大陆地壳断裂带变形由浅部摩擦滑动向深部经历脆塑性转换带后转换为塑性流变。脆塑性转换带内断层强度达到最高，变形以摩擦和流变共同主导，地震活动逐渐由地震向无震转化，因此又被称为地震-无震转换区。断裂带深浅部不同的耦合关系导致有些段落表现为无震蠕滑，而有些段落处于间震期闭锁状态（Avouac, 2015）。近年来，多种断层滑动形式（如慢滑移等）陆续在不同构造背景的地震-无震转换区被报道（Behr and Bürgmann, 2021; Kirkpatrick et al., 2021）。从理论上讲，矿物颗粒尺度的变形机制可能是控制断层闭锁向蠕滑转变的重要因素。然而，许多参数的变化，例如断层带成分、温度、应力及应变速率等都会影响断层的滑动形式（e.g., Handy et al., 2007; Imber et al., 2008），这也引出了本研究的主要问题：什么关键参数控制了断层带的地震或无震滑动形式？除了传统认识上温度对地壳脆塑性转换的控制外（e.g., Brace and Kohlstedt, 1980），层状硅酸盐矿物的发育及流体的参与也会对断层强度弱化及应变局部化等产生深远影响，并可能导致在地震-无震转换区内断层滑动表现为反复的流变-摩擦滑动变形。

针对以上科学问题，中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室陈建业研究团队的副研究员段庆宝，联合英国卡迪夫大学Åke Fagereng教授和Thomas Blenkinsop教授，选取红河断裂带南北段，分别具有显著不同的地震活动性，并分别发育形成于脆塑性转换带深度的糜棱岩化假玄武玻璃和糜棱岩化碎裂岩的剪切带开展了微观结构观察（图2）、EBSD测试（图3）及基于微观物理模型的断层强度（图4）模拟等研究，获得了以下主要认识。

（1） 红河断裂北段，中地壳断层滑动局部化至厘米厚的重结晶的假玄武玻璃滑动带内。滑动带内动态重结晶石英记录了超过100MPa的流动应力，和较高的应变速率（图4A）。微观结构表明北段很少显示溶解-沉淀蠕变相关的变形作用，糜棱岩中层状硅酸盐矿物含量相对较低。结合北段20公里深度附近地球物理观测到的相对低阻高速特征（Liu et al.,2023；Ye et al., 2022），表明北段经历了相对干燥条件下的变形。这种相对干燥条件导致长英质糜棱岩具有相对较高的强度，可以承受局部瞬态高应力的蠕变事件。假玄武玻璃滑动带内记录到的较高流动应力被解释为大地震后局部高应力、高应变速率的震后蠕变事件（图4B）。

（2）红河断裂南段，断层滑动分布在数条糜棱岩化的碎裂岩滑动带内。碎裂岩主要由定向排列并互相连通的黑云母和夹在其中的长石、石英碎斑组成，发育广泛溶解-沉淀蠕变，导致显著弱化。碎裂岩变形结构显示与慢滑移相类似的变形特征（图2）。滑动带内石英记录到了相对较低的流动应力（<50 MPa）。提出南段更多的流体参条件导致广泛的溶解-沉淀蠕变变形，使得南段的变形维持在相对较低的应力水平。

（3）基于微观物理的断层强度模拟（图4A），并结合微观构造观察表明南段碎裂岩滑动带记录到了从流变到摩擦转换的瞬态慢滑移事件（应变速率~10-4 s-1）。研究结果表明蠕变驱动的流体增压和扩容强化作用是蠕滑断层带慢滑移的一种机制。

综上，红河断裂北段中地壳变形主要由发生在相对干燥和较高应力条件下的周期性大地震所主导。南段中地壳处于相对富含流体条件，变形以低应力、无震蠕滑为主，伴随瞬态慢滑移事件。流体的参与程度是控制红河断裂不同段落断层滑动形式的主导因素。尽管南段在中地壳深度以无震滑动变形方式为主，不排除无震滑动变形会对浅部孕震层施加弹性加载作用的可能。另外，断层北段发生的大地震也可能会传播至南段并施加额外的瞬态加载作用，导致整个断层的协同变形（图4D，4E）。

图1 红河断裂地质背景。A 区域构造背景；B红河断裂地质背景与地震分布；C红河断裂南段跨断层地质剖面；

D-F北段糜棱岩化假玄武玻璃滑动带；G-J南段糜棱岩化碎裂岩滑动带。

图2 A-E北段糜棱岩化假玄武玻璃滑动带微观结构特征；F-N南段糜棱岩化碎裂岩滑动带微观结构特征。

图3 A-C动态重结晶石英变形组构特征；D-F黑云母Ti温度计限定的变形温度；G-O动态重结晶石英颗粒粒度。

图4 A断层强度剖面图，图中不同颜色实线代表基于微观物理模型（Niemeijer and Spiers, 2005）获得的强度剖面，

数据点是石英应力计得到的流动应力；B-E北段（实线）和南段（虚线）应力、应变速率及应变演化模型图。

上述研究成果近期发表在国际地学期刊Geology上。研究受到国家重点研发计划（2021YFC3000603）和国家自然科学基金（42074221）项目资助。段庆宝获得中国留学基金委员会资助。Åke Fagereng获得欧洲研究理事会地平线2020计划（715836 "MICA"）资助。

论文信息：

Duan Qingbao*, Åke Fagereng, Chen Jianye, & Thomas Blenkinsop. 2024. Fluid environment controls along-strike variation in slip style: Midcrustal geological signatures from the Red River fault, China. Geology, https://doi.org/10.1130/G51865.1.