中地壳应变局部化机制：局部流体输入与溶解-沉淀蠕变激活的耦合作用

为解决中下地壳剪切带应变局部化的控制机制问题，研究人员以苏格兰西北部Upper Badcall剪切带为研究对象，通过野外调查、显微结构和矿物化学分析，揭示了溶解-沉淀蠕变（dissolution-precipitation creep）在应变局部化中的主导作用。研究表明，局部流体通过脆性裂隙渗透触发逆向变质反应，为溶解-沉淀蠕变提供充足晶界流体，导致岩石流变弱化。该发现对理解地壳变形机制和地震灾害评估具有重要意义。

　　

地球的中下地壳是构造变形的重要场所，其力学行为直接影响着地震活动性和地壳稳定性。长期以来，科学家们普遍认为中下地壳的变形主要由位错蠕变（dislocation creep）主导，特别是在缺乏流体的条件下。然而，越来越多的证据表明，溶解-沉淀蠕变（dissolution-precipitation creep）可能在局部变形中扮演关键角色，但这一过程的具体触发机制和地质意义仍不明确。

针对这一科学问题，来自英国利兹大学等机构的研究人员选择苏格兰西北部Upper Badcall剪切带作为天然实验室。这个宽约100米的角闪岩相剪切带变形了最初无水的石英长石片麻岩和基性岩脉，为研究流体-岩石相互作用提供了理想场所。通过系统的多尺度分析，研究团队揭示了局部流体输入如何通过激活溶解-沉淀蠕变导致应变局部化，相关成果发表在《Journal of Structural Geology》。

研究人员采用了多种关键技术方法：野外应变测绘量化了从剪切带边缘到中心的应变梯度；电子背散射衍射（EBSD）分析了晶体取向和晶内变形；阴极发光（CL）成像和电子探针显微分析（EMPA）揭示了矿物化学变化；能量色散X射线光谱（EDX）绘制了元素分布图。这些方法共同构建了从宏观到微观的完整证据链。

研究结果首先展示了野外观察到的显著变化。从剪切带外围到中心，基性岩脉的应变分布从异质变为均质，同时石英脉数量显著增加。显微结构分析显示，随着应变增加，角闪石、斜长石和石英的粒度增大，晶界排列和形态优选取向增强。值得注意的是，只有角闪石和大颗粒石英在应变区域表现出明显的结晶学优选取向（CPO）。

矿物化学变化提供了关键线索。在剪切带中心，角闪石化学组成变得均一（铁韭闪石），而斜长石则显示出系统性成分变化，边缘比中心含有更高的钠长石组分。通过计算，研究人员估计剪切带中心的H₂
O含量从围岩的1.7 wt%增加到2.5 wt%，相当于每立方米岩石增加了24.5升水。

定量分析揭示了粒度演化的独特模式。与预期不同，剪切带内的石英和角闪石中值粒度实际上有所增大（石英从~30 μm增至~40 μm，角闪石从~25 μm增至~80 μm），而斜长石粒度略有减小。这种变化与溶解-沉淀蠕变过程中的选择性溶解和定向沉淀一致。

晶体学分析提供了最直接的变形机制证据。虽然所有主要矿物都发育了强烈的形态优选取向（SPO），但只有角闪石表现出显著的结晶学优选取向（CPO），且其c轴[001]平行于拉伸方向。更重要的是，基质矿物普遍缺乏晶内变形特征（<2°累积取向差），表明位错蠕变的贡献有限。

基于这些发现，研究团队提出了一个三阶段的剪切带演化模型。阶段0为无水地壳在位错蠕变机制下的初始变形；阶段1通过脆性破裂引入流体，触发水化反应和初始弱化；阶段2在充分水化区域完全转变为溶解-沉淀蠕变主导的变形。该模型强调了流体渗透-反应-变形的正反馈循环在剪切带扩展中的关键作用。

这项研究的重要意义在于重新评估了中下地壳变形机制的认识。溶解-沉淀蠕变可能比先前认为的更普遍，特别是在流体可及的局部剪切带中。这一发现对地壳流变学模型具有多重启示：首先，溶解-沉淀蠕变区域比周围地壳更弱，可能导致应变局部化；其次，通过弹性各向异性矿物（如角闪石）形成的CPO会产生强烈地震各向异性；最重要的是，这种流体依赖的变形机制可以解释地球物理观测到的地壳流变性质瞬变现象。

该研究为理解地震周期中的地壳行为提供了新视角。地震期