张蕾、李海兵等—JSG：假玄武玻璃形成过程中的显微结构演化：

来自高温模拟实验的证据

　　地震过程中断裂摩擦产生的高温使得岩石熔融形成的岩石为假玄武玻璃，又被称为“地震化石”，它记录有地震发生的力学与环境信息，因此对研究地震机制具有重要的意义。然而，形成在地下深处的假玄武玻璃在构造抬升过程中会受到流体作用的影响，其原始结构和物理化学特征等将发生不同程度的变化，因此，通过地表出露的假玄武玻璃很难直接获取地震作用的真实信息。

图1 WFSD-2岩心柱状图及取样位置图

　　中国地质科学院地质研究所李海兵研究员课题组为了确定假玄武玻璃形成过程中随温度升高的显微结构变化特征，以龙门山断裂带汶川地震断裂带科学钻探2号钻孔（WFSD-2）岩心中假玄武玻璃的围岩-碎裂岩（图1）为研究对象，开展了高温模拟实验（最高温度为1750℃），并对不同温度段获得的样品进行宏观及显微结构观察和地球化学成分分析，取得了如下研究成果：

图2 不同温度段样品的显微结构特征（光学显微镜下照片）

ve- 气孔；mi-微晶

图3  在1100和1300℃下熔体中的微晶构造（mi）

　　（1）碎裂岩在1100℃时发生熔融，适合微晶生长的温度是1100-1500℃（图2和图3）。微晶在＞1500℃的高温下消失的原因是较高的冷却速度或者缺乏有效的结核点。

图4 在1300℃以上熔体中发育的单质铁球粒

　　（2）碎裂岩样品在1300℃以上的高温环境中形成了大量的单质铁球粒（图4）。1500℃以上的高温环境中，单质铁球粒具有三个生长阶段，大的球形单质铁是在具有规则多边形形态的小型单质铁的基础上形成的。

　　（3）具有清晰干净边界的碎块和无填充物的干净微裂隙对于确定假玄武玻璃的原始结构特征具有重要的意义。熔体中的卸载裂隙很可能是在熔体快速冷却的过程中形成的，并且为流体运移提供了通道，其可能导致了假玄武玻璃的后期蚀变。

图5碎裂岩样品在升温过程中形成假玄武玻璃的结构演化模式图

　　（4）假玄武玻璃形成过程中的结构演化特征（图5）可以用于估测地震断裂带摩擦热温度以及流体状态。WFSD-2钻孔岩心的假玄武玻璃脉体中发现了星状微晶、不规则的石英熔融边和过剩铁元素，推测龙门山断裂带地震断裂摩擦热温度约为1300–1500 ℃，并且指示了弱流体作用的还原环境。

本研究查明了假玄武玻璃形成过程中的显微结构演化过程，为地震断裂作用的研究提供了重要的科学信息，有助于提高人们对于大地震发生机制的认识，为防震减灾提供科学依据。

　　本研究得到了国家自然科学基金项目（41830217, 41802223, 41972229）、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2019ZD0201）、中国地质调查局地质调查项目（DD20190059）、自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室开放课题（KLPTR-02）、中国地质科学院基本业务费（J2011）和中国博士后科学基金（2019T120123）的共同资助。

　　相关成果发表在国际知名地学期刊《Journal of Structural Geology》上：

　　Lei Zhang, Haibing Li, Zhiming Sun, Yong Cao, Huan Wang. 2021. Microstructural evolution of pseudotachylyte-bearing rocks during increasing temperatures: Evidence from rock-heating experiments. Journal of Structural Geology, 149, 104398.

　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jsg.2021.104398.