【研究亮点】张蕾、李海兵等——GRL：断裂行为的磁学解码：

鲜水河断裂带蠕滑与地震的精准辨识

　　大陆断裂带为何时而稳定蠕滑、无声无息，时而突然错动（粘滑）、引发强震？如何从地质记录中准确识别这两种截然不同的滑动行为，并评估其地震危险性？这一直是地震地质学研究领域的核心难题。鲜水河断裂带是青藏高原东部典型的左行走滑断裂带，是中国乃至世界上地震活动最强烈的陆内断裂带之一，其独特的“蠕滑与粘滑并存”现象是破解上述科学难题的天然实验室。然而，地震产生的热液流体等活动会改造甚至抹去先前的地质证据，那么，如何从复杂的断层岩石中提取可靠的同震与震后信息，一直是研究的瓶颈。

　　为解开这一谜团，中国地质科学院地质研究所李海兵研究员团队选取鲜水河断裂带乾宁段地表断裂岩（图1和图2）为研究对象，系统开展了显微结构、地球化学和岩石磁学分析，研究鲜水河断裂带在震前（蠕滑）、同震和震后等不同阶段的物理化学性质，取得了以下核心发现：

　　（1）识别震后流体活动的“磁学指纹”。揭示了鲜水河断裂带在震后长期低温热液作用中形成了单斜磁黄铁矿和针铁矿，引发主滑移带附近断层角砾岩和砂岩的高磁化异常。

　　研究发现断层角砾岩和砂岩中新生单斜磁黄铁矿和针铁矿（图3），指示了断裂带在地震后经历了两期由大气流体和深部热液混合形成温度<300℃的低温热液流体作用（图4）：富铁硫化物低温热液流体和低PH值低温热液流体。

图1  (a) 青藏高原构造格架图。(b) 鲜水河断裂带地质简图。(c) 乾宁研究区段地质图。(d) T4阶地野外照片。(e) 促涅隆巴剖面露头野外照片及(f)结构素描图。(g) 断层核部照片。(h)岩石手标本，黄色圆圈标示采样位置。YFB-黄色断层角砾岩，FG-断层泥，GFB-灰黑色断层角砾岩。

　　（2）确立无震蠕滑的“诊断性标志”。揭示蠕滑变形形成的断层泥具有低磁化率值特征。

　　研究证实蠕滑变形过程形成的断层泥未经历高温摩擦热作用，同时因含有大量的伊利石等粘土矿物表明其也不易受到后期流体作用影响。因此，蠕滑变形过程形成的断层泥中无法形成新的铁磁性矿物（图4），且磁化率值低于围岩和断层角砾岩（图3）。

图2 鲜水河断裂带乾宁段代表样品显微结构特征及地球化学结果

　　（3）捕捉古强震事件的“磁温度计”。粘滑（地震）变形过程中形成的断层泥高磁化率值、新生铁磁性矿物和高岭石热解揭示具有长期蠕滑变形行为的鲜水河断裂带曾经发生摩擦热温度＞500℃的大地震活动。

　　研究表明具有摩擦剪切特征的断层泥（图2）中含有新生磁铁矿和单斜磁黄铁矿（图3），导致断层泥高磁化率值异常。本研究首次揭示鲜水河断裂带曾经发生摩擦热温度＞500℃的大地震活动（图4），这一摩擦热温度与断层泥中高岭石发生热解相吻合。

　　基于以上发现，团队构建了鲜水河断裂带一个完整的地震周期岩石磁学演化模型（图4），清晰描绘了磁性矿物从震前蠕滑、同震摩擦生热到震后流体改造的全过程。该项研究的突破性意义在于，它将岩石磁学特性发展为一种可靠的“诊断工具”，能够精确解读断裂带复杂的行为历史，为区分断裂带在震前（蠕滑）、同震和震后等不同阶段的物理化学性质及应变历史提供了关键证据。

图3 鲜水河断裂带乾宁段代表样品岩石磁学测试结果

图4 鲜水河断裂带不同变形过程岩石磁学特征演化模式图

DZ-破碎带，FB-断层角砾岩，FG-断层泥

　　该项成果不仅深化了对鲜水河断裂带自身行为模式与地震危险性的认识，凸显了岩石磁学作为识别变形机制的有效方法，更为全球范围内理解和评估类似断裂带的强震潜力提供了全新的方法论和科学依据，推动了断裂带岩石磁学理论在地震断裂研究中的发展。

　　本研究得到了国家自然科学基金项目（42230312, 42172262, 42020104007）、地球深部探测与矿产资源勘查国家科技重大专项（2024ZD1000500）、中国地质调查局地质调查项目（DD20240041）和中国地质科学院基本业务费（J2505）的共同资助。相关成果发表在国际知名地学期刊《Geophysical Research Letters》上。

论文信息：Lei Zhang（张蕾）, Haibing Li*（李海兵）, Qiong Wu（吴琼）, Zhiming Sun（孙知明）, Yong Cao（曹勇）, Peng Xu（许蓬）, and Jialiang Si（司家亮）. 2025. Rock magnetic responses to creep and stick‐slip deformation processes in the Xianshuihe fault zone, eastern Tibetan Plateau. Geophysical Research Letters, 52, e2025GL119011.

原文链接：https://doi.org/10.1029/2025GL119011