内蒙古杨树林剖面断层泥特征及其对断层活动的指示意义

李耀宗，李本仙，孟杰, ，朱彤，王晓峰，刘晓旸,3，施伟光

1.吉林大学 地球科学学院，长春 130061；2.哈尔滨师范大学 地理科学学院，哈尔滨 150025；3.吉林大学 无机合成与制备化学国家重点实验室，长春 130012；4.东北石油大学 化学化工学院石油与天然气化工省重点实验室，黑龙江 大庆 163318

0 引言

地质体受地应力作用而发生破裂并沿破裂面滑动形成断层，这是在地壳中广泛出现的一种重要的构造类型。对于断层的研究早已开展多年，随着不同断层类型的发现，研究方法的不断创新，研究内容的不断深入，学者们也不断提出新的断层理论，与此同时随着科学技术的发展，对断层的研究开始走向宏观更宏、微观更微的道路[1]。断层研究在区域地质结构演化，探索地震、滑坡和火山等自然灾害，区域成矿与控矿和工程地质等领域意义重大。断层泥是断层活动的重要信息载体，是断层研究的重要部分。通过对断层泥的研究可以了解断层的活动方式和断层内部物理化学环境等信息[2-5]。

在断层活动过程中，断层两盘相对滑动会产生热量造成断层内部温度的升高[6]，这种现象通常被称为同震摩擦升温效应。同震摩擦升温会造成断层的热增压，改变断层的物理化学条件，从而导致断层摩擦性质的变化进而影响断层活动方式。同震摩擦升温在断层年代学研究中也有着举足轻重的地位[7]。同震升温是断层同震滑动研究中的一个重要方面，对于了解断层活动机制十分重要。在断层年代学研究中，常利用热释光(TL)、电子自旋共振(ESR)、裂变径迹法(FT)、K/Ar测年等方法对活动断层的断层泥进行测年分析。其基本原理是断层物质中的一些信号或物质可以随时间积累，但是断层活动引起的构造热可使已经积累的信号或物质释放回零(即退火)，通过测量重新积累的信号或物质可以推算构造事件发生的时间。可见退火程度决定了利用不同方法进行断层泥测年的准确性。同震摩擦升温研究可以对断层物质退火程度进行估测，从而判断断层泥测年结果的可信程度。

同震摩擦升温通常会在断层滑动带附近留下2类证据：一类是断层物质熔融形成的玻化岩石；另一类是同震化学反应残留，如碳酸盐的热分解、含水硅酸盐破坏分解以及顺磁性矿物热分解[8-11]等。前人采用多种方法利用断层物质对同震摩擦升温进行了研究，如镜质体反射率、磁性分析、微量元素分析和方解石拉长状流体包裹体[12-15]等。但是，除去方解石中拉长状流体包裹体测温以外，其他方法均只能用于温度升高超过350℃的热事件。方解石中拉长状流体包裹体测温法虽可解释50℃～150℃内温度的小幅升高[15]，但是这种方法是否可行完全取决于能否得到方解石包裹体样品，局限性比较大。因此，寻找应用更为广泛的可以记录由于同震摩擦造成的断层带内温度小幅升高的方法变得尤为重要。

近年来，学者们将目光转移到黏土矿物上，因为黏土矿物分布广泛且对外界环境十分敏感，地质上通常利用黏土矿物作为地质温度计来反映沉积盆地古地温情况，其中应用最为广泛的是伊蒙混层矿物。但是在前人的研究中，将黏土矿物应用于度量断层活动温度的研究较少，仅少量学者将其用于断层同震摩擦升温领域研究[15]。

断层在运动过程中常伴随着变质作用的发生[16]，当变质程度较低时，会造成断层泥中黏土矿物发生成分和结构的变化，通过这些变化特征可以推测黏土矿物发生变化时的温度。张秉良等[17]利用伊利石结构多型推测了云南省小湾水电站断层泥中伊利石形成的温度环境； Kameda et al.[18]利用绿泥石成分温度计获得了Mugi Melange中的一个断层同震摩擦升温的温度；孟杰等[19]利用绿泥石成分温度计研究了大杨树盆地泥盆系泥鳅河组断层泥的摩擦温度特征。但是与黏土矿物在沉积盆地内的研究相比，断层泥中黏土矿物特征方面的相关研究依然很匮乏。笔者以水泉子沟—天山口断裂带杨树林剖面(图1)为研究对象，利用断层泥中伊蒙混层黏土矿物和石英微形貌特征，判断杨树林剖面断层活动特征并利用黏土矿物地质温度计，估算了该断层同震摩擦过程中的温度小幅升高的情况。

1 样品采集与研究方法

杜龙等[20]利用遥感影像结合野外调查在研究2003年发生于内蒙古巴林左旗的5.9级地震时，发现了水泉子沟—天山口断裂带的存在。对杨树林剖面的断层泥测年表明该剖面所在断裂年龄为602±60 Ka，为一条中更新世早期活动断裂。水泉子沟—天山口断裂带分为两段，分别是NWW向的水泉子沟—西山湾段和NW向的杨树林—天山口段，杨树林剖面位于阿鲁科尔沁旗西北部，坐标点为43°53′29″N， 119°59′38″E，归属于NW向的杨树林—天山口段。笔者选取杨树林剖面作为研究对象，经野外实测得到该剖面的产状为255°∠74°，上下盘断层面上发现有碳质薄膜，同时断层周围还发育有羽状节理(如图2a所示)，羽状节理与断层下盘交角为20°～40°，结合野外观测判断此断层为逆断层。杨树林剖面断层带错断晚侏罗世安山岩，形成了一条宽0.1～0.5 m不等的断层泥带。为排除样品风化等因素的影响，先去除10 cm±的风化表层，然后在垂直断层面方向上通过等间距采样的方法采集断层泥样品，每个样品规格为5 cm×5 cm，单个样品至少200 g，并以这种方法采取8个断层泥样品，同时沿断层面采集围岩样品一块，采样位置如图2b所示，断层泥样品从左到右分别命名为3.1-3.8，围岩样品命名为YY。

为方便后续研究，实验室内将断层泥样品研磨至200目以下，采用悬浮法提取黏土矿物样品，并利用X-射线衍射分析(XRD)和X-射线荧光光谱分析(XRF)对断层泥和黏土矿物样品进行物相分析及主量元素分析，从原始断层泥样品中挑选石英颗粒，并利用扫描电镜(SEM)对石英微形貌分析，测试工作均在吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室进行。

2 测试与分析

2.1 断层泥矿物组合特征

前人[20]对杨树林剖面做了一系列的研究工作，研究方向多集中在断层地质现象的基本描述以及断层泥测年方面，而对剖面中断层泥矿物组合特征缺少较为细致的研究。为进一步探究杨树林剖面中断层泥矿物的含量及组合特征，本文对所采集的8个断层泥样品进行X-射线粉末衍射分析(XRD)测试，并对测试结果进行定性与半定量分析。

样品的X-射线粉末衍射谱图如图3所示，通过样品X-射线粉末衍射谱图显示，断层泥样品中的矿物均以黏土矿物、石英、斜长石和褐铁矿为主，样品间仅含量略有差别。根据X-射线粉末衍射谱图进一步定量计算，得到断层泥样品中各矿物相对含量(表1)，结果显示，断层泥样品中斜长石含量最高(24.66%～54.76%，平均为42.86%)，黏土矿物次之(20.17%～36.15%，平均为26.65%)，石英再次(10.85%～35.01%，平均为15.70%)，褐铁矿最少(13.05%～16.79%，平均为14.79%)。

CM.黏土矿物；Q.石英；Pl.斜长石；Lm.褐铁矿。图3 杨树林剖面断层泥样品(原岩)的X--射线粉末衍射图谱Fig.3 X-ray powder diffraction patterns of fault gouge samples (protolith rocks) in Yangshulin profile

在垂直断层面方向上断层泥样品中黏土矿物的含量趋势表明，靠近断层上盘样品的黏土矿物含量(样品3.2-3.5)为28%±，可以作为一个整体看待；在垂直断层面方向上，黏土矿物含量特征表现为靠近断层面上下盘样品3.2附近和样品3.7各有一个峰值点。

表1 杨树林剖面断层泥样品(原岩)矿物组合及含量

Table 1 Mineral compositions and contents of fault gouge samples in Yangshulin profile

样品编号黏土矿物/%石英/%斜长石/%褐铁矿/%3.123.8135.0124.6616.523.227.4012.1444.7215.743.328.4911.4045.4314.673.427.4112.2646.5213.803.528.1811.4947.2813.053.620.1710.8554.7614.223.721.5615.6546.0016.793.836.1516.8333.5313.49平均26.6515.7042.8614.79

段庆宝等[21]对金河磷矿断层带的研究中发现，越靠近断层滑动带时黏土矿物含量越高；杨晓松等[22]在研究中也发现了类似的黏土矿物在断层带的分布现象。由此可见，黏土矿物的含量分布可以用来指示断层滑动带的位置。袁仁茂等[23]对北川—映秀断裂北段断层泥的研究认为，同震滑动会局限在一个非常窄的地带，而本文所研究的断层在活动时滑动带处于断层泥中的某个窄带里。综上所述，本文中黏土矿物的含量峰值点可能指示了断层泥中断层滑动带所在的位置。

2.2 断层泥中黏土矿物特征

为进一步确定黏土矿物的物相及含量，分别制作黏土矿物自然定向片(N)、乙二醇饱和片(EG)和高温片(H)。取0.02 g的断层泥样品，加入1 mL去离子水，在超声波中将其分散10 min并静置5 min，用滴管将黏土矿物悬浮液滴到载玻片上，自然风干后制成自然定向片(N)；将自然定向片(N)置于60℃乙二醇饱和蒸汽氛围下饱和8 h，制成乙二醇饱和片(EG)；将乙二醇饱和片(EG)置于550℃条件下加热3 h，自然冷却至室温，获得高温片(H)。自然定向片(N)、乙二醇饱和片(EG)和高温片(H)在制成后立即对其进行相应的X-射线粉末衍射分析(XRD)。

通过对黏土矿物样品定向片的XRD测试发现(图4)，所有样品的自然定向片(N)均在1.0～1.54 nm之间出现了黏土矿物的特征峰；而经过乙二醇饱和后，样品在1.0～1.54 nm的特征峰消失，但在1.66～1.69 nm处出现了特征衍射峰；经高温处理后，之前乙二醇饱和片(EG)中出现的1.66～1.69 nm处的衍射峰消失，而在1.0 nm±处出现衍射峰。上述X-射线粉末衍射研究表明，断层泥中黏土矿物样品均以伊蒙混层矿物(I/S)为主。

自然界普遍存在蒙脱石(S)到伊利石(I)的一系列矿物变化，转化序列通常为蒙脱石(S)-无序伊蒙混层矿物(S/I)-有序伊蒙混层矿物(I/S)-伊利石(I)[24]，伊蒙混层矿物(I/S)是蒙脱石(S)转变为伊利石(I)过程中的中间态。伊蒙混层矿物(I/S)中根据伊利石间层比(I%)含量的不同，又可以被划分成为不同类型的间层矿物[25](表2)，这里R代表间层矿物序列中重复出现同种晶层所必须间隔的层数。

表2 伊蒙混层矿物中伊利石层含量与混层黏土矿物性质关系

Table 2 Relationship between content of illite in illite-smectite mixed-layer and properties

间层类型伊利石层含量/%无序间层矿物(S/I)R=0型0～50有序间层矿物(I/S)R=1型(IS型)50～85R=3型(ISII型)>85

根据黏土矿物X-射线粉末衍射谱图，并结合《中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5163-6010》[26]计算样品内伊蒙混层矿物中伊利石间层比，所得结果如表3所示。由表3可知，伊蒙混层矿物里伊利石间层比为18%～27%，平均为21%，表现为无序伊蒙混层矿物。

表3 杨树林剖面断层泥样品中伊蒙混层矿物中伊利石间层比

Table 3 Illite ratio in illite-smectite mixed-layers of fault gouge samples in Yangshulin profile

样品号3.13.23.33.43.53.63.73.8伊利石间层比/%1823181824242719

a.3.1；b.3.2；c.3.3；d.3.4；e.3.5；f.3.6；g.3.7；h.3.8。图4 杨树林剖面断层泥样品中各黏土矿物X--射线粉末衍射谱图Fig.4 X-ray powder diffraction patterns of clay minerals in fault gouge samples in Yangshulin profile

蒙脱石经由伊蒙混层最终转化为伊利石的影响因素很多，但最主要的因素是温度[27]，很多学者据此建立了伊蒙混层的形成与温度之间的关系。

本文采用Atsuyuki et al.[28]在2004年对安山岩区断裂带中的伊蒙混层矿物进行研究时，建立的伊蒙混层矿物伊利石间层比-温度图解。获得伊蒙混层矿物中伊利石间层百分含量，将其投影至伊蒙混层矿物伊利石间层比-温度图解中(图5)，得到各伊蒙混层矿物的形成温度(表4)，伊蒙混层矿物伊利石层间比最低的是18%，最高的是27%，分别对应的形成温度是140℃与160℃。

图5 伊蒙混层中伊利石比例与温度关系图Fig.5 Cross plotting of illite ratio in illite-smectite mixed layers and temperature

表4 断层泥样品中伊蒙混层矿物的形成温度

通过对杨树林剖面断层泥样品中伊蒙混层矿物形成温度的观察，发现黏土矿物形成温度在垂直断层面方向上有两个峰值(153℃和160℃)，分别在靠近上盘的样品3.2和靠近下盘的样品3.7。此趋势与黏土矿物含量在垂直断层面方向上的变化趋势相似，这表明蒙脱石伊利石化程度与断层活动存在一定的相关性。

2.3 化学特征分析

为进一步研究断层活动对断层内部矿物化学元素的影响，笔者利用X-射线荧光光谱对8个垂直断层面的断层泥及1个围岩(YY)粉末样品进行了化学元素含量分析,其中样品3.8测试结果只有SiO2，与XRD测试结果、显微光学特征及野外观察现象严重不符，视为测试失败，不在文中讨论。

X-射线荧光光谱分析结果如表5所示，断层泥中的元素含量主要分为3个级别：第一个级别：含量50%±，为SiO2(48.923%～56.428%，平均51.991%)；第二个级别：含量在10%～20%，有Al2O3(15.882%～18.909%，平均17.705%)，Fe2O3(11.325%～17.735%，平均14.746%)；第三个级别：含量在1%～10%，有CaO(3.481%～5.454%，平均4.847%)，Na2O(3.283%～3.880%，平均3.497%)，TiO2(2.552%～2.875%，平均2.753%)，MgO(1.980%～2.668%，平均2.341%)，K2O(1.959%～2.363%，平均2.124%)。断层泥及围岩样品的SiO2含量特征表明断层泥的原岩为中性岩，与围岩安山岩对应。

断裂带是流体活动集中的场所，伴随着强烈的水岩反应，流体作用会导致断裂带中化学性质活泼的元素被带走，留下化学性质相对稳定的元素[29-30]，可以利用断裂带内化学元素的变化判断水岩反应程度。表5显示，断层泥与围岩样品中化学性质活泼元素，与水岩反应相关的元素(如K、Mg等)含量变化均在1%以内，波动不明显，表明该剖面断层带内水岩反应程度较低。

2.4 石英微观形貌观察

断层泥中石英微形貌通常有2种特征：①应力微形貌，可以反映断层的滑动方式；②溶蚀微形貌，反映的是石英经历的溶蚀风化条件，与断层活动年代相关[31-33]。断层活动在石英颗粒表面留下应力微形貌，当活动终止，溶蚀作用会在应力微形貌的基础上与石英颗粒作用形成溶蚀微形貌[34-35]。石英性质稳定，抗溶蚀风化能力强，其表面溶蚀程度与时间呈正相关关系，可通过石英颗粒表面微形貌获得断层的相对活动年代信息[36]。Kanaori et al.[33]将石英微形貌分为5类(图6)，分别对应不同断层泥形成时间。

表5 断层泥与围岩样品主量元素含量

图6 断层泥中石英微形貌与活动时间关系图(据文献[33]修改)Fig.6 Relationship between micro-morphology of quartz in fault gouge and active ages

根据滑移方式的不同，前人将石英颗粒表面的应力微形貌分为2种：①具贝壳状、放射状、阶步状断口和撞击楔形坑等碎裂痕微形貌，代表的是黏滑滑移[36-37]；②宏观呈较高磨圆度，微观表面可见勺状擦痕、X形交错状裂纹和丁字擦痕等形貌特征，代表的是蠕滑滑移[38-39]。

为分析杨树林断层剖面的断层活动特征，笔者对原始断层泥样品中分离出来的石英颗粒进行扫描电镜(SEM)形貌观察(图7a、b)。两张图像中均能看到溶蚀现象，矿物边缘存在不同程度的圆化，图7中白色箭头1、3所示为桔皮状溶蚀微形貌，表示断层泥的形成时代为中更新世到早更新世，与杜龙[20]所确定的断层为中更新世早期活动断层结论相符合，同时扫描电镜图像中没有发现新

图7 断层泥样品中石英颗粒扫描电镜图像Fig.7 Scanning electron microscopy images of quartz grains in fault gouge samples

生的应力微形貌特征，表明断层在更新世以后活动较少。断层泥中的石英颗粒磨圆度并不高，同时出现碎裂痕微形貌特征，如箭头2、4所示阶步状碎裂痕迹及箭头5所示的撞击坑，表现出黏滑滑移的特点，这初步表明断层活动方式以黏滑为主。

3 讨论

3.1 断层活动特征讨论

断层的活动方式通常有2种：蠕滑和黏滑。通常蠕滑代表无震事件，而黏滑代表地震事件，研究断层活动方式对探讨地震与断层活动行为之间的关系，以及对地震监测与地震烈度的区划等有着重要意义[40]。通过石英颗粒扫描电镜(SEM)照片发现本断层经历了以黏滑为主的事件，未表现出明显的蠕滑特征；同时对断层泥以及黏土矿物样品的X-射线粉末衍射分析得知，断层泥样品中的黏土矿物都为伊利石化程度较低的伊蒙混层矿物。在前人的研究中，断层泥中的蒙脱石为蠕滑产物，伊利石为黏滑产物[41-42]。由于伊利石是蒙脱石发生伊利石化的最终产物，造成其中差别的原因之一可能是因为黏滑与蠕滑所造成的断层温度异常情况不同。黏滑事件使断层快速错断产生的温度较高，能够满足伊利石的形成条件，而蠕滑事件不能造成显著的热事件[23]，不能使蒙脱石发生伊利石化。杨树林剖面所在的断层中的黏土矿物为伊蒙混层矿物，可能是断层在该剖面处发生的断裂活动事件并不强烈，断层摩擦产生的温度不足以使蒙脱石全部发生伊利石化。

Slemmons et al.[43]在前人研究的基础上指出，断层活动强度与断层活动速率、大地震重复时间间隔以及地表累计位移量有关。杜龙等[20]对杨树林剖面的断层泥测年研究表明该断层为一条中更新世早期的活动断层。本文中石英微形貌特征研究表明更新世以后断层活动较少，可以判断该断层的活动强度不高。前人通过研究发现断裂活动强度与断裂中的水岩反应程度有关[44-45]，断层活动强度不高指示断裂中的水岩反应程度不高，这与本文对断层泥及围岩样品的化学成分分析得到的结论一致。同时，断裂带中的黏土矿物多是水岩反应的产物[46]，断层泥样品中黏土矿物的含量偏低也指示断层泥经历的水岩反应程度不高。

3.2 黏土矿物转化温度讨论

蒙脱石的伊利石化主要是指蒙脱石内硅氧四面体发生部分铝硅替代，同时层间脱水形成伊利石的反应。影响该反应的因素主要有温度、时间、压力、流体成分及含量、原蒙脱石成分及寄主岩岩性[27]和层间有机物[19, 47]等。其中，在多数情况下蒙脱石伊利石化进程最重要的影响因素是温度[27]。许多学者据此通过分析不同地质背景下的伊蒙混层矿物建立了不同的地质温度计，这类温度计主要有3种：①给出蒙脱石-无序伊蒙混层矿物-有序伊蒙混层矿物-伊利石转化序列各变化节点的温度[48]；②建立伊蒙混层矿物间层比-温度图解[49]；③建立动力学公式[50]。蒙脱石的伊利石化不仅出现在埋藏条件下，还会出现在断裂条件下，通常利用这些地质温度计来恢复沉积盆地古地温[51]。基于前人对伊蒙混层矿物地质温度计的研究，可以分析断层泥中伊蒙混层矿物的形成温度，进而研究断层活动时内部温度变化情况。

本文利用Atsuyuki et al.[28]建立的伊蒙混层矿物伊利石间层比-温度图解，对断层泥中伊蒙混层矿物的形成温度进行投图计算，得到断层泥中伊蒙混层矿物的形成温度为150℃±。

前人对蒙脱石伊利石化做了详尽的研究，并给出了蒙脱石-伊利石转化序列各转化节点的温度数据，Aoyagi和Kazama[52]指出蒙脱石转变为伊利石的温度为137℃；汪辑安等[53]研究认为，蒙脱石在125℃时转变为伊利石。但是在本文中，蒙脱石在150℃±时刚形成无序伊蒙混层矿物，明显大于前两者获得的蒙脱石向伊利石转化的温度，本研究结果与季俊峰等在新西兰发现的285℃下存在的无序伊蒙混层矿物相吻合[54]。可能的原因有2种：①与火山岩相关的地区岩石蚀变形成的蒙脱石多为蒙脱石亚族中的蒙脱石(种)，而对于蒙脱石(种)，由于其层间电荷偏低，不易固定K+，因而不易向伊利石转化[55]；②断层中水岩反应程度较弱抑制了蒙脱石伊利石化的进行。

3.3 同震摩擦升温与黏土矿物转化的关系

断层活动过程中由于同震摩擦温度响应而导致的断层内部温度异常，通常会引起断层带内矿物发生变化。蒙脱石会受断层活动的影响而脱去层间水分子，Ranson et al.[56]对怀俄明钠蒙脱石的研究表明，每mol蒙脱石层间含有4.5 mol水分子，可以为蒙脱石发生伊利石化提供流体环境。断层的活动方式主要有4种：①在几秒内发生突然破裂释放大量能量；②在100 s～3 h的时间内以缓慢地震的形式活动；③持续几个小时至几天进行准静态蠕动；④以蠕滑方式活动[57]。本文中杨树林剖面所在的断层除去伊蒙混层矿物无指示更高温度的矿物形成，结合断层活动方式是黏滑滑移，可以推测断层可能以缓慢地震的方式活动。Hirono et al.[11]综合前人研究成果绘制了黏土矿物反应持续时间与温度关系的图像(图8)，图中可以看到在低温(<200℃)情况下，蒙脱石可以在1 000 s以内完成脱水作用，这意味着在缓慢地震的前提下，本断层可以在地震过程中使蒙脱石完成脱水为蒙脱石伊利石化进程提供反应所需的流体环境。

实心符号代表实验结果；空心符号代表经动力学公式推算结果。图8 黏土矿物反应持续时间与温度关系图(据文献[11]修改)Fig.8 Relationship between durations of clay mineral reactions and temperature

如图8所示，在200℃和5.7 mol/L钾离子浓度的条件下，蒙脱石的伊利石化反应时间>108s；而当钾离子的含量更小时，反应时间更慢。同震摩擦能够引起断层带内的温度异常，但这种异常会在较短的时间内向环境逸散，并伴随着流体含量与钾离子浓度等物理化学条件的变化；这样营造的物理化学环境有利于蒙脱石发生伊利石化，却不能使反应充分进行，这也是本文中蒙脱石伊利石化程度不高的原因。同时，如前所述该断层水岩反应程度不高，表明在断层演化过程中流体活动并不强烈，不利于蒙脱石伊利石化反应的进行，因而可以推测，本文中蒙脱石伊利石化的发生主要受断层活动的影响。

黏土矿物对环境变化十分敏感，可对十分微小的温度变化做出反应。因此，断层活动过程中，同震摩擦所造成的温度升高可以被新生的伊蒙混层矿物记录，那么黏土矿物形成温度的峰值点可以指示断层滑动面所在的位置。在本文中，垂直断层面方向上的伊蒙混层矿物的形成温度变化规律与黏土矿物含量趋势相对应，表明伊蒙混层矿物形成温度峰值所在的位置在断层滑动面附近。

断层带中伊蒙混层矿物的存在，同样也表明断层带内当时的物理化学环境适合蒙脱石伊利石化反应的进行，而这个反应最重要的影响因素是温度[27]。断层带内的温度在蒙脱石伊利石化反应发生时可能受到不同因素的影响，如环境温度、热液和同震摩擦升温等。由于杨树林剖面所在的断层是一条中更新世早期活动断裂，本区自更新世以后很少有关于岩浆活动的记载，可以排除高温热液对断层物质的影响。

研究表明，同震摩擦升温效应影响的范围十分有限，往往只分布在很薄的滑移带内，形成以断裂带为中心的高温条带[58-59]，这会造成垂直断层面方向上的温度变化，最终被新生矿物记录。本文中伊蒙混层矿物形成温度在垂直断层面方向上有明显的起伏变化，且伊蒙混层矿物形成温度峰值所在的位置在断层滑动面附近，表明蒙脱石伊利石化过程中可能经历了同震摩擦升温作用的影响。

综上分析，黏土矿物转化可能受到了同震摩擦升温作用的影响。前人已经证明同震摩擦升温作用可以影响黏土矿物的转化，如Bos[16]的摩擦实验表明同震摩擦升温可以改变黏土矿物的成分；党嘉祥[60]及袁仁茂[23]对汶川地震断层泥野外实例的研究也证明了同震升温可导致黏土矿物发生转化，都与本文得出的结论一致。

因此，本文中伊蒙混层矿物的形成温度可以反应同震摩擦升温情况。伊蒙混层形成温度的研究表明，伊蒙混层矿物的形成温度为140℃～160℃，最高温度与最低温度相差20℃，该温度值代表了同震摩擦造成断层内部温度小幅升高的情况。

4 结论

(1)水泉子沟—天山口断裂带杨树林剖面所在的位置经历了黏滑滑移，其断层活动强度较弱，水岩反应程度不高。

(2)杨树林剖面断层泥中黏土矿物主要为伊蒙混层矿物，其形成温度为140℃～160℃。

(3)垂直于断层面方向上蒙脱石伊利石化趋势与断层泥中黏土矿物含量趋势的相似性表明蒙脱石伊利石化可能受到了同震摩擦升温的影响，蒙脱石伊利石化形成温度可以反应同震摩擦升温情况。

(4)伊蒙混层矿物形成温度上下限的差值为20℃，这代表了同震摩擦造成的断层内部温度小幅升高情况。

致谢感谢吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室在本文测试工作中给予的帮助，感谢张俊程硕士在文章撰写过程中提出的宝贵意见。