断层摩擦滑动与压溶过程的机制性关联研究—聚焦基性岩中的无水矿物

As shown by a previous study(He et al., 2013), plagioclase and pyroxene as major constituents in the lower crust exhibit unstable velocity-weakening behavior, which is the result of a healing effect relatively stronger than the direct rate effect. At hydrothermal conditions, our analytical derivation and mechanical data for plagioclase imply that the stronger healing effect may be controlled by inter-granular pressure solution, but evidence from microscopic observation has not been obtained so far. The aim of this study is to see whether inter-granular pressure solution is the dominant deformation mechanism based on a new set of high-quality mechanical data for frictional sliding and detailed micro-structural features that will be obtained mainly through high-magnification scanning electronic microscopy, associated with further analytical derivation. In the same time, experiments under isostatic or constant differential stress will be performed to directly observe the signature of intergranular pressure solution. We will derive a relation between a and b values, whereby to understand the intrinsic mechanics of unstable velocity weakening under lower-crust conditions.

以前的实验研究发现（He et al.,2013），下地壳的典型矿物斜长石和辉石具有不稳定的速度弱化特性，而这一性质取决于比直接速度响应更强的愈合效应。在水热条件下，我们的理论推导与斜长石的数据显示这种略强于直接速度响应的愈合效应可能受控于接触点的压溶机制，但目前尚缺少微观观察证据。本研究将以理论完善、一系列更高质量的摩擦滑动数据以及高倍电子显微观察从正面回答接触点压溶机制是否是主要变形机制的问题。同时，为了更确定地观察压溶过程，将开展恒压条件下的压溶实验，以直接观察接触点溶解的痕迹。我们将通过推导建立压溶机制下的愈合效应（b值）与直接速度响应（a值）的关系，以此来回答下地壳温度范围内不稳定的速度弱化（a-b<0）所对应的内在物理根源。

以前的实验研究发现（He et al.,2013），下地壳的典型矿物斜长石和辉石具有不稳定的速度弱化特性，而这一性质取决于比直接速度响应更强的愈合效应。在水热条件下，我们的理论推导与斜长石的数据显示这种略强于直接速度响应的愈合效应可能受控于接触点的压溶机制，但其时尚缺少微观观察证据。本研究以理论完善、一系列更高质量的摩擦滑动数据以及高倍电子显微观察从正面回答接触点压溶机制是否是主要变形机制的问题。同时，为了更确定地观察压溶过程，将开展恒压条件下的压溶实验，以直接观察接触点溶解的痕迹。我们将通过推导建立压溶机制下的愈合效应（b值）与直接速度响应（a值）的关系，以此来回答下地壳温度范围内不稳定的速度弱化（a-b<0）所对应的内在物理根源。.我们对斜长石、普通辉石以及普通角闪石的实验表明，这些下地壳和俯冲带常见的造岩矿物在高温高压含水条件下均出现了不稳定的速度弱化行为，同时在较大的温度范围内反映摩擦演化效应的b值均出现了随温度增加的趋势，并且在速度弱化的温度范围内表现出与直接速度响应参数a值的线性关联性。这两个特点表明，当剪切变形受控于同一接触点流变机制时，两个速度依赖性参数都随着温度增加而增加，而且二者具有天然的相互关联性。对变形后的断层泥进行的显微观察表明，样品中出现了随处可见的析出物，属于压溶过程的最终产物。.通过对接触角在一定范围内离散分布的凹凸体集合体进行摩擦系数平均的理论推导，我们的理论模型表明，在同一种流变机制的作用下a值和b值都会随温度线性增加，但b/a比值却与温度无关。理论与数据的对比表明，含水情况下矿物摩擦滑动受接触点的阿伦尼乌斯型流变方程控制，其微观机制是热活化的压溶过程。.我们的实验结果力学数据完整，变形机制清楚，因此可用于讨论下地壳以及俯冲带的不稳定滑动问题，如地震或慢滑移。