安宁河断裂带是青藏高原东南缘一条重要的走滑断裂，该断裂带地震频发，曾在1480年和1536年发生过两次M7.5级地震。近年来，基于大地测量数据反演结果以及小震精定位和重复地震表明，安宁河断裂浅部（3-25公里）具有较高的地震危险性（图1）。

大陆浅源强震的震源介质多为花岗质岩石。例如，美国圣安德列斯断层、新西兰阿尔卑斯断裂带等断层上的强震都发生在花岗岩中。因此，花岗岩断层摩擦强度和滑动稳定性是认识大陆浅源强震的孕育和发生机制的核心科学问题之一。基于速度-状态摩擦本构方程，前人利用旋转剪切仪器和三轴剪切仪器等先进实验设备开展了一系列花岗岩断层泥的摩擦实验。实验结果表明，花岗岩摩擦强度符合在200-400°C具有不稳定滑动和地震成核条件。然而，由于缺乏温度、孔隙流体压力和滑动速率等因素对花岗岩断层强度及滑动稳定性的影响及其微观变形机制系统性的实验研究，尚未建立合适的模型来耦合这些因素。

针对上述问题，中国地震局地质研究所构造物理实验室博士后雷蕙如，在周永胜研究员以及荷兰乌特勒支大学Chris Spiers教授和Andr Niemeijer副教授指导下，利用地震动力学与强震预测全国重点实验室的气体介质三轴剪切仪和乌特勒支大学高温高压实验室的旋转剪切仪器，采用安宁河断裂带的天然花岗岩断层泥，在温度（25-600℃），有效正应力（68-200MPa），滑动速率（0.001-100μm/s）和不同孔隙流体压力（干燥、30MPa、100MPa）条件下，开展了系统的摩擦剪切实验，并对实验后样品进行高分辨率微观结构分析。实验主要新发现有：

（1）断层滑动稳定性随温度变化规律。随着深度（温度）增加，花岗岩断层滑动稳定性表现出“速度强化（稳定滑动）-速度弱化（有条件不稳定滑动）-速度强化（稳定滑动）”的特征。同时，在100MPa高孔隙流体压力条件下，速度弱化不稳定区域温度范围在100-450°C，远比前人给出的200-400°C范围大，并且随着速率增加不稳定区域向更高温度（450°C）移动（图2a）。

（2）不稳定滑动随孔隙流体压力变化趋势。研究首次定量发现，在30MPa低孔隙流体压力下，花岗岩断层泥不稳定滑动温度可从25℃扩展至600℃，对应地壳深度约4-24公里（图2b）。随着断层孔隙流体压力的增加，不稳定滑动的深度范围向地表浅部移动（图2c）。

（3）发现在高温水热条件下摩擦强度降低，微观结果分析揭示了其变形机制。实验室首次发现在600°C和高孔隙流体压力条件下，花岗岩断层泥的摩擦系数降至0.4以下，远低于一般情况下的 0.65-0.8。高分辨率扫描电镜分析表明，在高温水热条件下，随着滑动位移的增加，石英和长石细颗粒的压溶变形显著增强，导致摩擦强度显著降低。这一微观变形机制的发现为理解花岗岩断层在高温条件下的力学行为提供了重要依据。

根据温度、滑动速率、孔隙流体压力的协同作用对断层稳定性的实验数据，结合微观物理摩擦理论，提出了花岗岩在间震蠕滑到低速成核过程中的摩擦强度和滑动稳定性演化模型及其影响因素（图3）。该模型为理解花岗岩断层在不同物理条件下的力学行为和地震孕育提供了新的理论框架，并为地震预测和灾害评估提供了重要的科学依据。近期，该论文作者凭借该研究的卓越科学贡献，荣获Wiley出版社颁发的“杰出贡献作者”荣誉称号（图4）。

图1. 安宁河断裂带取样点地质剖面图、与实验用花岗质角砾岩和断层泥

图2. （a）高孔隙压力下，速度依赖性（a-b）值随速度和温度的变化；（b）低孔隙压力下，速度依赖性（a-b）值随速度和温度的变化；

（c）恒定速度下，速度依赖性（a-b）值随孔隙流体压力和温度的变化.图中蓝色为速度弱化不稳定滑动区域，红色为速度强化稳定滑动区域。

图3. 地震周期中花岗岩断层强度和滑动稳定性的演化模型图。断层变形条件（如温度、加载速度）与微观变形机制

（如颗粒碎裂流动、压溶、蠕变、摩擦晶界滑移等）的共同控制断层强度与滑动稳定性。

图4. Wiley China颁发的 “杰出贡献作者”证书

上述研究成果发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth：Lei, H., Niemeijer, A. R., Zhou, Y., & Spiers, C. J. (2024). Frictional properties of natural granite fault gouge under hydrothermal conditions: A case study of strike‐slip fault from Anninghe Fault zone, southeastern Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129(8), e2024JB028760. 

本研究获得国家自然科学基金-地震科学联合基金（U2139202），中央级公益性科研院所基本科研业务专项（IGCEA1813）和国家留学基金委（202004190003）的联合资助，一并致谢。