复杂变形条件下动态再结晶橄榄石的微观结构及CPO（晶体取向参数）演变：一种全场数值模拟方法

《Journal of Structural Geology》：Microstructure and CPO evolution of dynamically recrystallized olivine during complex deformation conditions: a full-field numerical modeling approach

该研究通过VPFFT/ELLE数值模拟，探讨了复杂变形条件下橄榄岩动态再结晶与微结构演化规律，比较了四种单阶段（简单剪切、纯剪切）和双阶段（不同变形顺序组合）变形模式对晶体 preferred orientation（CPO）和地震各向异性的影响。结果表明，继承的CPO会显著改变后续变形的动力学响应，但仅需0.3-0.6的应变增量即可完全重构原有微结构，形成与新变形方向一致的新CPO。地震波P波速度各向异性与CPO强度呈正相关，且变形历史改变会引发 transient阶段各向异性强度下降，最终仍稳定于新变形模式的各向异性特征。研究揭示了复杂变形史对地震各向异性解释的挑战，强调需结合多阶段变形条件分析橄榄岩CPO演化机制。

　　**研究解读：橄榄石晶格取向对地幔岩石变形及地震各向异性的影响**

地球内部的构造活动和地幔对流过程在塑造地壳和地幔的物理特性方面起着至关重要的作用。这些过程不仅影响岩石的宏观行为，还深刻地改变了其微观结构和各向异性。在地幔岩石中，橄榄石作为主要矿物成分之一，其晶格取向（CPO）对岩石的粘塑性各向异性具有显著影响。本研究通过一种全场数值模拟方法（VPFFT-ELLE），探讨了橄榄石多晶集合体在复杂变形条件下动态再结晶和微观结构演化的特性。研究结果显示，变形历史对当前的晶格取向和地震各向异性有着深远的影响，尤其是在变形条件发生显著变化时，这种影响尤为明显。

橄榄石的晶格取向通常被定义为地震快轴[100]方向与变形方向平行。这种取向是地幔上部地震各向异性的重要来源。然而，目前对于需要多少变形才能覆盖之前形成的结构以及继承的晶格取向如何影响微观结构演化尚不清楚。本研究通过模拟四种不同的变形组合，即连续的纯剪切和简单剪切边界条件，探索了这些过程对橄榄石晶格取向的影响。研究发现，即使在较小的应变增量（ε ～0.3–0.6）下，也能有效抹去之前的微观结构和晶格取向。然而，当变形条件发生剧烈变化时，例如拉伸方向发生正交变化，新形成的晶格取向强度会显著降低，应变分布也会出现特殊的变化。

在瞬态应变阶段，预先存在的微观结构会经历广泛的再加工，特别是在变形条件发生剧烈变化时，如从简单剪切转换为与拉伸方向平行的纯剪切条件。这种情况下，变形条件的改变会导致较大的晶格取向调整，使得新的结构特征更加明显。研究还指出，这种微观结构的再加工可能会对当前的变形条件产生影响，从而导致与预期不同的结构演化路径。

通过本研究的数值模拟，我们可以更深入地理解橄榄石在复杂变形条件下的行为。研究发现，橄榄石的晶格取向和地震各向异性之间存在显著的正相关关系。这表明，通过分析地震各向异性，可以推断橄榄石晶格取向的变化及其对应的变形历史。然而，这一关系在变形条件变化较大的情况下可能变得复杂，需要特别注意。

本研究的结果对于理解地幔流动力学和解释地震各向异性具有重要意义。通过模拟橄榄石在不同变形条件下的行为，研究者能够更好地预测和解释实际地质环境中地震波传播的方向和速度。此外，研究还揭示了橄榄石在不同变形历史下的微观结构演化规律，这对于未来的地幔动力学研究提供了新的视角。

本研究的模拟结果表明，即使在较小的应变增量下，也能有效抹去之前的微观结构和晶格取向。然而，当变形条件发生剧烈变化时，这种影响可能更加复杂。研究者通过分析不同变形条件下的微观结构变化，发现继承的晶格取向会对后续的变形响应产生显著影响，尤其是在变形条件发生剧烈变化的情况下，如从纯剪切转换为简单剪切，或者从一个方向的拉伸转换为另一个方向的拉伸。

此外，研究还探讨了不同变形历史对地震各向异性的影响。通过分析不同变形条件下的地震波速度和各向异性，研究者发现，即使在变形条件变化的情况下，橄榄石的晶格取向和地震各向异性之间仍存在显著的正相关关系。这表明，通过分析地震各向异性，可以推断橄榄石晶格取向的变化及其对应的变形历史。然而，这一关系在变形条件变化较大的情况下可能变得更加复杂，需要特别注意。

总的来说，本研究通过全场数值模拟方法，揭示了橄榄石在复杂变形条件下的行为及其对地震各向异性的影响。研究结果表明，橄榄石的晶格取向和地震各向异性之间存在显著的正相关关系，这为理解地幔流动力学和解释地震各向异性提供了新的视角。此外，研究还指出，变形历史对当前的晶格取向和地震各向异性具有重要影响，特别是在变形条件发生剧烈变化时，这种影响可能更加显著。这些发现对于未来的地幔动力学研究和地质解释具有重要意义。