近日，广州海洋实验室海洋地质与深海智能探测徐义刚院士团队在洋中脊微地震成核机制研究方面取得进展，首次从矿物微观尺度揭示了洋中脊深部“韧性破裂”的形成过程，提出了一种由熔体介导的孔隙演化驱动地震成核的新机制，为理解高温环境下地震发生机制提供了新的理论框架。相关成果以“Melt-mediated pore evolution governs seismic ruptures in semi-brittle oceanic shear zone”为题，发表在国际学术期刊《Earth and Planetary Science Letters》上。

长期以来，科学家们认为天然地震主要发生在脆性的、容易破裂的岩石圈中。然而，近年来越来越多的观测发现，在地球深部温度高达1000℃的韧性域，同样存在着微震活动。这一现象长期困扰着地球科学界：在不会发生传统脆性断裂的高温岩石中，地震究竟如何成核？

本研究聚焦于国际大洋发现计划（IODP）360航次在西南印度洋中脊Atlantis Bank大洋核杂岩所钻取的富铁钛氧化物辉长质糜棱岩（图1）。该样品产自大洋岩石圈的脆—韧转换带（brittle-ductile transition），是深部地震活动的关键层位。在剪切带与未变形辉长岩围岩之间的损伤带（damage zone） 附近，团队发现了一个独特的微地震成核带：一个富含孔隙的细粒斜长石集合体。

图1 .地质背景及剪切带样品产状

通过高精度的电子背散射衍射（EBSD）、元素面扫描、岩石学观测和流变学模拟，研究团队精细刻画了剪切带不同区域的变形特征：

（1）低应变区域（稳态蠕变）：在剪切带内部，变形以位错蠕变为主，岩石像缓慢流动的糖浆。虽然有少量晶间孔隙，但尺寸小、间距大（图2b），并且被动态重结晶“愈合”，变形相对稳定。

（2）高应变区域（瞬态扩容）：在剪切带与损伤带的接触地带，情况截然不同。这里形成了一个高应变带（图3），斜长石颗粒急剧细化，大量晶间孔隙不仅尺寸更大，而且分布更密集，更关键的是，这些孔隙相互连通，形成了蜿蜒曲折的“韧性裂缝”，并延伸至损伤带之中（图2a）。

图2. （a）剪切带-损伤带接触部位的富含孔隙的斜长石集合体；（b）剪切带内斜长石和孔隙分布特征。红色虚线为裂隙轨迹。

那么，是什么导致了这种转变？关键在于熔体。

（1）高温时（>1000℃）：熔体流动性好，沿颗粒边界均匀润湿（图4a），能够有效释放晶界上的局部应力，使岩石能够协调变形。

（2）降温时（<1000℃）：随着温度下降，熔体粘度急剧升高，结晶作用使其含量减少、流动性变差。这些高粘度熔体无法再有效释放局部应力。同时，溶解-再沉淀作用使斜长石细粒化（图4b）。

图3. （a）Kernel平均取向差角显示剪切带（shear zone）和损伤带（damage zone）之间存在一个塑性变形极为强烈的高应变成核带；（b）EBSD数据显示剪切带中低应变带和高应变带中斜长石的微观变形机制存在差异。（c）来自高应变成核带细粒斜长石集合体（FGPA）中孔隙相互连通产生韧性破裂，受塑性变形和晶界滑移的共同影响。

于是，应力开始在局部集中（图3），激活了依赖于应变率的蠕变空穴化（creep cavitation），最终导致局部的应变速率失稳。简单来说，当应变率足够高时，这些孔隙的生长和合并速度超过了被愈合的速度，最终形成连通的裂缝，即发生了“韧性破裂”。研究团队通过流变学模拟复现了这一过程，并指出剪切应变超过约3是发生韧性破裂的临界条件。这一机制很好地解释了为什么在大洋转换断层、拆离断层根部等高温区域，能够观测到深部微地震活动。

图4. 降温过程中斜长石集合体中孔隙和破裂演化模式图（a）熔体润湿晶界并发生分凝；（b）降温过程中，溶解-再沉淀导致晶粒细粒化，熔体分数降低和粘度增加，分布不均一。蠕变空穴化导致韧性破裂；（c）剪切带内低应变区熔体析出后局部应力中产生脆性破裂。

这项研究的核心发现是：在地球深部的高温韧性域，地震的成核不一定需要脆性断裂，纯粹的塑性流动过程中产生的动态孔隙演化，同样可以引发微地震。该研究表明，传统地震学中“脆性破裂”不是地震的唯一成因，也可能源于高温岩石内部微观孔隙连通网络的快速发育。这一发现突破了传统“脆性破裂控制地震”的认识，为解释洋中脊转换断层、拆离断层根部等高温环境中的微地震活动提供了新的机制，也为认识地球深部岩石的变形行为和地震成核过程提供了新的视角。

论文信息：Qiang Ma（马强）, Yi-Gang Xu（徐义刚）, Tongbin Shao（邵同宾）, Yadong Wu（吴亚东）, Xuran Liang（梁戌然）, Shengping Qian*（钱生平），Melt-mediated pore evolution governs seismic ruptures in semi-brittle oceanic shear zone. Earth and Planetary Science Letters https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.120273

其他：南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）海洋地质与深海智能探测院士团队长期致力于海洋地质过程与深海智能探测技术的交叉融合研究，聚焦大洋与边缘海盆深部动力学演化、深海稀土与战略金属资源成矿、海底地质过程的智能探测等核心方向。

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