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Journal of Geophysical Research-Solid Earth:葉蛇紋石(shi)的(de)變形及其地質意(yi)義

作(zuo)為俯沖帶最重要(yao)的(de)(de)(de)一種含(han)水礦(kuang)物,葉蛇(she)紋(wen)(wen)石(shi)具(ju)有許多重要(yao)的(de)(de)(de)地球動(dong)力學意義。然而,低的(de)(de)(de)脫水溫(wen)度和復雜的(de)(de)(de)晶(jing)體結(jie)構使得人們(men)仍然沒有很(hen)好的(de)(de)(de)理解(jie)葉蛇(she)紋(wen)(wen)石(shi)奇特的(de)(de)(de)流變性質(zhi)及其與俯沖帶中源地震之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)關系。

在(zai)(zai)(zai)地震(zhen)動(dong)力(li)學國家重點實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室資助下,中科院廣州地化(hua)所邵同賓博士(shi)與(yu)(yu)合作(zuo)者(zhe)周永勝,宋茂雙(shuang),馬璽,張雷(lei),姚(yao)文明,黨(dang)嘉祥,李建峰等(deng),利(li)用(yong)構造(zao)物理(li)實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)室的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Griggs型熔融(rong)鹽固體介質(zhi)三軸高(gao)(gao)(gao)溫高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)巖石(shi)(shi)力(li)學實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)設備,對(dui)面理(li)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)貧鐵葉蛇紋石(shi)(shi)(岫(xiu)玉)進(jin)行了(le)一系列變(bian)(bian)形(xing)實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan),并利(li)用(yong)掃(sao)描電(dian)鏡(jing)對(dui)實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)產物的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀結構進(jin)行了(le)分(fen)析。研(yan)究(jiu)發(fa)(fa)(fa)(fa)現應(ying)力(li)指數隨溫度或壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)升高(gao)(gao)(gao)而(er)降低(圖1),所有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)表(biao)(biao)現出(chu)穩(wen)(wen)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)斷層滑(hua)(hua)(hua)移,因此(ci)(ci)脫(tuo)水沒(mei)有直(zhi)接觸發(fa)(fa)(fa)(fa)地震(zhen),而(er)且在(zai)(zai)(zai)冷俯沖(chong)帶葉蛇紋石(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)其(qi)穩(wen)(wen)定(ding)域內(nei)并不(bu)能夠發(fa)(fa)(fa)(fa)生韌(ren)-脆(cui)性轉變(bian)(bian)而(er)觸發(fa)(fa)(fa)(fa)地震(zhen)。先前(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)明滑(hua)(hua)(hua)石(shi)(shi)或類(lei)滑(hua)(hua)(hua)石(shi)(shi)相(xiang)可(ke)能會減小樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)速率依賴(lai)性,因此(ci)(ci),我們提出(chu)在(zai)(zai)(zai)冷俯沖(chong)帶,剪(jian)切(qie)帶核部細粒(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)葉蛇紋石(shi)(shi)可(ke)能會通過(guo)(guo)在(zai)(zai)(zai)剪(jian)切(qie)過(guo)(guo)程中產生滑(hua)(hua)(hua)石(shi)(shi)相(xiang)來觸發(fa)(fa)(fa)(fa)地震(zhen)。顯微(wei)(wei)結構觀察表(biao)(biao)明(圖2),樣(yang)(yang)品(pin)不(bu)僅發(fa)(fa)(fa)(fa)育(yu)了(le)由(you)膝折、原始面理(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)彎曲以及團聚狀納米顆粒(li)(li)等(deng)指示(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)韌(ren)性變(bian)(bian)形(xing),而(er)且發(fa)(fa)(fa)(fa)育(yu)了(le)Riedel剪(jian)切(qie)、粉碎和顯微(wei)(wei)破裂等(deng)脆(cui)性特征。因此(ci)(ci),樣(yang)(yang)品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)形(xing)由(you)半脆(cui)性機(ji)制(zhi)控制(zhi)。我們還發(fa)(fa)(fa)(fa)現葉蛇紋石(shi)(shi)在(zai)(zai)(zai)大于等(deng)于550℃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)剪(jian)切(qie)條(tiao)件(jian)下脫(tuo)水分(fen)解(jie)成(cheng)鎂橄(gan)欖石(shi)(shi)和頑火輝石(shi)(shi),而(er)在(zai)(zai)(zai)600℃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)縮(suo)條(tiao)件(jian)下仍(reng)然穩(wen)(wen)定(ding);結合前(qian)人在(zai)(zai)(zai)靜態壓(ya)(ya)縮(suo)條(tiao)件(jian)下進(jin)行的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)平衡實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)測(ce)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)變(bian)(bian)界(jie)信息,這一發(fa)(fa)(fa)(fa)現意(yi)味著剪(jian)切(qie)能夠改變(bian)(bian)葉蛇紋石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)穩(wen)(wen)定(ding)性。與(yu)(yu)最近(jin)同在(zai)(zai)(zai)Griggs裝置(zhi)上對(dui)面理(li)化(hua)葉蛇紋石(shi)(shi)進(jin)行三軸壓(ya)(ya)縮(suo)變(bian)(bian)形(xing)實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結果比較(jiao)發(fa)(fa)(fa)(fa)現,面理(li)面與(yu)(yu)最大壓(ya)(ya)縮(suo)軸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向也可(ke)能會改變(bian)(bian)葉蛇紋石(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)穩(wen)(wen)定(ding)性。在(zai)(zai)(zai)半脆(cui)性域,葉蛇紋石(shi)(shi)與(yu)(yu)橄(gan)欖石(shi)(shi)強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)比較(jiao)(圖3)表(biao)(biao)明,薄層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)葉蛇紋石(shi)(shi)不(bu)足(zu)以造(zao)成(cheng)俯沖(chong)板(ban)塊和上覆地幔(man)楔之(zhi)間界(jie)面發(fa)(fa)(fa)(fa)生明顯的(de)(de)(de)(de)(de)(de)解(jie)耦(ou)。

項目(mu)成果已發表(biao)于Journal of Geophysical Research-Solid Earth,該研(yan)究成果主要獲得了地震動力學國家(jia)重點實驗室(shi)基金(LED2017B06)的(de)資(zi)助(zhu)。論文信息如(ru)下: Shao T*, Zhou YS*, Song MS*, Ma X, Zhang L, Yao WM, Dang JX, Li JF. 2021. Deformation of antigorite and its geological implications. Journal of Geophysical Research, 126, doi.org/10.1029/2021JB021650.

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圖1 不同(tong)溫(wen)壓條件下的應力指數



圖2 代表性樣品的SEM照片


 

圖3 半脆性域葉蛇紋石與(yu)純橄巖強(qiang)度的比較


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