云母糜棱岩的微观结构演化

《Journal of Structural Geology》：Microstructural evolution of micaceous mylonites

巴西贾托巴盆地Ibimirim断层通过磁、重力及结构分析，揭示基底岩石影响断层形态，重力反演显示三处沉积中心，断层分三段，伸展与压缩结构叠加形成复杂损伤区，基底构造控制断层演化，为研究构造体制转换提供依据。

　　本研究通过整合磁法、重力和结构数据，深入探讨了巴西东北部贾托巴盆地（Jatobá Basin）内的伊比米林断层（Ibimirim Fault）及其断裂带的演化过程。研究发现，磁异常在佩恩布库（Pernambuco）和克鲁泽伊罗-多-诺尔德斯（Cruzeiro do Nordeste）剪切带中与伊比米林断层在研究区域内的走向相一致。结合对前寒武纪构造和裂谷断层的结构分析，我们推测前寒武纪构造对伊比米林断层的位置和几何形态具有重要影响。重力反演结果显示，贾托巴盆地包含三个沉积中心，其中主沉积中心位于伊比米林断层的中部区域。断层错动分析表明，伊比米林断层由三个主要断层段组成，本研究重点关注其中央段与东段交汇的区域。在该区域，断裂带内同时存在张性与压性断层组，且压性构造会切割并错动张性构造。这些构造的叠加不仅增强了断裂带内的结构断裂连通性，还并未导致断裂带宽度的显著增加。

从古应力场的特征来看，张性构造表现出垂直方向的σ?（主压应力）和水平方向的σ?（主张应力），其方向为05/061。相比之下，压性构造则呈现出垂直方向的σ?和水平方向的σ?，方向为03/349。这种差异表明，该区域的盆地反转可能并非单一方向的构造活动，而是由远场应力（如安第斯山脉和大西洋中脊的应力）引发的非共线性构造反转。这一发现对于理解盆地内不同构造阶段的叠加及其对断裂带演化的影响具有重要意义。此外，研究还揭示了构造反转对断裂带属性（如宽度、裂缝密度等）的潜在影响，为后续研究提供了新的视角。

在构造地质学中，断层通常被视为一个变形体积，由断层核心和周围的断裂带组成（Caine et al., 1996）。断裂带的规模可以从几米到数公里不等，并且常常包含亚地震结构（Beach et al., 1999；Schueller et al., 2013；Torabi et al., 2020）。因此，了解断裂带内部亚地震结构的分布对于刻画断层带的特征至关重要（Fossen and Hesthammer, 2000；Fossen et al., 2007；Fossen and Bale, 2007）。通常情况下，断层的形成与某一主要构造体制密切相关，但构造体制的转变对断层带演化的影响仍是一个较少被研究的领域。本研究正是针对这一问题展开，旨在揭示构造体制转变对断层带特征的影响机制。

在区域尺度上，断层的形成往往与脆性反应性结构的重新激活有关，这在理解盆地演化过程中起着关键作用（Phillips et al., 2016；Kolawole et al., 2018；Samsu et al., 2023）。因此，记录裂谷期断层的脆性反应性，有助于揭示正断层的生长过程（Cartwright et al., 1995；Gawthorpe and Leeder, 2000）。在张性构造体制下，断裂带的发展通常遵循一个从孤立段到与其他平行断层段相互作用，最终实现断层连接的演化路径（Childs et al., 2003；Walsh et al., 2003；Balsamo et al., 2016；Lucas et al., 2023）。已有研究建立了多种预测断层几何参数（如断层错动量与断裂带宽度之间的比例关系）的模型（Shipton and Cowie, 2001；Alaei and Torabi, 2017；Ellingsen, 2017）。然而，断层生长与连接过程对断裂带演化的影响仍缺乏系统性的研究。

此外，裂谷期后的盆地反转可能引发新的断层形成，或导致裂谷正断层的正向反转（Stephenson et al., 2020；Bezerra et al., 2023；Marques et al., 2024）。然而，在远离活动板块边界的大陆内部盆地中，盆地反转对地表构造的影响仍存在争议，因此成为学术界关注的焦点（Bezerra et al., 2023）。同样，盆地反转对断层带属性（如宽度、裂缝密度等）的影响也尚未得到充分研究。因此，有必要在构造体制叠加的典型露头区域进行深入调查，以探讨裂谷期与反转期断层活动的相互作用（Ballas et al., 2014；Soliva et al., 2016；Nicchio et al., 2023）。

在这一背景下，前人研究表明，巴西东北部的博博雷马省（Borborema Province）的白垩纪裂谷作用是理解泛大陆（Pangea）破裂的关键（Matos et al., 2021）。这些裂谷盆地标志着裂谷过程的开端，因此成为研究构造演化的重要对象。此外，这些盆地也是基于断层年代学信息进行脆性反应性研究、断层带特征分析以及构造反转研究的热点区域（Celestino et al., 2021；Ganade et al., 2022；Cardoso et al., 2023）。在博博雷马省，贾托巴盆地记录了与张性与压性构造体制相关的断层活动阶段（Marques et al., 2024）。因此，该盆地成为研究裂谷期与反转期断层活动的理想场所，特别是伊比米林断层作为贾托巴盆地边界断层，其断裂带的演化过程值得深入探讨。

尽管已有许多研究关注裂谷期与反转期断层活动，以及断裂带的形成与演化，但仍存在诸多问题需要进一步澄清。例如：（i）前寒武纪构造对正断层生长的影响机制是什么？（ii）断层生长与连接过程，以及连接区内的断层错动量如何影响断裂带的演化？（iii）伊比米林断层的盆地反转机制和时间是什么？（iv）盆地反转如何影响断裂带的演化及其属性？针对这些问题，本研究采用多学科方法，结合磁法、重力数据和构造分析，对伊比米林断层进行系统研究。研究分为两个尺度：在盆地尺度上，我们利用磁法数据探讨前寒武纪构造对伊比米林断层的影响，并通过重力反演数据揭示该断层对盆地内部结构的控制作用。此外，我们还利用重力反演数据绘制断层错动量剖面，以理解该断层的几何形态（如断层段的分布）。在地表露头尺度上，我们选取了一个2.5×1.0公里的关键露头区域，研究其中暴露的正断层与逆断层组，并分析这些构造对断层带演化的影响。通过这些研究，我们希望为预测断裂带特征提供新的依据，特别是在构造体制叠加的背景下。

贾托巴盆地位于巴西东北部，是“Rec?ncavo-Tucano-Jatobá Rift System”（RTJ-RS）的一部分，这一裂谷系统具有典型的半地堑结构（图1）。该裂谷系统与大西洋的形成密切相关，被认为是泛大陆破裂过程中形成的裂谷盆地之一（Milani and Davison, 1988）。此外，RTJ-RS也被解释为大西洋的失败分支（Magnavita, 1992；Matos et al., 2021）。该裂谷系统的形成始于白垩纪早期的贝里萨克阶（Berriasian），随后经历了多阶段的构造演化。裂谷期的构造活动不仅塑造了贾托巴盆地的基底结构，还为后续的构造反转提供了重要的构造背景。

在方法上，本研究采用多学科综合分析的方法，结合磁法、重力数据和地形信息，对伊比米林断层进行系统研究。磁法数据主要用于分析区域构造特征，而重力反演则用于揭示盆地内部的沉积结构。此外，我们还进行了详细的构造分析，包括断裂带特征的绘制和古应力场的测定，以探讨伊比米林断层在裂谷期与反转期的演化过程。通过这些方法，我们能够更全面地理解断层带的形成机制及其对盆地结构的控制作用。

磁法数据显示，伊比米林断层在盆地尺度上呈现出东北-西南走向，这一方向与佩恩布库和克鲁泽伊罗-多-诺尔德斯剪切带中的磁线性特征相吻合。然而，在露头区域，断层的走向有所变化，局部区域表现出东西向或西北-东南向的特征。这种走向的变化可能反映了断层在不同构造阶段的演化路径，或是受到区域构造应力场的控制。通过分析磁法数据，我们能够识别出与断层相关的构造特征，并探讨其与前寒武纪构造之间的关系。

重力反演结果进一步支持了这一观点，显示贾托巴盆地内存在三个沉积中心，其中主沉积中心位于伊比米林断层的中部区域。这一结果表明，断层对盆地的沉积分布具有显著的控制作用。同时，重力反演数据还被用于绘制断层错动量剖面，从而揭示断层的几何形态。断层错动量剖面的分析表明，伊比米林断层由三个主要断层段组成，且在中央段与东段交汇的区域，断层带内同时存在张性与压性构造。这种构造的叠加不仅增强了断裂带内的结构断裂连通性，还并未导致断裂带宽度的显著增加，这可能与构造应力场的复杂性有关。

古应力场的分析进一步揭示了断层带内的构造演化过程。张性构造表现出垂直方向的σ?和水平方向的σ?，其方向为05/061，而压性构造则表现出垂直方向的σ?和水平方向的σ?，方向为03/349。这种差异表明，该区域的构造演化并非单一方向的应力作用，而是受到多方向应力场的影响。此外，压性构造对张性构造的切割和错动也表明，构造体制的转变对断层带的演化具有重要影响。这种构造的叠加可能与远场应力（如安第斯山脉和大西洋中脊的应力）有关，从而引发了非共线性的构造反转。

在构造演化过程中，断层带的形成和演化受到多种因素的共同影响，包括构造应力场、基底构造、沉积环境等。伊比米林断层作为贾托巴盆地的边界断层，其断裂带的演化可能与区域构造应力场的变化密切相关。此外，前寒武纪构造的继承性也可能对断层带的形成和演化产生影响。例如，佩恩布库和克鲁泽伊罗-多-诺尔德斯剪切带可能在裂谷期和反转期对伊比米林断层的形成提供了重要的构造背景。

本研究的结果表明，伊比米林断层的断裂带内部存在复杂的构造叠加现象，这种叠加不仅影响了断裂带的几何形态，还对断裂带内的结构断裂连通性产生了重要影响。同时，构造反转可能对断裂带的属性（如宽度、裂缝密度等）产生显著影响。这些发现为理解断层带在不同构造阶段的演化提供了新的证据，并为预测断层带特征提供了重要的参考。

总之，本研究通过整合磁法、重力和结构数据，揭示了伊比米林断层在裂谷期与反转期的演化过程，以及构造体制叠加对断裂带特征的影响。研究结果表明，断层带的形成和演化受到多种构造因素的共同作用，包括前寒武纪构造的继承性、区域构造应力场的变化以及构造反转的叠加效应。这些发现不仅有助于理解贾托巴盆地的构造演化，也为研究其他类似盆地的构造特征提供了重要的借鉴。未来的研究可以进一步探讨构造反转对断层带属性的具体影响机制，并结合其他地质数据（如地震数据、钻井数据等）进行更全面的分析，以揭示构造演化过程中的复杂相互作用。