摩擦滑动中，摩擦系数对滑动速率的变化有直接响应和之后的一个状态演化效应，其两者的强弱对比直接决定了材料摩擦强度对滑动速率变化的敏感性，即所谓的a-b值。此参数的重要性在于，当a-b小于0时，也就是更大滑动速度对应更小的摩擦系数值时（此现象称为速度弱化），断层上就会产生不稳定滑动的成核，从而最后导致地震或慢滑移等不稳定滑动事件。正因为此，比直接响应（a值）更大的状态演化效应（b值）值得关注，也自然会对其产生的机制加以关注。同时，了解实验室实验中的变形机制对外推到自然界断层以及与野外变形样品的对比也具有十分重要的意义。

斜长石作为下地壳中的主要组成矿物，在高温和含水条件下的摩擦力学性质值得关注，特别是在圣安德烈斯断层的下地壳部分发现有震颤等慢滑移现象之后，这一研究更具有现实的理论意义。此前的研究发现，斜长石在高温含水条件下在下地壳范围是速度弱化行为，但a-b的绝对值并不是很大（He et al., 2013）。通过对其力学数据的详细分析，得到了状态演化效应b值随温度增加而增大的结果，因此根据显微观察及前人关于斜长石压痕硬度实验的结果，提出这种较强的状态演化效应不可能由颗粒接触点的晶体塑性流变而引起，而更可能是在含水条件下其接触点压溶过程的结果，并得到了b值与温度关系的理论表达式。

但是，中国地震局地质研究所何昌荣研究员、研究生谭文彬以及助理研究员张雷在考证压溶时发现，由于颗粒的不断接触与滚动，其接触时间很短，因此难以用显微镜观察到颗粒之间互嵌的典型压溶现象。因此难以确定其实验数据是否可以由其他力学性质所造成。为了阐明高温含水条件下状态演化效应的机制，研究小组设计本次实验为干燥实验，以隔离含水条件，因此也隔离了压溶过程并将两者的力学数据进行对比，来说明压溶以外的力学机制所对应的b值范围，以此来显示压溶过程是否重要。研究小组在100-600℃的温度范围内，正压力为300MPa的条件下，对同一斜长石颗粒样品进行了实验研究。主要结果对比如下：

（一）干燥条件下的摩擦演化效应b值在300-400℃达到峰值（<0.0075），然后随温度的升高而逐步减弱，并最后在~600℃时消减为0。这一结果从数值上远低于高温含水条件下的b值，而且在300℃以上的高温区变化趋势完全相反（图1）。

（二）显微观察表明，高温含水条件下变形的局部化相对较强，尤其在600℃时非常突出：一个是基本全部碎裂（干燥条件），一个是相对有很多较大颗粒残留（图2、图3）。

（三）力学数据及显微构造两方面的对比表明，对斜长石而言，在高温含水条件下，摩擦的状态演化效应受控于流体帮助下的热活化过程（最大可能就是接触点压溶过程）；而干燥条件下由于这种过程的缺失其b值相对很小，并且随温度的升高而逐渐消失。

（四）在下地壳的温度压力条件下，圣安德烈斯断层上的震颤（低频地震）与慢滑移现象的发现（Shellyand Hardebeck，2010）表明其具有不稳定滑动的性质，而斜长石在高温含水条件下的速度弱化特性正是这种不稳定滑动的必要条件。尽管深部的矿物成分和性质可能会更加复杂，但实验室中发现的这种受压溶控制的速度弱化机制需要在更复杂的矿物组合上进一步挖掘和探索，以期最终形成接近实际的下地壳断层本构模型。

图1干、湿两种条件下摩擦滑动的状态演化效应b值的对比：高温区其趋势正好相反

图2与干燥条件下高温区的普遍性碎裂（右图中嵌入图）相比，同温度下高温含水条件下碎裂程度较低，反映其变形的局部化相对较强。右侧为左侧黄色矩形部分的放大图

图3 高温含水条件下的斜长石模拟断层泥在600℃的显微构造（上）与干燥条件（下）的对比。MSR代表受中度剪切作用形成的区域，仍有很多尺度在微米以上级别的大颗粒；灰色部分为受强烈剪切作用形成的碎裂区，其中大部分颗粒粒度为亚微米级。下图表明，干燥条件下几乎所有的区域都受到了强烈剪切作用而碎裂（统计上为98%的区域），与含水条件形成了鲜明的对比

以上研究成果发表在国际知名地学期刊Journal of Geophysical Research（ChangrongHe, Wenbin Tan, Lei Zhang. 2016. Comparing dry and wet friction of plagioclase:Implication to the mechanism of frictional evolution effect at hydrothermalconditions. Journal of Geophysical Research. 6353-6383. doi: 10.1002/2016JB012834）

原文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2016JB012834/epdf