伊朗Kuh-e-Namak盐冰川变形与再结晶机制：基于EBSD的微结构演化及其对盐岩流变学的启示

本研究针对盐岩长期变形行为的关键科学问题，通过EBSD和显微结构分析揭示了伊朗Kuh-e-Namak盐冰川中动态再结晶(DC)、溶解-沉淀(SP)蠕变和晶界滑动(GBS)的协同作用机制，发现雨水渗透诱导的孔隙发育促进SP蠕变主导的盐流，为盐穴储能工程安全评估提供重要理论依据。

　　

在能源转型背景下，盐穴作为天然气、氢能等清洁能源的地下储库备受关注。然而，盐岩在长期地质作用下的变形机制仍是制约盐穴安全评估的关键难题。伊朗扎格罗斯山脉的Kuh-e-Namak盐冰川以其罕见的裸露盐体结构和显著流动性，成为研究天然盐岩流变行为的理想天然实验室。该盐冰川在低剪切应力(<1MPa)条件下仍能保持快速流动(应变速率达10^?10
-10^?8
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)，这种异常流变特性与传统的位错蠕变(DC)理论存在矛盾，暗示可能存在流体参与的变形机制转换。

为揭示这一现象的本质机制，由捷克查理大学等机构组成的研究团队对Kuh-e-Namak盐冰川开展了系统性微结构研究。研究人员沿盐体剖面采集17个伽马辐照样品，创新性结合电子背散射衍射(EBSD)与定量显微结构统计技术，首次完整刻画了从盐丘顶部到冰川前缘的变形机制演化序列。相关成果发表于《Journal of Structural Geology》，为理解流体参与下的盐岩流变行为提供了关键证据。

关键技术方法包括：1) 伽马辐照染色技术(7.1-8.1MGy剂量)增强显微结构对比度；2) 反射/透射光显微镜观察辐照薄片；3) 电子背散射衍射(EBSD)晶体取向测绘(步长3-10μm)；4) ImageJ软件定量分析晶粒/亚晶粒等效直径；5) 亚晶粒度应力计计算差异应力(1.9-10.2MPa)。

研究结果揭示：

1. 盐丘顶部变形机制
   显微结构显示亚晶富集的残斑(P-Type I-V)被无亚晶新晶粒消耗，伴随生长环带发育，表明位错蠕变(DC)主导，流体辅助晶界迁移(GBM)参与再结晶。EBSD显示随机晶体取向(F
   =1.25)，证实动态再结晶过程。

2. 过渡带机制转换
   残斑核心-幔部结构显示亚晶沿晶界定向排列(Type IV)，应变影中纤维状盐晶生长指示溶解-沉淀(SP)蠕变开始活化。孔隙度显著增加(达3mm)，形成沿微裂隙的定向孔隙网络。

3. 冰川前缘主导机制
   细粒基质(平均118-273μm)中纤维状盐晶环绕固体包裹体，亚晶贫化新晶粒呈45°优选方位(F
   =1.04)，证实SP蠕变伴随晶界滑动(GBS)成为主导机制。异常高应力样本(N171，10.2MPa)可能反映背斜挤压的构造叠加效应。

4. 粒度缩减三重机制
   研究发现盐岩通过三种途径实现粒度缩减：① 晶界凸入亚晶富集区；② 固体包裹体处新晶粒成核；③ 残斑沿亚晶带"书架式"分割(图11)，该过程使平均粒度从盐丘顶部508μm降至冰川前缘118μm。

5. 孔隙网络演化
   季节性热胀冷缩形成的定向微裂隙(图6f)被雨水溶蚀扩大，形成部分充填的瞬态孔隙网络。孔隙喉道处可见盐晶再生现象(图9)，表明孔隙系统随盐流持续改造。

讨论与结论指出：

1. 盐体流变存在显著空间分异：盐丘顶部以DC+GBM为主，冰川区转为SP+GBS主导，这种转变与雨水渗透诱导的孔隙发育直接相关；
2. 亚晶粒度应力计揭示1.9-10.2MPa差异应力，支持盐体经历冷底辟通道的高应力变形历史；
3. 细粒化通过"亚晶带分割"等创新机制实现，为解释盐岩应变局部化提供新视角；
4. 发育的孔隙网络显著增强SP蠕变效率，证实Wenkert(1979)提出的"粒间盐水传输"弱化机制；
5. 研究建立的"应力-粒度-应变速率"关系模型(图13)，为盐穴长期稳定性预测提供定量依据。

该研究首次系统揭示了天然盐冰川中多机制耦合的变形过程，特别是阐明了环境水体在盐岩流变行为中的关键作用。发现的高应变速率(10^?8
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)下SP蠕变主导现象，对评估盐穴储库在流体渗入条件下的长期安全性具有重要工程意义。后续研究可聚焦孔隙充填物成分及其对再结晶的抑制作用，以及异常高应力样本的晶体缺陷机制。