反应诱导弱化驱动深部地壳变形：揭示俯冲带应变定位的化学力学耦合机制

为解决深部地壳剪切带应变定位机制长期争议（传统模型依赖位错蠕变但高应力不现实），研究人员通过高压变形实验（2.1 GPa, 850°C）探究溶解-沉淀蠕变（DPC）主导的弱化作用，发现应变高效定位需低应力且受流体流动加速，揭示了热-水-力学-化学（THMC）过程在板块界面演化中的核心作用，为俯冲带动力学和全球构造提供新范式。

　　

地球的板块构造如同一场永不落幕的舞蹈，深部地壳剪切带则是这场舞蹈的“核心引擎”，控制着俯冲带应变传递和地震活动。然而，长久以来，科学家们陷入一个棘手的悖论：传统理论认为矿物通过位错蠕变（dislocation creep）变形，但在高压高温（>500°C）的深部环境中，石榴石、辉石等矿物强度极高，应变定位几乎不可能——这意味着板块构造本身或难以为继！更棘手的是，现有流变学模型仅基于少数单矿物体系（如石英、长石），忽略了多矿物聚合体的化学反应和流体作用，导致数值模拟严重高估地壳强度。如何解释自然观测中普遍存在的剪切带？变质反应如何与变形耦合？这些谜题困扰着地质学界数十年。

为此，奥尔良大学地球科学研究所（ISTO）的研究人员联合国际团队，在高压实验装置中“重塑”了深部地壳环境，首次量化了反应诱导弱化的动力学过程。他们发现，溶解-沉淀蠕变（DPC）而非位错蠕变主导应变定位，且流体驱动的瞬态质量转移大幅加速弱化。这一突破性成果发表于《Nature Communications》，不仅解开了深部变形机制的死结，还为慢滑移和震颤等地震现象提供了新解释。研究采用三大关键技术：1. 新型Griggs高压变形装置（2.1 GPa, 850°C）模拟俯冲带条件，通过剪切实验实时监测应力-应变曲线；2. 多尺度微结构分析结合扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电镜（TEM），解析矿物反应与变形特征（样本为含0.2 wt.% H₂O的斜长石-辉石聚集体）；3. 热力学建模（Perple_X软件）预测俯冲过程中岩石脱水与体积变化，对比阿尔卑斯蛇绿岩实地数据。

Experimental setup and mechanical data

实验在2.1 GPa围压和850°C下进行，剪切应变率约10^-5 s^-1。应力-应变曲线显示峰值应力高达0.93–1.4 GPa（对应γ≈2），随后在10–20小时内急剧弱化48–74%，最终进入准稳态（γ≥5）。强度差异归因于初