華嶸輝

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局贛中地質(zhì)大隊(duì)，江西 南昌 330013）

斷層泥是斷層活動(dòng)的信息載體，通過解析斷層泥中礦物顆粒表面微形貌信息，可以了解斷層活動(dòng)性歷史，有助于對(duì)斷層的地震危險(xiǎn)性作出正確評(píng)價(jià)。因此，通過研究活動(dòng)斷裂帶內(nèi)斷層泥中的“微納米尺度”可以正確的出構(gòu)造活動(dòng)的年代、斷層活動(dòng)期間的剪切作用及活動(dòng)間歇期。

1 分析測(cè)試技術(shù)在斷層泥中的運(yùn)用

斷層泥中的“微納米尺度”所運(yùn)用的現(xiàn)代分析測(cè)試方法，主要是通過掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)斷層泥中礦物顆粒測(cè)年及其TEM 透射電鏡等方法對(duì)斷層泥進(jìn)行解析。其中，斷層泥中礦物顆粒測(cè)年方法主要包括：石英表面溶蝕微觀形貌特征測(cè)年、斷層泥電子自旋共振測(cè)年（ESR）、斷層泥釋光測(cè)年（TL,OSL）等。

石英表面溶蝕微觀形貌特征測(cè)年是利用斷層泥中石英顆粒來進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）測(cè)年，目前中國(guó)大部分地質(zhì)院校、研究所在對(duì)斷層泥進(jìn)行測(cè)年都使用這種方法。通過斷層泥中石英顆粒SEM掃描電鏡分析，觀察石英微形貌，了解這些微形貌類型并根據(jù)石英顆粒表面微形貌特征類型的相對(duì)時(shí)間標(biāo)尺（Kanaori et al.,1980）可推測(cè)出斷層的最新活動(dòng)時(shí)間。Kanaori（1980）通過日本Atotsugawa 斷裂中斷層泥石英顆粒表面的SEM 微形貌觀察將微形貌分為溶蝕微形貌和應(yīng)力破裂微形貌。

掃描電子顯微鏡（SEM）主要有幾大特點(diǎn)：成像直觀、分辨率高、景深長(zhǎng)、立體感好、樣品制備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已成為地學(xué)中分析測(cè)試儀器家族的重要成員之一，是自然科學(xué)研究領(lǐng)域的一種顯微樣品。特征研究所必需的觀測(cè)工具已逐漸廣泛應(yīng)用于地質(zhì)科學(xué)研究領(lǐng)域（陳莉等，2015）。將掃描電子顯微（SEM）運(yùn)用到斷層泥石英顆粒微形貌測(cè)年中，其優(yōu)點(diǎn)在于成像直觀、分辨率高、景深長(zhǎng)、立體感好、樣品制備簡(jiǎn)單等；但是缺點(diǎn)為受時(shí)間限制，因斷層泥中石英顆粒受溶蝕的時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，大約10Ma 后，其表面結(jié)構(gòu)趨于相同，故測(cè)年的時(shí)間最多為10Ma，時(shí)代為中新世，且SEM 掃描電鏡很難觀察斷層泥中石英顆粒里比較細(xì)的黏土礦物。其中SEM 掃描電子顯微鏡上通常配有X 射線能譜儀，可在觀察微形貌的同時(shí)進(jìn)行成分分析。可以將X 射線能譜分析運(yùn)用到斷層泥特征研究，通過分析樣品中的能譜就能推測(cè)出大部分樣品中的納米顆粒屬于哪一類礦物，并且還能對(duì)一些細(xì)小礦物進(jìn)行鑒定和半定量分析。例如，沉積巖中的黏土礦物（＜2μm），伊利石、蒙脫石、綠泥石等，在形貌上幾乎沒法區(qū)分，而能譜的微區(qū)分析即可快速、有效地區(qū)分出這些礦物（Li 和Xiao，2012）。但是X 射線能譜儀也有缺陷：由于大部分地質(zhì)樣品不導(dǎo)電，在低真空模式下進(jìn)行能譜分析時(shí)，會(huì)因?yàn)殡娮邮纳⑸洌鴻z測(cè)到檢測(cè)區(qū)域外的元素所導(dǎo)致測(cè)出的能譜可能有一定的誤差。

斷層泥電子自旋共振測(cè)年方法（ESR）廣受地質(zhì)學(xué)界的關(guān)注。斷層泥ESR 測(cè)年原理可簡(jiǎn)述為：斷層中的主動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量和活動(dòng)過程中的剪切作用使斷層泥的ESR 信號(hào)歸零。斷層活動(dòng)后，斷層泥中的定年礦物是由自然環(huán)境中的電離輻射損傷產(chǎn)生的，并積累了新的磁心，通過用ESR 譜儀測(cè)量順磁中心的數(shù)目，可以確定樣品所接收到的等效劑量ED（Gy），然后根據(jù)樣品所處環(huán)境的劑量率D（Gy/ka），即A 等于ED/D，確定故障最后一次強(qiáng)烈活動(dòng)的年齡A（高璐等，2011）。ESR 測(cè)年法是一種實(shí)驗(yàn)方法。但仍有許多不確定因素，如樣品含水量的變化、劑量率的計(jì)算以及后期的活動(dòng)對(duì)ESR 年齡有重要影響（Fukuchietal.,2001）。ESR 測(cè)年的缺點(diǎn)是，如果斷層活動(dòng)強(qiáng)度不強(qiáng)，ESR 信號(hào)可能不歸零，導(dǎo)致ESR 年齡偏大；由于采集的斷層泥不是斷層活動(dòng)的產(chǎn)物，在測(cè)量過程中不能形成不同的周期，石英顆粒被分離，導(dǎo)致ESR 年齡與野外地質(zhì)地貌對(duì)比年齡相差較大。

斷層泥釋光測(cè)年（TL，OSL）以石英或方解石脈等礦物為試件。斷層盤兩端擠壓摩擦產(chǎn)生的溫度和壓力，會(huì)導(dǎo)致這些礦物中熱釋光信號(hào)的早期釋放消失，又可稱為“地質(zhì)時(shí)鐘”歸零。然后，當(dāng)板塊中的斷層處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，這些礦物再次接受來自周圍輻射場(chǎng)的核輻射，開始儲(chǔ)存熱釋光能量，“地質(zhì)時(shí)鐘”又開始重新計(jì)時(shí)，此時(shí)存儲(chǔ)的時(shí)間信息便是迄今為止的斷層終止活動(dòng)時(shí)間。因此，測(cè)得的熱釋光年齡相當(dāng)于熱事件的年齡，即斷層活動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)熱時(shí)間，由此計(jì)算得出斷層的年齡。熱釋光測(cè)年具有測(cè)時(shí)范圍大(10～2—n×10～6a)、可供測(cè)年的物質(zhì)廣泛、樣品需求量少等優(yōu)點(diǎn)（盛小青等，1994）。張家富等（2007）認(rèn)為斷層泥釋光測(cè)年一般測(cè)量用于第四紀(jì)石英顆粒，假設(shè)斷層泥中顆粒是第四紀(jì)以前的巖石，在形成斷層泥的時(shí)候又沒有明顯加熱，則這些物質(zhì)可能并無足夠的釋光靈敏度來進(jìn)行測(cè)年。斷層泥釋光測(cè)年最大的問題在于埋藏前釋光信號(hào)回零，因此取的樣必須裝入黑色塑料樣品袋避光保存，樣品入袋前將大于2mm 礫石剔除（申俊峰等，2007）。

透射電子顯微鏡（TEM）（Transmission electron microscopy）是1932 年Ruska 以電子束為光源所發(fā)明的一種顯微鏡。TEM 的作用在于觀察納米粒子的形貌、評(píng)估納米粒子的粒徑，常用于觀察普通顯微鏡不能分辨的細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)。目前TEM 的分辨率可達(dá)0.2nm，其應(yīng)用于斷層泥礦物顆粒分析中的優(yōu)點(diǎn)在于可以針對(duì)同一微區(qū)位置進(jìn)行形貌、晶體結(jié)構(gòu)、成分的全面分析，并可以觀察顆粒非常細(xì)的黏土礦物(大約＜0.2μm)。石英顆粒在斷層泥中因多次斷裂活動(dòng)而發(fā)生磨損和溶解，相對(duì)較難；而用相對(duì)柔軟的粘土包裹的石英顆粒受磨損的影響較小（Niwa M etal.,2016）。然而TEM 缺點(diǎn)在于電子束的穿透力很弱，因此用于TEM 的礦物顆粒標(biāo)本必須制成厚度約50nm 左右的超薄切片。

2 分析測(cè)試技術(shù)存在的問題

綜上所述，斷層泥中礦物顆粒測(cè)年法的最大優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)年方法種類多，能夠進(jìn)行選擇性的分析，可依據(jù)不同斷層泥顆粒樣品使用不同測(cè)年方法。其中斷層泥中石英表面溶蝕微觀形貌特征測(cè)年優(yōu)點(diǎn)在于可根據(jù)其形貌特征反映斷層活動(dòng)的復(fù)雜程度、斷層的多期次活動(dòng)，并推測(cè)出斷層泥被地下水侵蝕的時(shí)間年限；而斷層泥電子自旋共振測(cè)年方法（ESR）可確定斷層最后一次劇烈活動(dòng)的年齡；斷層泥釋光測(cè)年（TL,OSL）具有測(cè)時(shí)范圍大(10～2-n×10～6a)、可供測(cè)年的物質(zhì)廣泛、樣品需求量少等優(yōu)點(diǎn)。SEM 掃描電子顯微鏡的X 射線能譜不僅使人們能夠?qū)悠返男螒B(tài)分布進(jìn)行微觀分析，同時(shí)又能對(duì)樣品中不同組成成分進(jìn)行定性及半定量分析。TEM 透射電子顯微鏡應(yīng)用于斷層泥顆粒分析優(yōu)勢(shì)在于可以針對(duì)同一微區(qū)位置進(jìn)行形貌、晶體結(jié)構(gòu)、成分的全面分析，并可以觀察顆粒非常細(xì)的黏土礦物(大約＜0.2μm)，與SEM 掃描電鏡互補(bǔ)。

3 認(rèn)識(shí)

1）運(yùn)用一些分析測(cè)試技術(shù)方法對(duì)斷層泥中的“微納米尺度”研究可以準(zhǔn)確判斷出斷層活動(dòng)的年代、斷層活動(dòng)期間的剪切作用及活動(dòng)間歇期。

2）根據(jù)斷層泥中石英表面溶蝕微觀形貌特征分析可推測(cè)出斷層的最新活動(dòng)時(shí)間；斷層泥熱釋光測(cè)年具有測(cè)時(shí)范圍大、可供測(cè)年的物質(zhì)廣泛、樣品需求量少等優(yōu)點(diǎn)；SEM 掃描電子顯微鏡主要用于觀察固體表面的形貌，而TEM 透射電子顯微鏡常用于觀察普通顯微鏡不能分辨的細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)，有時(shí)，將兩者有機(jī)結(jié)合可以得到比較全面的材料分析結(jié)果。