Journal of Geophysical Research-Solid Earth:叶蛇纹石的变形及其地质意义

       作为俯冲带最重要的一种含水矿物,叶蛇纹石具有许多重要的地球动力学意义。然而,低的脱水温度和复杂的晶体结构使得人们仍然没有很好的理解叶蛇纹石奇特的流变性质及其与俯冲带中源地震之间的关系。

       在地震动力学国家重点实验室资助下,中科院广州地化所邵同宾博士与实验室研究人员周永胜、宋茂双、马玺、张雷、姚文明、党嘉祥、李建峰等,利用构造物理实验室的Griggs型熔融盐固体介质三轴高温高压岩石力学实验设备,对面理化的贫铁叶蛇纹石(岫玉)进行了一系列变形实验,并利用扫描电镜对实验产物的微观结构进行了分析。研究发现应力指数随温度或压力的升高而降低(图1),所有的样品表现出稳定的断层滑移,因此脱水没有直接触发地震,而且在冷俯冲带叶蛇纹石在其稳定域内并不能够发生韧-脆性转变而触发地震。先前的研究表明滑石或类滑石相可能会减小样品的速率依赖性,因此,我们提出在冷俯冲带,剪切带核部细粒的叶蛇纹石可能会通过在剪切过程中产生滑石相来触发地震。显微结构观察表明(图2),样品不仅发育了由膝折、原始面理的弯曲以及团聚状纳米颗粒等指示的韧性变形,而且发育了Riedel剪切、粉碎和显微破裂等脆性特征。因此,样品的变形由半脆性机制控制。我们还发现叶蛇纹石在大于等于550℃的剪切条件下脱水分解成镁橄榄石和顽火辉石,而在600℃的压缩条件下仍然稳定;结合前人在静态压缩条件下进行的相平衡实验测定的相变界信息,这一发现意味着剪切能够改变叶蛇纹石的相稳定性。与最近同在Griggs装置上对面理化叶蛇纹石进行三轴压缩变形实验的结果比较发现,面理面与最大压缩轴的方向也可能会改变叶蛇纹石的相稳定性。在半脆性域,叶蛇纹石与橄榄石强度的比较(图3)表明,薄层的叶蛇纹石不足以造成俯冲板块和上覆地幔楔之间界面发生明显的解耦。

       项目成果已发表于Journal of Geophysical Research-Solid Earth,该研究成果主要获得了地震动力学国家重点实验室基金(LED2017B06)的资助。论文信息如下:Shao T*, Zhou YS*, Song MS*, Ma X, Zhang L, Yao WM, Dang JX, Li JF. 2021. Deformation of antigorite and its geological implications. Journal of Geophysical Research, 126, doi.org/10.1029/2021JB021650.

相关链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021JB021650


图1 不同温压条件下的应力指数



图2 代表性样品的SEM照片


图3 半脆性域叶蛇纹石与纯橄岩强度的比较