地幔伸展型板块边界剪切带厚度对构造应变局部化和瞬态应变率的控制机制研究

本研究针对伸展型板块边界剪切带的厚度演化机制问题，通过法国比利牛斯Turon de Técouère地幔橄榄岩体的多尺度分析，揭示了板块运动恒定位移速率条件下剪切带厚度（40-200 m）与理论预测值（8-20 m）的差异，提出"跳跃式剪切带（jump around）"新模型，为理解岩石圈地幔应变局部化和板块边界动力学提供了关键约束。

　　

在板块构造理论框架下，岩石圈地幔如何响应伸展作用一直是地球动力学研究的核心问题。法国比利牛斯山脉出露的Turon de Técouère橄榄岩体，保存了白垩纪岩浆贫乏型超伸展板块边界的珍贵记录，为揭示深部变形机制提供了天然实验室。传统观点认为剪切带应变会持续局部化，但该岩体显示的复杂变形历史挑战了这一认知——其40-200米厚的剪切带远超理论预测厚度，暗示板块边界变形可能存在更复杂的时空演化规律。

为解析这一科学难题，国外研究团队对Turon de Técouère剪切带开展了多学科综合研究。通过野外构造测绘结合显微构造分析，研究人员重建了三个温度阶段（1000°C/1.0 GPa→850°C/0.6 GPa→750°C/0.5 GPa）的变形历史。采用动态重结晶颗粒尺寸、亚颗粒尺寸和位错密度等古应力计（paleopiezometers）估算差异应力和应变率，结合板块运动速率（5 mm/yr）计算理论剪切带厚度。关键发现包括：

1. 剪切带厚度演化
   通过显微构造分析发现，早期（1000°C）25-40米厚糜棱岩带在850°C时被超糜棱岩叠加，750°C时变形域扩展至>200米。应变率估算显示各阶段高应变域保持10^-12
   -10^-10
   s^-1
   的稳定值，但实测厚度始终是理论值（8-20 m）的4-10倍。

2. 岩石圈地幔强度峰值
   850°C/0.6 GPa条件下差异应力达83-634 MPa，对应剪切应力132-366 MPa，代表伸展板块边界的强度极大值。此时反应启动（斜方辉石+单斜辉石+尖晶石→橄榄石+斜长石）引发颗粒尺寸敏感蠕变（grain size sensitive creep），导致后续应变弱化。

3. "跳跃式剪切带"模型
   提出创新性解释模型：仅8-20米宽的活跃变形域在40-200米宽剪切带内"跳跃"迁移，既满足整体位移需求，又避免局部过载。这种时空非均匀变形得到显微构造证据支持，如超糜棱岩域保留多期变形组构。

技术方法概要：研究整合了野外构造测量、电子背散射衍射（EBSD）、氧化蚀刻位错观察等技术。通过橄榄石动态重结晶颗粒尺寸（42-68 μm）、亚颗粒尺寸（6.5-9.5 μm）和位错密度（10¹²
-10¹³
m^-2
）三套古应力计交叉验证，结合Pyroxene地质温压计和相平衡分析，构建了P-T-ε（压力-温度-应变）四维演化框架。

研究结论与意义：

1. 首次证实伸展型板块边界在岩石圈地幔尺度可完整保存于单一露头，其40-200米厚度代表整个板块边界变形带，挑战了传统"窄剪切带"认知。
2. 揭示850°C/0.6 GPa是岩石圈地幔强度峰值条件，此时差异应力达634 MPa，为建立全球岩石圈流变学模型提供关键参数。
3. 提出的"跳跃式剪切带"机制合理解释了厚剪切带与快应变率的矛盾，为理解其他板块边界（如转换断层、俯冲带）的应变分配提供新思路。
4. 反应软化（reaction softening）与动态重结晶的协同作用控制应变局部化进程，这一发现对超慢速扩张洋中脊的构造模拟具有重要启示。

该成果发表于《Journal of Structural Geology》，通过将显微构造分析与板块尺度运动学完美结合，为理解岩石圈流变学响应提供了范例。研究揭示的"位移速率主导"变形机制，将推动从实验室流变实验到全球构造模型的多尺度研究范式转变。