断层摩擦温度是表征地震能量释放的重要指标，对于约束断层摩擦强度、评估地震能量分配具有关键作用。断层岩的物理化学特征往往蕴含着相关热历史的丰富信息。其中，热不稳定的磁性矿物和含铁粘土矿物在受热过程中易发生分解，生成亚铁磁性矿物，且这些矿物往往具有各自特定的分解温度。这一特性使岩石磁学方法有潜力成为约束断层摩擦升温的“地温计”。然而，在天然断层的剪切变形过程中，这些磁性矿物及含铁矿物可能受到力化学效应的影响，其热稳定性与磁性特征也可能随之改变。目前对此类力化学效应的认识仍不清晰，从而对岩石磁学“地温计”的可靠性提出了较大的挑战。

针对上述问题，我校地球物理与信息技术学院硕士生杜婷婷在杨涛教授和中国地震局地质研究所姚路研究员的共同指导下，联合张琪副教授、中国核工业集团有限公司核工业北京地质研究院李婷博士及以色列地质调查局Tsafrir Levi博士等合作者，开展了水热条件下的低速摩擦和静压实验，结合岩石磁学、热重分析、扫描电镜与能谱分析以及X射线衍射分析等多种手段，系统探讨了剪切变形作用对菱铁矿热动力学特性和磁性的影响，取得了以下创新性认识：

（1）机械剪切可显著降低菱铁矿的热稳定性（图1-3），其原因可能与剪切作用所导致的菱铁矿晶粒细化和（或）晶格畸变有关（图4）。

（2）力化学效应使菱铁矿在约269℃即可开始分解生成磁铁矿，该温度显著低于前人报道的菱铁矿起始分解温度（图3）。

上述发现表明，在剪切及热液环境中，菱铁矿等磁性矿物和含铁粘土矿物的热稳定性有必要重新评估。这一认识不仅对约束断层摩擦生热具有重要意义，也为探讨俯冲带中类似碳酸盐矿物转变过程提供了新的启示。

图1 实验装置及条件与磁性参数对比图

图2 原始样品与部分实验样品岩石磁学结果 (a-f) 磁滞回线; (g-l) 一阶反转曲线; (m-r) 低温测量曲线

图3 热重分析结果

图4 XRD与SEM/EDS结果

该研究受到国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（42161144009）及中国地震局地质研究所项目（IGCEA2107）的资助。成果近期发表在国际地学专业期刊Geophysical Research Letters上：Tingting Du（杜婷婷）, Tao Yang（杨涛）, Lu Yao（姚路）, Qi Zhang（张琪）, Ting Li（李婷）, Tsafrir Levi, Ram Weinberger, Shmuel Marco (2026). Mechanochemical enhancement of siderite-to-magnetite conversion in faults. Geophysical Research Letters, 53(5), e2025GL118677.

全文链接：https://doi.org/10.1029/2025GL118677