2015年 的常规脆性破裂和摩擦滑移(粘滑; Brace and体能够通过促进流体相关的致脆作用来诱发板块在 Byerlee,1966; roberts and Turcotte,2000)一般被认地幔岩石圈部分(即双地震带的下层)发生地震 为是不可能在深度超过60km的无水高温高压条件( Abers et al.,2013; Hacker et al.,2003; Kita et al 下出现的。就目前已有的地质、地球物理与实验变2006; Omori et al.,2004; Peacock,2001; Yamasaki 形的证据看,形成中一深源地震的主要机制有:脱水 and Seno,2003)。 Dobson等(2002,2004)通过声发 致脆、塑性剪切失稳以及相变致裂。 射实验证明中源地震与蛇纹石等矿物的脱水作用有 2.2.1脱水致脆 关; Jung and green(2004)和 Xia gang(2013)实验发 早在上世纪60年代初, Griggs and Handin现脱水致脆作为地震的一种诱发机制并不限于脱水 (1960)根据 Hubbert and Rubey(1959)关于流体压反应导致体积增加的情况,当脱水反应导致体积减 力在逆冲断裂力学中重要作用的论述,提出脱水反少时,脱水致脆可能同样有效,亦能诱发地震。此 应可能会诱发一些地震。这一假设后来由 Raleigh外, Xia gang(2013)对叶蛇纹石化橄榄岩在高温 and paterson(1965)的实验证实。在该实验中,蛇纹(720~750℃)高压(1~2.7GPa)下的变形实验还 岩随着围压的增加其韧性增强,而随着温度的升高,得出叶蛇纹石体积含量在约8%~65%时可诱发试 蛇纹石发生脱水,使得其韧性反向脆性过渡,甚至完样发生脱水致脆。而当叶蛇纹石体积含量低于约 全进人脆性域。蛇纹石脱水导致剪切破裂贯穿圆柱8%时,脱水产生的流体含量少,不足以形成高的孔 试样并伴随突然的应力降。基于上述实验观察,隙流体压并诱发脆性破裂;而当叶蛇纹石体积含量 Raleigh and Paterson(1965)提出脱水致脆这一重要高于约65%时,整个岩石的变形就会进入塑性域 的概念:脱水反应释放的流体造成正在脱水的蛇纹亦不能造成脆性破裂( Xia gang,2013)。 Perrillat等 岩本身发生脆性破裂(图8),由此引发中源地震。(2005)和 Chollet等(201)的动力学计算表明,当 随后,这一思想在 Raleigh and Lee(1969)的研究中俯冲大洋岩石圈地幔中叶蛇纹石的脱水速率远快于 得到了进一步的发展,他们 1400 提出大洋壳在俯冲过程中温 度和压力的升高导致蛇纹岩 脱水 脱水,从而诱发浅一中源地1200 高压 震。 Murrell and Ismail (1976)通过对不同含水矿物100 (如叶蛇纹石、石膏和绿泥 高、温 石)集合体的变形实验进 步拓展了 Raleigh and§8 低、压 Paterson(1965)的思路:岩石酱4 橄榄石+ 中的脱水反应对构造和地球 100 MPa 1滑石+水 动力学过程具有重要的作 用,因为脱水能够诱发岩石 叶蛇纹石日a14 变脆和失稳,最终触发地震。 Raleigh and Paterson (1965 △100MPa,0.5h 在随后尤其是20世纪90年20040350M205b △-△ 代以来的一系列研究中, 口350MPa,7h oa 些学者提出脱水致脆能够诱 ◆500MPa,0.5h 0 发板块在地壳部分(即双地 温度(°C) 震带的上层)发生地震(如 Kirby et al.1996a; Yamasaki图8叶蛇纹岩强度随温度、围压和预热时间的变化(据 Raleigh and Paterson,1965修改) Fig. 8 Strength of antigorite serpentinite as a function of temperature, confining press and Seno,2003),另一些学者 and preheating time( Modified from Raleigh and Paterson, 1965) 根据含水矿物的脱水位置和 在高压无水条件下作韧性变形的样品遇到脱水时发生脆性破裂并伴随突然的应力降 中源地震分布之间的对应关 In the samples, which deform by ductile mechanism at high pressures in the absence of dehydration, 系,认为脱水反应释放的流 faulting occurs with sudden stress-drop under the dehydration conditions的常 规 脆 性 破 裂 和 摩 擦 滑 移 （粘 滑；Ｂｒａｃｅａｎｄ Ｂｙｅｒｌｅｅ，１９６６；ＲｏｂｅｒｔｓａｎｄＴｕｒｃｏｔｔｅ，２０００）一般被认 为是不可能在深度超过 ６０ｋｍ的无水高温高压条件 下出现的。就目前已有的地质、地球物理与实验变 形的证据看，形成中—深源地震的主要机制有：脱水 致脆、塑性剪切失稳以及相变致裂。 ２．２．１ 脱水致脆 早在 上 世 纪 ６０年 代 初，ＧｒｉｇｇｓａｎｄＨａｎｄｉｎ （１９６０）根据 ＨｕｂｂｅｒｔａｎｄＲｕｂｅｙ（１９５９）关于流体压 力在逆冲断裂力学中重要作用的论述，提出脱水反 应可能会诱发一些地震。这一假设后来由 Ｒａｌｅｉｇｈ ａｎｄＰａｔｅｒｓｏｎ（１９６５）的实验证实。在该实验中，蛇纹 岩随着围压的增加其韧性增强，而随着温度的升高， 图 ８叶蛇纹岩强度随温度、围压和预热时间的变化（据 ＲａｌｅｉｇｈａｎｄＰａｔｅｒｓｏｎ，１９６５修改） Ｆｉｇ．８Ｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆａｎｔｉｇｏｒｉｔｅｓｅｒｐｅｎｔｉｎｉｔｅａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｎｆｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄｐｒｅｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅ（ＭｏｄｉｆｉｅｄｆｒｏｍＲａｌｅｉｇｈａｎｄＰａｔｅｒｓｏｎ，１９６５） 在高压无水条件下作韧性变形的样品遇到脱水时发生脆性破裂并伴随突然的应力降 Ｉｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｓ，ｗｈｉｃｈｄｅｆｏｒｍｂｙｄｕｃｔｉｌｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｔｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｓｉｎｔｈｅａｂｓｅｎｃｅｏｆｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ， ｆａｕｌｔｉｎｇｏｃｃｕｒｓｗｉｔｈｓｕｄｄｅｎｓｔｒｅｓｓｄｒｏｐｕｎｄｅｒｔｈｅｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ 蛇纹石发生脱水，使得其韧性反向脆性过渡，甚至完 全进入脆性域。蛇纹石脱水导致剪切破裂贯穿圆柱 试样并伴随突然的应力降。基于上述实验观察， ＲａｌｅｉｇｈａｎｄＰａｔｅｒｓｏｎ（１９６５）提出脱水致脆这一重要 的概念：脱水反应释放的流体造成正在脱水的蛇纹 岩本身发生脆性破裂（图 ８），由此引发中源地震。 随后，这一思想在 ＲａｌｅｉｇｈａｎｄＬｅｅ（１９６９）的研究中 得到了进一步的发展，他们 提出大洋壳在俯冲过程中温 度和压力的升高导致蛇纹岩 脱水，从而诱发浅—中源地 震。 Ｍｕｒｒｅｌｌ ａｎｄ Ｉｓｍａｉｌ （１９７６）通过对不同含水矿物 （如叶蛇纹石、石膏和绿泥 石）集合体的变形实验进一 步 拓 展 了 Ｒａｌｅｉｇｈ ａｎｄ Ｐａｔｅｒｓｏｎ（１９６５）的思路：岩石 中的脱水反应对构造和地球 动力学过程具有重要的作 用，因为脱水能够诱发岩石 变脆和失稳，最终触发地震。 在随后尤其是 ２０世纪 ９０年 代以来的一系列研究中，一 些学者提出脱水致脆能够诱 发板块在地壳部分（即双地 震带的上层）发生地震 （如 Ｋｉｒｂｙｅｔａｌ．，１９９６ａ；Ｙａｍａｓａｋｉ ａｎｄＳｅｎｏ，２００３），另一些学者 根据含水矿物的脱水位置和 中源地震分布之间的对应关 系，认为脱水反应释放的流 体能够通过促进流体相关的致脆作用来诱发板块在 地幔岩石圈部分（即双地震带的下层）发生地震 （Ａｂｅｒｓｅｔａｌ．，２０１３；Ｈａｃｋｅｒｅｔａｌ．，２００３；Ｋｉｔａｅｔａｌ．， ２００６；Ｏｍｏｒｉｅｔａｌ．，２００４；Ｐｅａｃｏｃｋ，２００１；Ｙａｍａｓａｋｉ ａｎｄＳｅｎｏ，２００３）。Ｄｏｂｓｏｎ等（２００２，２００４）通过声发 射实验证明中源地震与蛇纹石等矿物的脱水作用有 关；ＪｕｎｇａｎｄＧｒｅｅｎ（２００４）和 ＸｉａＧａｎｇ（２０１３）实验发 现脱水致脆作为地震的一种诱发机制并不限于脱水 反应导致体积增加的情况，当脱水反应导致体积减 少时，脱水致脆可能同样有效，亦能诱发地震。此 外，ＸｉａＧａｎｇ（２０１３）对叶蛇纹石化橄榄岩在高温 （７２０～７５０℃）高压（１～２７ＧＰａ）下的变形实验还 得出叶蛇纹石体积含量在约 ８％ ～６５％时可诱发试 样发生脱水致脆。而当叶蛇纹石体积含量低于约 ８％时，脱水产生的流体含量少，不足以形成高的孔 隙流体压并诱发脆性破裂；而当叶蛇纹石体积含量 高于约 ６５％时，整个岩石的变形就会进入塑性域， 亦不能造成脆性破裂（ＸｉａＧａｎｇ，２０１３）。Ｐｅｒｒｉｌｌａｔ等 （２００５）和 Ｃｈｏｌｌｅｔ等（２０１１）的动力学计算表明，当 俯冲大洋岩石圈地幔中叶蛇纹石的脱水速率远快于 ２５２ 地 质 论 评 ２０１５年