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年方法主要包括：石英表面溶蝕微觀形貌特征測年、斷層泥電子自旋共振測年（ESR）、斷層泥釋光測年（TL,OSL）等。

石英表面溶蝕微觀形貌特征測年是利用斷層泥中石英顆粒來進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）測年，目前中國大部分地質(zhì)院校、研究所在對(duì)斷層泥進(jìn)行測年都使用這種方法。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、立體感好、樣品制備簡單等優(yōu)點(diǎn)，已成為地學(xué)中分析測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年中，其優(yōu)點(diǎn)在于成像直觀、分辨率高、景深長、立體感好、樣品制備簡單等；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)間足夠長時(shí)，大約10Ma 后，其表面結(jié)構(gòu)趨于相同，故測年的時(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?？梢詫 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?，而檢測到檢測區(qū)域外的元素所導(dǎo)致測出的能譜可能有一定的誤差。

斷層泥電子自旋共振測年方法（ESR）廣受地質(zhì)學(xué)界的關(guān)注。斷層泥ESR 測年原理可簡述為：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。熱釋光測年具有測時(shí)范圍大(10～2—n×10～6a)、可供測年的物質(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)為斷層泥釋光測年一般測量用于第四紀(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)行測年。斷層泥釋光測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?。∟iwa 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 分析測試技術(shù)存在的問題

綜上所述，斷層泥中礦物顆粒測年法的最大優(yōu)點(diǎn)在于測年方法種類多，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年方法。其中斷層泥中石英表面溶蝕微觀形貌特征測年優(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；斷層泥釋光測年（TL,OSL）具有測時(shí)范圍大(10～2-n×10～6a)、可供測年的物質(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出斷層的最新活動(dòng)時(shí)間；斷層泥熱釋光測年具有測時(shí)范圍大、可供測年的物質(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。