地质通报  2019, Vol. 38 Issue (6): 959-966  
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郭瑾, 闫小兵, 李自红, 陈慧, 扈桂让. 汶川地震断层带中碳酸盐岩碳氧同位素分异——对断层愈合机制的启示[J]. 地质通报, 2019, 38(6): 959-966.
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Guo J, Yan X B, Li Z H, Chen H, Hu G R. Carbon and oxygen isotope fractionation of carbonate rocks in the fault zone of Wenchuan earthquake:Implications for the mechanism of fault healing[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(6): 959-966.
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基金项目

中国地震局地震预测研究所科研专项《主要活动断裂古地震与破裂分段研究》(编号:2017IES010101)、临汾市政府项目《临汾市区活断层探测与地震危险性评价》(编号:1521044025)

作者简介

郭瑾(1987-), 男, 硕士, 工程师, 从事构造地质与地质灾害研究。E-mail:261833184@qq.com

通讯作者

闫小兵(1978-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事构造地质与地震地质研究。E-mail:42953033@qq.com

文章历史

收稿日期: 2017-07-05
修订日期: 2018-03-10
汶川地震断层带中碳酸盐岩碳氧同位素分异——对断层愈合机制的启示
郭瑾1 , 闫小兵2,3 , 李自红3 , 陈慧3 , 扈桂让3     
1. 山西省地质环境监测中心, 山西 太原 030024;
2. 中国地震局地质研究所/地震动力学国家重点实验室, 北京 100029;
3. 山西省地震局, 山西 太原 030021
摘要: 汶川地震断层带北川擂鼓镇赵家沟剖面的露头及显微结构均发现多期次脉体纵横交错,角砾岩被胶结。通过对断层岩相关的碳酸盐矿物同位素分析得知,断层岩角砾和脉体中大量的白云石来源应是断层带内富Mg离子的流体,且碳氧同位素显著分异,角砾的δ18O值和δ13C值与灰岩围岩更接近,脉体和基质显示重同位素亏损。通过“同震热分解”和“水-岩相互作用”2种可能模型的研究分析,同震热分解模型δ13C值明显高于实际,而水-岩相互作用则可形成这种分异结果。故震后深部流体上涌所导致的表层大气水再循环可能是导致震后断层快速愈合的重要原因,同震破裂和间震期愈合则形成完整的断层系统。
关键词: 汶川地震    断层带    碳酸盐岩    同位素    断层愈合    
Carbon and oxygen isotope fractionation of carbonate rocks in the fault zone of Wenchuan earthquake:Implications for the mechanism of fault healing
GUO Jin1, YAN Xiaobing2,3, LI Zihong3, CHEN Hui3, HU Guirang3     
1. Shanxi Geo-environmental Monitoring Center, Taiyuan 030024, Shanxi, China;
2. State Key Laboratory of Earthquake Dynamics, Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China;
3. Earthquake Administration of Shanxi Province, Taiyuan 030021, Shanxi, China
Abstract: The outcrop and microscopic structure analysis of Zhaojiagou section at Leigu Town in Beichuan area of Wenchuan earthquake fault zone revealed that multi-phase veins crisscross and the breccia has been cemented.The isotope analysis of carbonate minerals related to fault rocks shows that the source of a large amount of dolomite in the fault breccia and veins should be the Mgrich fluid in the fault zone, and the carbon and oxygen isotopes exhibit significant differentiation.The δ18O and δ13C values of breccia are more close to values of surrounding rocks of limestone, and the veins and matrix exhibit heavy isotope losses. It is found that the δ13C values of the coseismic thermal decomposition model is obviously higher than the real values and the water-rock interaction model can form this differentiation result, as shown by comparison of these two possible models.Therefore, the surface water recirculation caused by the upwelling of deep fluids may be the significant cause of the fault rapid healing after earthquake. The coseismic rupture and inter-seismic healing form a complete fault system.
Key words: Wenchuan earthquake    fault zone    carbonate rock    isotope    fault healing    

震后断层愈合在野外[1-3]和实验室[4]均被广泛证实,通常体现在其波速、强度及传输性质上。在近地表低温度-压力条件下,间震期因挤压变形而造成的断层愈合非常有限,愈合主要与和流体相关的化学过程有关。流体在断层岩中最直接的产物为沉淀于空隙中的脉体或胶结物,二者在一定程度上能反映流体的性质[5]。断层内的流体-岩石相互作用过程涉及一系列物理化学过程,最典型的如压溶作用[6]。一方面,流体活动会加速断层带内物质迁移的过程,通常会造成弱矿物的富集[7],利于断层滑动;另一方面,通过结晶沉淀作用,流体的参与会造成颗粒增生或裂隙愈合,一定程度上强化断层[8-9]

本文的工作点为汶川地震断层带地表破裂带北川擂鼓镇赵家沟剖面。近年来,已在该剖面开展了大量的地球化学[10]、岩石磁学[11]、渗透率测量[12]、高速摩擦实验、低速摩擦实验[13]等工作,积累了大量资料。在野外及显微构造工作的基础上,笔者对该剖面中的碳酸盐矿物进行了碳氧同位素测量,发现颗粒-基质-脉体之间存在显著的同位素分异,并对造成同位素分异的主要原因及断层中的水-岩相互作用进行探讨。

1 赵家沟剖面断层结构

赵家沟剖面位于汶川地震发震断层映秀-北川断裂北段的北川县擂鼓镇地表破裂带(图 1),断层出露宽度约8m,断层走向NE45°,倾向NW,倾角64°~78°。断层上盘为志留系灰岩,下盘为三叠系粉砂岩(图 2-ab)。为了确定断层带的结构及组成,避免地表风化物质的干扰,野外工作清除了厚约50cm的地表物质。野外观测及实验室显微结构分析表明,该露头剖面由两侧向中心依次为含裂隙原岩、断层破碎带(包括角砾岩、碎裂岩)和主滑动面(包括碎粉岩、断层泥),各岩性之间界线清晰。主滑动面中心出露1.5~2cm厚浅灰色断层泥(图 2-cd),其质软且致密,具强面理特征,断层泥中发育伟晶方解石脉,厚度可达5.5cm,两侧为基质支撑的近等轴状灰岩碎粉颗粒。整体而言,断层下盘破坏程度较强,形成了1.5~2.5m宽的角砾岩和碎裂岩带,可见细碎裂岩颗粒填充在角砾裂隙中。

图 1 龙门山断裂带地质简图及工作区位置[12] Fig.1 Geological sketch map and working area location of the Longmen Mountain fault zone
图 2 映秀-北川断裂赵家沟剖面断层结构 Fig.2 Zhaojiagou section structure of Yingxiu-Beichuan fault

为研究断层带内成分变化和流体作用,选取断层带内各类典型断层岩手标本为研究对象(图 3)。图 3-a为灰岩碎裂岩,其中灰岩角砾分散在由细碎裂颗粒和胶结物组成的基质中,局部发育脉体,脉体中见少量灰岩颗粒;图 3-b为脉体被多次破坏而胶结成的碎裂岩,其中白色部分可作为胶结物的典型代表,贯穿脉体中间的黄色部分为断层泥胶结形成;图 3-c手标本取自断层滑动带部位[10],由断层泥、伟晶脉体、基质及胶结灰岩角砾组成,中间黑色部分为数毫米厚的松散断层泥,两侧黄色和黑色部分为胶结的碎裂岩和断层泥,最左侧的角砾岩则是粗灰岩角砾被胶结形成。

图 3 同位素分析取样的典型标本(图中黑色、红色及蓝色箭头所指分别为脉体、角砾和基质部分) Fig.3 Typical samples for isotopic analysis

为研究断层岩的微观结构与成分变化,选取各种断层岩在偏光显微镜下进行详细分析。图版Ⅰ-a为断层泥和断层角砾岩交接部位,角砾部分发育“X”型剪节理,靠近断层泥裂隙变密集,碎裂岩粒径也逐渐减小,镜下和手标本相似,显示强烈的面理特征。图版Ⅰ-b为典型的断层角砾岩,其中残留的大角砾呈现密集的“X”型剪节理,基质部分高度破碎,有明显流体贯穿通道(红色线所示),部分为脉体充填。图版Ⅰ-c中不同的颜色条带代表了不同的矿物组成,断层泥和碎裂岩之间的空隙部分已被新生的方解石充填,晶体的生长方向垂直于断层面,这表明震后(采样于地震之后1.5年)流体活动非常强烈,大量的方解石结晶于断层的空隙中。图版Ⅰ-d中部分角砾岩已被流体高度改造,可见大量的溶蚀构造,其中部分裂隙未被完全充填,部分裂隙被新生的碳酸盐矿物充填,且呈现环带构造,不同环带矿物颗粒大小、矿物颜色均不同,指示了多期流体的参与。图版Ⅰ-ef显示胶结的角砾岩被多期脉体相互穿插,角砾局部被剪切,脉体的颜色、颗粒大小不同,均暗示其经历了多期破裂及愈合过程。图版Ⅰ-g为粒度较细的碎裂岩颗粒和断层泥随流体沉淀于角砾间隙,未能形成脉体,而是呈基质胶结。与之相反的是,图版Ⅰ-h中部分较大的空隙,大量流体在其中沉淀,形成伟晶脉体。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.断层泥和断层角砾岩交界部位;b.典型断层角砾岩;c.断层泥空隙中方解石充填;d.角砾岩为流体高度改造,可见不同期次脉体;e、f.胶结的角砾岩中多期次脉体相互穿插;g.胶结的断层泥和细碎裂岩;h.伟晶脉体,后期产生微裂隙又被愈合
2 实验方法

对典型的断层岩样品进行了矿物成分分析,包括全岩成分及粘土矿物定量分析。分析粘土矿物时,先采用离心方法分离出样品中小于2μm的组分,分别制成自然干燥薄片、乙二醇饱和薄片及550℃热处理薄片[10],以区别不同粘土矿物并确定其含量。

实验对断层岩中发育的碳酸盐矿物进行了碳-氧同位素分析,包括样品中角砾岩的角砾颗粒(粒径大于1.5mm)、基质(粒径小于0.5mm)和脉体。为了精确区别不同部位样品,采用微钻(钻头直径0.5mm)直接在抛光的手标本上钻取粉末,角砾颗粒则在单个颗粒上进行钻取。

粉末样品在中国地质科学院地质所MAT253同位素质谱分析仪上进行碳-氧同位素分析。样品粉末(约200mg)在100%的H3PO4中溶解,将分解得到的CO2直接导入质谱系统进行测量。分析结果采用δ形式表示,精度为0.2‰。δ13C和δ18O结果分别采用V-PDB和V-SMOW进行标准化。另外,为了区分碳酸盐岩脉体中碳的来源,实验还对断层上下盘围岩样品进行了测量。共分析了16件断层岩和2件围岩样品。

3 实验结果

断层上下盘围岩、厚层脉体及角砾颗粒矿物成分分析显示(表 1),上盘灰岩原岩主要由方解石组成(98%);上盘粗、细角砾岩及下盘的细角砾岩含石英、白云石、方解石及粘土矿物,应为两盘岩石破碎并相互混染的结果;下盘粗角砾岩及砂岩原岩主要由石英和长石组成,含少量粘土矿物,为典型的杂砂岩破碎产物。值得注意的是,上盘灰岩原岩及下盘砂岩原岩均不含白云石,而断层角砾岩及脉体中含有大量白云石。另外,断层泥的粘土矿物含量最高,达到35%,矿物成分以伊蒙混层和绿泥石为主,且伊蒙混层的混层比在样品中亦最高。

表 1 北川擂鼓镇赵家沟剖面断层岩成分分析结果 Table 1 Fault rock composition analytical results of Zhaojiagou section at Leigu Town, Beichuan area

同位素分析结果如图 4所示,断层岩角砾颗粒的同位素明显区别于基质及脉体部分,前者的δ13C值大于-4‰。从单个手标本样品看(样品号4-4,黑色折线所示),其所含角砾、基质及脉体部分的δ13C呈明显的下降趋势,角砾的δ18O值(19.7‰~ 27.8‰)也大于基质和脉体(19‰~21‰),其中在断层泥附近发育的亮晶白云石脉体(样品号9-7)具有最低的δ13C和δ18O值(δ13C=-8.0‰,δ18O=19‰)。另外,角砾的δ18O值和δ13C值与图 4中灰岩原岩的数据点较一致,而砂岩样品数据点明显区别于断层岩样品和灰岩原岩。

图 4 不同部位样品碳氧同位素测试结果 Fig.4 Carbon and oxygen isotope analytical results of different parts
4 同位素分异模拟

稳定同位素地球化学能够提供流体的来源、水岩比及水岩相互作用的基本信息。由于正常海洋沉积物的δ13C同位素典型值为±2‰,颗粒-基质-脉体的δ13C同位素显示样品中非有机碳的来源并不是由碳酸盐原岩的简单溶解、沉淀作用而形成。相比碳酸盐原岩样品,断层岩样品尤其是断层主滑动面部位的样品明显亏损13C重同位素,这种典型的分异,必须要求有其他13C亏损的外源流体参与[5],或者其他同位素分馏过程[14]。以下分别从2个相关的机制进行模拟。

(1)同震热分解模型

地震在同震滑动过程中瞬间会产生大量的热,继而造成断层岩发生一系列化学过程,如部分熔融[15]、粘土分解[16]和去碳酸盐化[17]。根据最新的高速摩擦实验,同震碳酸盐分解是自然断层在高速地震运动中的普遍现象[18],其分解产生的纳米颗粒可对断层的滑动弱化起到明显的推动作用[19]。分解过程会导致产生的CO2重同位素(13C和18O)富集,而残留的碳酸盐矿物中的重同位素含量减少[20]。考虑到实验中分析的大量样品采自断层带的主滑动面附近,它们可能在汶川地震过程中经历过高温及碳酸盐分解过程,因此非常有必要验证同震过程的同位素分馏作用。

将大角砾颗粒(标本编号4-6,粒径大于5mm,δ13C =-1.9‰,δ18O =26.2‰)的同位素值近似为滑动带初始样品的成分。由热分解导致的同位素分馏过程可由以下方程表述:

${\delta _{\rm{f}}} = {\delta _{\rm{i}}} + 1000(F - 1)\ln (\alpha ) $

其中i和f分别为初始和最终的同位素,F是残留组分的含量,α是分馏系数[21]图 5给出了400℃和600℃条件下碳酸盐热分解所导致的同位素分馏结果,显示由同震热分解模型预测的δ13C值均明显高于实际测量结果。因此,单纯的热分解不能解释观测到的颗粒-基质-脉体的同位素演化趋势。

图 5 基于同位素结果的模拟分析 Fig.5 Simulation analysis based on isotope results (黑色粗线为基于同震热分解模型的计算结果;黑色细线及阴影区为水-岩相互作用模型的计算结果)

(2)水-岩相互作用模型

如果进入断层带的流体具有恒定的同位素组成[22-23],那么图 5中单个δ18O-δ13C数据点反映了外来流体与样品相互作用的程度[24-26]。大的角砾颗粒具有与围岩相近的同位素组成,与流体相互作用程度较小,基质和脉体部分由于与流体相互作用程度较大,或者直接由流体沉淀形成,具有更亏损的同位素组成,而伟晶脉体很大程度上代表了流体原始的同位素组成。总之,颗粒-基质-脉体之间同位素的差别可能有如下的模型解释:①外来流体进入断层,导致脉体的沉淀和基质的胶结,其中最亏损的样品为紧邻断层活动面的脉体(样品号9-7),它可能粗略代表流体本身的同位素组成(δ13C= -8.0‰,δ18O=19‰);②沉淀的流体和碎裂岩颗粒相互作用,一定程度上改变了其同位素组成。

从具有亏损13C同位素的来源分析,有以下几种可能:①地层中的有机质,地层中的有机质是最为普通的亏损13C同位素来源,可以为极亏损(可达-27.6‰)[27]。然而,根据剖面成分分析,没有证据指示赵家沟剖面附近有富含有机质的流体活动[10]。②地幔来源的流体,地幔流体的δ13C同位素典型值为-5‰[28],同样没有证据显示区域内有地幔流体活动,且实际测量的同位素值较地幔更亏损。③大气水来源,也是最可能的解释。

根据上述模型,大气降水来源的流体与碎裂颗粒达到平衡后,结晶形成脉体物质,通过质量守恒可以计算基质和脉体的同位素成分。在流体-颗粒界面,阳离子(如Ca2+)同时交换的颗粒和脉体物质的同位素达到平衡,意味着从流体中沉淀的脉体的同位素组成由流体和碎裂颗粒的同位素差决定。参考Zheng等[29]提出的质量平衡方程,控制流体-颗粒平衡及脉体沉淀的方程可以写成:

${{\rm{ \mathsf{ δ} }}^{{\rm{13}}}}{\rm{C}}_{{\rm{vein}}}^{\rm{f}} = {\delta ^{13}}{\rm{C}}_{{\rm{HC}}{{\rm{O}}_3}}^{\rm{i}} + 1000\ln\;\alpha _{^{{\rm{HC}}{{\rm{O}}_3}}}^{{\rm{vein}}} + {{\rm{ \mathsf{ γ} }}^{ - 1}}\left( {{{\rm{ \mathsf{ δ} }}^{13}}{\rm{C}}_{frag}^i - {{\rm{ \mathsf{ δ} }}^{13}}{\rm{C}}_{frag}^{\rm{f}}} \right) $
${{\rm{ \mathsf{ δ} }}^{18}}{\rm{O}}_{{\rm{vein}}}^{\rm{f}} = {\delta ^{18}}{\rm{O}}_{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}}^{\rm{i}} + 1000\ln\;\alpha _{{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}}^{{\rm{vein}}} + {{\rm{ \mathsf{ γ} }}^{ - 1}}\left( {{{\rm{ \mathsf{ δ} }}^{18}}{\rm{O}}_{frag}^i - {{\rm{ \mathsf{ δ} }}^{18}}{\rm{O}}_{frag}^{\rm{f}}} \right) $

式中假定HCO3-是流体中主要的携碳离子, i和f代表初始和最终的同位素组成, α是同位素分馏系数, γ是水岩比。大气水的初始同位素组成为δ13CHCO3i=-12‰, δ18OH2Oi=-7‰。根据文献研究, 70℃条件下, HCO3--CaCO3系统的δ13C分馏系数为1.4‰[30], H2O-CaCO3系统的δ18O分馏系数为20.7‰[31]。角砾颗粒的δ13C同位素变化(δ13Cfragi13Cfragf)为2.1‰, δ18O同位素的变化(δ18O fragi18Ofragf)为4.5‰~6.0‰(图 4)。模拟结果如图 5所示, 角砾颗粒和大气降水间的相互作用可以良好解释角砾岩基质和脉体的同位素特征, 且水岩比为0.15~0.20。

5 讨论与结论

矿物成分分析结果显示,汶川地震断层破碎带两侧围岩的主要矿物中不含白云石,而断层角砾岩和脉体中均含有白云石,且高达62%,暗示白云石的形成可能与断层带内流体的活动有关。地球化学研究指示,汶川地震断层带核部呈现出蒙脱石富集的特征,汶川地震科学深钻的断层泥样品也显示富含蒙脱石[32]。蒙脱石是富Mg的粘土矿物,其形成需要流体富含Mg离子,这与本文成分分析的结果一致。

显微结构分析显示,断层带内不同的脉体相互贯穿交错,角砾岩被多次胶结再改造,这些均指示地震断层带内多期次的流体活动。汶川地震断层带中13C亏损的碳酸盐脉体和胶结物极有可能在间震期形成,尤其是震后阶段。其间由于同震破裂,岩石大量破碎,断层“阀门”打开,形成深部的流体通道,深部的高压流体向上渗透,与浅部断层岩相互作用并沉淀于破裂带中。根据汶川地震断层渗透率的研究结果,震后断层带具宏观各向异性,断层在横向上由于断层泥和两侧围岩的阻碍难以渗透,流体活动主要集中于破碎的角砾岩带,且平行于断层面[12]。所以脉体的沉淀及胶结主要在断层破碎带内进行。随着沉淀及胶结作用的进行,断层逐渐愈合,为间震期孔隙压力积累创造条件。当孔隙压力及断层应力积累到一定程度,造成下一次破裂,形成另一个瞬态的流体流通通道。因此,同震脆性破裂和间震期的胶结愈合过程形成了一个地震周期中典型的“封闭”和“开放”的断层系统。

致谢: 中国地震局地质研究所陈建业博士在研究课题上给予了指导,山西省地质环境监测中心刘瑾高级工程师在论文修改过程中提出了宝贵意见和建议,审稿专家提出宝贵的修改意见,在此一并表示衷心的感谢。

参考文献
[1]
Li Y G, Vidale J E, Day S M, et al. Postseismic fault healing on the rupture zone of the 1999 M 7.1 Hector Mine, California, earthquake[J]. Bulletin seismological Society of America, 2003, 93(2): 854-869. DOI:10.1785/0120020131
[2]
Kitagawa Y, Fujirmori K, Koizumi N. Temporal change in permeability of the Nojima fault zone by repeated water injection experiments[J]. Tectonophysics, 2007, 443: 183-192. DOI:10.1016/j.tecto.2007.01.012
[3]
Xue L, Li H B, Brodsky E E, et al. Continuous permeability measurements record healing inside the Wenchuan Earthquake Fault Zone[J]. Science, 2013, 340(6140): 1555-1559. DOI:10.1126/science.1237237
[4]
Marone C. Laboratory-derived friction laws and their application to seismic faulting[J]. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 1998, 26(1): 643-696. DOI:10.1146/annurev.earth.26.1.643
[5]
Wang P L, Wu J J, Yeh E C, et al. Isotopic constraints of vein carbonates on fluid sources and processes associated with the ongoing brittle deformation within the accretionary wedge of Taiwan[J]. Terra Nova, 2010, 22(4): 251-256.
[6]
Gratier J P, Richard J, Renard F, et al. Aseismic sliding of active faults by pressure solution creep:Evidence from the San Andreas Fault Observatory at Depth[J]. Geology, 2011, 39(12): 1131-1134. DOI:10.1130/G32073.1
[7]
Hickman S, Sibson R, Bruhn R. Introduction to special section:Mechanical involvement of fluids in faulting[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 1995, 100(B7): 12831-12840. DOI:10.1029/95JB01121
[8]
Kanagawa K, Cox S F, Zhang S. Effects of dissolution precipitation processes on the strength and mechanical behavior of quartz gouge at high-temperature hydrothermal conditions[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2000, 105(B5): 11115-11126. DOI:10.1029/2000JB900038
[9]
Yasuhara H, Marone C, Elsworth D. Fault zone restrengthening and frictional healing:The role of pressure solution[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2005, 110(6): 10-1029.
[10]
Chen J Y, Yang X S, Duan Q B, et al. Importance of thermochemical pressurization in the dynamic weakening of the Longmenshan Fault during the 2008 Wenchuan earthquake:Inferences from experiments and modeling[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2013, 118(8): 4145-4169.
[11]
Yang T, Chen J, Wang H, et al. Rock magnetic properties of fault rocks from the rupture of the 2008 Wenchuan earthquake, China and their implications:Preliminary results from the Zhaojiagou outcrop, Beichuan County (Sichuan)[J]. Tectonophysics, 2012, s530-531(2): 331-341.
[12]
陈建业, 杨晓松, 党嘉祥, 等. 汶川地震断层带结构及渗透率[J]. 地球物理学报, 2011, 54(7): 1805-1816. DOI:10.3969/j.issn.0001-5733.2011.07.014
[13]
Zhang L, He C. Frictional properties of natural gouges from Longmenshan fault zone ruptured during the Wenchuan Mw7.9 earthquake[J]. Tectonophysics, 2013, 594(3): 149-164.
[14]
Shieh Y N, Taylor H P. Carbon and hydrogen isotope studies at contact metamorphism in the Santa Rosa Range, Nevada and other areas[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1969, 20(4): 306-356. DOI:10.1007/BF00373303
[15]
Hirose T, Shimamoto T. Growth of molten zone as a mechanism of slip weakening of simulated faults in gabbro during frictional melting[J]. Journal of Geophysical Research Solid Earth, 2005, 110(B5): 147-155.
[16]
Hirono T, Fujimoto K, Yokoyama T, et al. Clay mineral reactions caused by frictional heating during an earthquake:An example from the Taiwan Chelungpu fault[J]. Geophysical Research Letters, 2008, 35: L16303. DOI:10.1029/2008GL034476
[17]
Han R, Shimamoto T, Hirose T, et al. Ultralow friction of carbonate faults caused by thermal decomposition[J]. Science, 2007, 316(5826): 878-881. DOI:10.1126/science.1139763
[18]
Hirono T, Ikehara M, Otsuki K, et al. Evidence of frictional melting from disk-shaped black material, discovered within the Taiwan Chelungpu fault system[J]. Geophysical Research Letters, 2006, 33(19): 677-688.
[19]
Di Toro G, Han R, Hirose T, et al. Fault lubrication during earthquakes[J]. Nature, 2011, 471(7339): 494-498. DOI:10.1038/nature09838
[20]
De Paola N, Chiodini G, Hirose T, et al. The geochemical signature caused by earthquake propagation in carbonate-hosted faults[J]. Earth and Planet Science Letters, 2011, 310(3): 225-232.
[21]
Sheppard S M, Schwarcz H P. Fractionation of carbon and oxygen isotopes and magnesium between coexisting metamorphic calcite and dolomite[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1970, 26(3): 161-198. DOI:10.1007/BF00373200
[22]
Hausegger S, Kurz W, Rabitsch R, et al. Analysis of the internal structure of a carbonate damage zone:Implications for the mechanisms of fault breccia formation and fluid flow[J]. Journal of Structural Geology, 2010, 32(9): 1349-1362. DOI:10.1016/j.jsg.2009.04.014
[23]
Molli G, Cortecci G, Vaselli L, et al. Fault zone structure and fluidrock interaction of a high angle normal fault in Carrara marble (NW Tuscany, Italy)[J]. Journal of Structural Geology, 2010, 32(9): 1334-1348. DOI:10.1016/j.jsg.2009.04.021
[24]
Kirschner D L, Kennedy L A. Limited syntectonic fluid flow in carbonate-hosted thrust faults of the Front Ranges, Canadian Rockies, inferred from stable isotope data and structures[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2001, 106(B5): 8827-8840. DOI:10.1029/2000JB900414
[25]
Pili E, Poitrasson F, Gratier J P. Carbon-oxygen isotope and trace element constraints on how fluids percolate faulted limestones from the San Andreas Fault system:partitioning of fluid sources and pathways[J]. Chemical Geology, 2002, 190(1/4): 231-250.
[26]
Pili E, Kennedy B M, Conrad M. E, et al. Isotopic evidence for the infiltration of mantle and metamorphic CO2-H2O fluids from below in faulted rocks from the San Andreas Fault System[J]. Chemical Geology, 2011, 281(3/4): 242-252.
[27]
Hellings L, Dehairs F, Tackx M, et al. Origin and fate of organic carbon in the freshwater part of the Scheldt Estuary as traced by stable carbon isotope composition[J]. Biogeochemistry, 1999, 47(2): 167-186.
[28]
Ballentine C, O'Nions R K. The use of natural He, Ne and Ar isotopes to study hydrocarbon-related fluid provenance, migration and mass balance in sedimentary basins[J]. Geological Society Special Publication, 1994, 78(1): 347-361.
[29]
Zheng Y F, Hoefs J. Carbon and oxygen isotopic covariations in hydrothermal calcites[J]. Mineralium Deposita, 1993, 28(2): 79-89.
[30]
Ohomoto H, Rye R O. Isotopes of sulfur and Carbon, in Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits, edited by H. L. Barnes[M]. New York: Wiley, 1979: 509-567.
[31]
O'Neil J R, Clayton R N, Mayeda T K. Oxygen Isotope Fractionation in Divalent Metal Carbonates[J]. Journal of Chemical Physics, 1969, 51(12): 5547-5558. DOI:10.1063/1.1671982
[32]
Chen J Y, Yang X S, M a, S L, et al. Mass removal and clay mineral dehy-dration/rehydration in carbonate-rich surface exposures of the 2008 Wenchuan Earthquake fault:geochemical evidence and implications for fault zone evolution and coseismic slip[J]. Journal of Geophysical Research:Solid Earth, 2013, 118(2): 474-496. DOI:10.1002/jgrb.50089