相對較弱。

本研究所用的樣品都采集于新開挖的斷層剖面上（圖3），而且采樣位置基本都處于一個(gè)水平面。該剖面處于自然溝邊的坡面上，是在接近地表的泡氣帶內(nèi)，與大氣有充分的交換，其氧化還原條件應(yīng)有較強(qiáng)的氧化背景，但是，所測試分析的斷層泥樣品都顯示還原性特點(diǎn)。也就是說，黃縣弧形斷裂帶內(nèi)，由于復(fù)雜的水-巖相互作用，導(dǎo)致近地表泡氣帶內(nèi)呈現(xiàn)相對還原的地球化學(xué)條件，這可能與地下深部還原性地質(zhì)流體的不斷滲透逸散密切相關(guān)。

相對應(yīng)的剖面兩側(cè)厚層黃褐色、灰綠色、灰白色斷層泥夾碎粉巖與透鏡體帶比剖面中央部分的黃褐色、灰綠色、深紫紅色斷層泥的形成年代要久遠(yuǎn)。由鐵元素化學(xué)種特征所體現(xiàn)的氧化還原條件可知，剖面左右兩側(cè)的黃褐色斷層泥為氧化條件，且形成年代相對較老；中央部分的鮮亮多彩且濕軟的斷層泥（HX-0404-01、HX-0404-02和HX-0404-03號樣品）形成時(shí)間相對比較年輕，且具有還原性特征。斷層剖面上中央部分與左右兩側(cè)的氧化還原條件截然不同：左右兩側(cè)均屬于新近斷層的上下盤，表現(xiàn)為強(qiáng)氧化條件，可能揭示與地表水的連通狀況良好，富含溶解氧的地表水下滲以及轉(zhuǎn)化形成的地下水比較活躍，導(dǎo)致鐵元素全部被氧化。而剖面中央部分正處于現(xiàn)今斷層的活動(dòng)帶內(nèi)，相對年輕的斷層泥呈現(xiàn)相對鮮亮的表面顏色，濕軟富含水分，鐵元素化學(xué)種組成揭示具有強(qiáng)還原特征，可能是來源于地下深部還原性地質(zhì)流體沿著活動(dòng)斷層的裂隙向上運(yùn)移，并導(dǎo)致新鮮斷層泥內(nèi)的部分鐵元素被還原。所以，年輕斷層泥的這些地球化學(xué)特征似可用來解釋活動(dòng)斷層與地下深處的連通性，但對于空氣交換來講，可能存在一定程度的相對自封閉性特點(diǎn)。另外，剖面中央部分年輕的彩色斷層泥盡管與較老斷層泥緊密接觸，但其潮濕程度截然不同，其物理力學(xué)性質(zhì)也必然不一樣（Ferri et al，2010），它們之間可能缺少橫向上的流體交換，顯示斷層破碎帶內(nèi)斷層泥的自封閉特點(diǎn)。這為利用層狀或者條帶狀斷層泥鐵元素化學(xué)種組測試分析及確定斷裂活動(dòng)演化歷史提供了可能。

5 結(jié)論與認(rèn)識

本文通過對山東黃縣弧形斷裂常莊子村北的斷層剖面上多種斷層泥樣品的斷層泥特征、活動(dòng)期次、鐵元素分布與氧化-還原環(huán)境特征的分析研究，獲得以下主要結(jié)論與認(rèn)識。

（1）根據(jù)黃縣弧形斷裂斷層泥地球化學(xué)取樣剖面斷層物質(zhì)的粒度結(jié)構(gòu)、膠結(jié)程度、鐵元素分布及其相互關(guān)系分析研究，剖面斷層泥、碎粉巖和透鏡體顯示了斷裂曾有四期活動(dòng)。在一期最新活動(dòng)中形成了層①綠色斷層泥，為斷層泥涂膜面；在二期次新活動(dòng)中形成了層②深紫紅色斷層泥，夾碎粉巖和層③褐黃色斷層泥；在較早的三期活動(dòng)中形成了層④黃褐色、灰綠色、灰白色斷層泥夾碎粉巖與透鏡體帶和層⑥褐黃色、灰綠色斷層泥、碎粉巖和透鏡體帶；在最早的四期活動(dòng)中形成了層⑤褐黃色、灰白色斷層泥、碎粉巖與透鏡體帶和層⑦褐黃色斷層泥和透鏡體帶。

（2）本研究表明，形成不同時(shí)代的斷層泥中para-Fe2＋與para-Fe3＋分布反映了不同的氧化-還原環(huán)境，為我們研究斷層的活動(dòng)性提供了可能。HX-0404-01樣品為最新活動(dòng)形成的斷層泥，斷層泥形成的相對時(shí)間較短，顯示了相對強(qiáng)的還原條件，而HX-0404-02樣品和HX-0404-03樣品為次新活動(dòng)形成的斷層泥，斷層泥形成時(shí)間較長，顯示了相對弱的還原條件。HX-0404-04和HX-0404-05樣品為較老活動(dòng)形成的斷層泥，斷層泥形成的時(shí)間更長，顯示了相對弱的還原條件，而HX-0404-06樣品為最老活動(dòng)形成的斷層泥，斷層泥形成時(shí)間最長，顯示了相對強(qiáng)的氧化條件。

（3）黃縣弧形斷裂斷層剖面上出現(xiàn)的表面特性各異的多種斷層泥和斷層碎粉巖的礦物巖石學(xué)性質(zhì)以及它們的鐵元素化學(xué)種分布特征顯示，該斷裂帶內(nèi)存在復(fù)雜的水-巖相互作用，尤其是來源于地下深處的還原性地質(zhì)流體的向上運(yùn)移對于保持地下淺處，甚至接近地表的泡氣帶內(nèi)的還原性條件提供了物質(zhì)保障，從而導(dǎo)致年輕斷層泥鐵元素的還原性化學(xué)反應(yīng)，揭示斷層／斷裂帶的新近活動(dòng)性。

（4）黃縣弧形斷裂斷層泥地球化學(xué)取樣剖面斷層泥、碎粉巖和透鏡體具有明顯的分帶性，這決定了取樣剖面氧化-還原環(huán)境的分帶性，剖面斷層泥樣品鐵元素地球化學(xué)特征與斷裂帶活動(dòng)演化歷史密切相關(guān)。本文結(jié)果為利用斷層物質(zhì)鐵元素地球化學(xué)特征對斷裂活動(dòng)的新老次序和活動(dòng)過程分析提供了一種新的研究途徑和方法。