青藏高原內(nèi)部發(fā)育了一系列正斷層控制的南北向裂谷系（南北向正斷層系）。南北向裂谷系現(xiàn)今地震活動頻繁，上世紀(jì)以來發(fā)生過多次6.0級以上地震，最新的強震活動為2025年1月7日定日Ms6.8級地震，發(fā)震斷層為申扎-定結(jié)裂谷南段的登么錯斷裂。由于無法直接觀測到震源巖石的孕震和同震變形，限制了對西藏南北向正斷層孕震機理和同震滑動過程的認(rèn)識。
斷層鏡面(Fault Mirrors)是脆性斷層滑動形成的一種極為光滑的斷層面。天然斷層鏡面樣品顯微結(jié)構(gòu)和室內(nèi)摩擦實驗研究結(jié)果表明斷層鏡面可以記錄斷層滑動和地震孕育發(fā)生過程(Rowe and Griffith, 2015; Verberne et al., 2019)。
南北向裂谷系南段廣泛延伸至喜馬拉雅地塊，喜馬拉雅造山帶地殼具有極高的硼(B)活度，表現(xiàn)為含電氣石淡色花崗巖、偉晶巖和富電氣石脈體的廣泛出露(Wu et al., 2020)。大量研究表明地殼富B特征對于喜馬拉雅造山帶深部巖石變質(zhì)、深熔作用、淡色花崗巖巖漿形成演化和稀有金屬富集成礦作用具有重要作用，而對于富B的熔體/流體和電氣石在造山帶深部變形、斷層活動和地震孕育發(fā)生過程中的作用尚不清楚。
針對以上問題，中國地震局地質(zhì)研究所地震動力學(xué)與強震預(yù)測全國重點實驗室陳建業(yè)研究團隊成里寧副研究員，聯(lián)合實驗室周永勝研究員和Chris J. Spiers客座研究員，在亞東-谷露裂谷、申扎-定結(jié)裂谷和空措裂谷等南北向裂谷中發(fā)現(xiàn)了一種特有的斷層鏡面類型—電氣石斷層鏡面(圖1)，該鏡面主要沿電氣石層發(fā)育，但在其寄主巖石花崗巖中并沒有發(fā)現(xiàn)同等規(guī)模的斷層滑動面。電氣石鏡面在上述裂谷中廣泛出露且規(guī)模巨大，沿裂谷走向延伸可達(dá)10公里以上，單個鏡面露頭高度和寬度可達(dá)數(shù)十米(圖1)，這些斷層沿電氣石層發(fā)育的特征表明，電氣石是喜馬拉雅造山帶南北向裂谷系中非常特殊而重要的礦物，電氣石變形可能控制了斷層滑動，這有別于大陸地殼常見的花崗巖斷層變形特征。
為什么是電氣石控制斷層滑動，而不是花崗巖和石英？電氣石鏡面形成是否與地震過程有關(guān)？為了解答上述問題，團隊選擇珠峰大本營以北查亞山附近的典型電氣石斷層鏡面露頭(圖2)，系統(tǒng)開展了高分辨率掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）微觀結(jié)構(gòu)分析、石英Ti溫度計和EBSD測試、摩擦實驗和熱擴散模擬，研究電氣石的變形特征與機制、變形條件。本研究獲得了以下主要新認(rèn)識：
（1）研究區(qū)電氣石斷層鏡面具有分層結(jié)構(gòu)，從斷層核部滑動面到脆性破裂圍巖發(fā)育三個高溫變形層(圖3)：非晶化電氣石層（厚度30-80 nm）、非晶質(zhì)充填的碎裂巖化電氣石層（厚度20-100 μm）和動態(tài)重結(jié)晶電氣石層（厚度<400 μm）。石英Ti溫度測試顯示鏡面形成時滑動面表層溫度可達(dá)840℃以上(圖4A-D)，結(jié)合非晶質(zhì)、電氣石港灣狀邊緣及粒間微氣孔等變形顯微結(jié)構(gòu)等典型特征，揭示電氣石斷層鏡面是由電氣石脈在斷層同震滑動中發(fā)生摩擦熔融形成。
（2）電氣石控制斷層失穩(wěn)滑動的過程為：巖漿脫氣作用產(chǎn)生的富B流體沿著先存裂隙運移，結(jié)晶形成電氣石脈，造山帶東西向拉伸導(dǎo)致的南北向正斷層沿電氣石脈滑動，電氣石高速摩擦熔融形成熔體，潤滑并弱化斷層，導(dǎo)致地震發(fā)生。
（3）室內(nèi)摩擦實驗結(jié)果顯示電氣石在200-300℃發(fā)生不穩(wěn)定滑動（黏滑），結(jié)合電氣石碎裂巖的發(fā)現(xiàn)(圖5)，證明電氣石參與了南北向裂谷深部地震成核過程。
本研究首次發(fā)現(xiàn)了電氣石鏡面記錄的震源巖石在同震滑動過程中的高速摩擦熔融證據(jù)，并且提出，喜馬拉雅造山帶富硼（B）的特征不僅改造了造山帶地殼變質(zhì)深熔和巖漿結(jié)晶演化過程，同時影響了造山帶內(nèi)部斷層滑動變形和地震孕育發(fā)生機制。電氣石斷層鏡面等電氣石斷層巖的廣泛出現(xiàn)表明，作為喜馬拉雅造山帶最常見和最重要的富B礦物，電氣石在控制造山帶內(nèi)部斷層強度和滑動穩(wěn)定性、記錄深部孕震同震過程等方面所起的作用應(yīng)該被廣泛重視。
上述研究成果近期在線發(fā)表于國際著名地學(xué)期刊《Geology》上。本研究受到研究受中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專項（IGCEA2204）資助。
論文信息：
Lining Cheng, Jianye Chen, Yongsheng Zhou, Christopher J. Spiers, 2026, Tourmaline fault mirrors record seismic slip on N-S normal faults in the Himalayan orogen. Geology. https://doi.org/10.1130/G54248.1
圖1喜馬拉雅造山帶內(nèi)電氣石斷層鏡面野外露頭照片。A-B 珠峰大本營北查亞山露頭；C-F亞東-谷露裂谷南段康馬露頭；G 申扎-定結(jié)裂谷日屋露頭；H洛扎城南露頭。
圖2 A 藏南南北向裂谷系中電氣石斷層鏡面已知露頭分布；B-C 查亞山電氣石斷層鏡面露頭位置和剖面圖；D-E 電氣石鏡面野外露頭照片。
圖3 A研究區(qū)典型電氣石斷層鏡面發(fā)育的三層結(jié)構(gòu)示意圖；B-K電氣石斷層鏡面不同層微觀結(jié)構(gòu)特征。
圖4 A-D 電氣石斷層鏡面不同位置石英Ti溫度計測溫結(jié)果，B中曲線為熱擴散模擬結(jié)果；F-H 不同層位電氣石EBSD變形組構(gòu)特征；I 非晶質(zhì)充填的碎裂巖化電氣石層（層二）代表性區(qū)域的成分面分布圖。
圖5 A 珠峰地區(qū)電氣石斷層鏡面出露的正斷層剖面圖；B 電氣石斷層鏡面分層結(jié)構(gòu)剖面圖；C 電氣石摩擦實驗力學(xué)數(shù)據(jù)，顯示不同溫度下摩擦強度隨滑動速度和位移的演化情況；D 電氣石碎裂巖手標(biāo)本和光鏡下照片。
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