《Journal of Structural Geology》：Transpressional flow and escape of orogens: The Paleoproterozoic Eburnean accretionary orogen of West Africa
编辑推荐：
天然横向构造挤压变形的运动学解释仍受三维应变分配（strain partitioning）所限。这促使研究人员开展多尺度数据整合，以提取关于走滑断层系统在造山作用过程中作用的地质意义信息。本研究基于结构数据的详尽汇编、综合构造图的编制以及造山带应变场（stra
天然横向构造挤压变形的运动学解释仍受三维应变分配（strain partitioning）所限。这促使研究人员开展多尺度数据整合，以提取关于走滑断层系统在造山作用过程中作用的地质意义信息。本研究基于结构数据的详尽汇编、综合构造图的编制以及造山带应变场（strain field）的计算，从 meso尺度（千米级）到区域尺度（约1000 km），对一个典型的宽横向构造挤压造山带中地壳变形的运动学进行了研究。研究人员记录了一种普遍存在的地壳流模式，称为**总体非均匀横向构造挤压流（bulk inhomogeneous transpressional flow）**，该模式通过自相似的**网状组构—剪切带网络（anastomozed fabric–shear zone network）**将地壳缩短转化为侧向和垂向逃逸来调整汇聚作用。这种流变模式可能因剪切带和组构在长达数千万年的累积变形历史中的部分愈合或恢复而表现出局部复杂性。因此，结构网络内的局部运动学观测或相对变形年代学可能无法捕捉总体流变，因而构造意义有限。横向构造挤压流以**纯剪切（pure shear）**为主导，产生分布式的地壳增厚并伴有造山带平行方向的逃逸，后者涉及伸展分量。区域流变模式遵循刚性地块边界和**弧弯构造（oroclines）**的凸形形态。分布式流变意味着由造山带下方岩石圈地幔减薄所促进的**壳幔耦合（crust–mantle coupling）**。造山尺度的走滑剪切带主要作为调节流变非均质性的传递构造，而非板块尺度的位移。因此，地壳流主导了宽横向构造挤压造山带的运动学，且必须在大多数造山带的热区段中运作。这些结果对**断层驱动的逃逸构造（fault-driven escape tectonics）**模型提出了质疑，并支持岩石圈各层之间垂向耦合的分布式变形。
本研究聚焦于西非**曼-莱奥地盾（Man-Léo Shield）**的古元古代埃布尔尼造山带，探讨宽增生型造山带中横向构造挤压的地壳流模式。该研究背景源于天然横向构造挤压变形的运动学解释长期受限于三维应变分配的复杂性，而数据的多尺度整合对于理解走滑断层系统在造山过程中的作用至关重要。增生型造山带作为以新生地壳为主的宽而长期活动的聚合板块边界，具有高温、软弱特征，本质上是横向构造挤压系统，因此是研究深层热造山过程的理想对象。
研究人员针对埃布尔尼造山带开展了从 meso尺度到区域尺度（约1000 km）的综合构造分析。该造山带主要由**比里米安（Birimian）地壳**组成，包括花岗-绿岩地体，于2.25–2.03 Ga期间增生并变形。研究区经历了**高温-低压（HT-LP）**区域变质作用， regional 剥蚀面约为5 kbar/13 km深度。传统构造模型曾将该造山带解释为两阶段演化：早期的低角度逆冲叠瓦构造（D1）被后期区域走滑剪切带（D2、D3）叠加，但这一模型受到后续研究的质疑。
研究人员基于超过14000个**面理（foliation）**方位数据的详尽汇编，通过手工绘制**面理迹线（form lines）**构建综合构造图，并采用**地质统计学**方法计算造山带的应变场。面理数据来源于已发表的地质图幅和学术论文，研究人员通过**变差函数分析（variogram analysis）**量化面理方位数据的空间相关性和变异性，采用**块金效应（nugget effect）**、指数模型（21 km变程）和球状模型（269 km变程）三种嵌套理论模型进行拟合，最终通过**克里金插值（kriging interpolation）**获得连续的面理方位网格并自动生成面理迹线。此外，研究人员还对剪切带网络进行了几何分析，测量了由**网状剪切带（anastomozed shear zones）**限定的约500个**透镜状构造域（shear lenses）**的长宽比和对称性，以约束流变模式的应变和运动学特征。
研究结果显示，埃布尔尼造山带存在一个自相似的**面理-剪切带网状模式（fabric-shear zone anastomozed pattern）**，在1–100 km尺度范围内具有**自相似性（self-similarity）**。该模式由**共轭剪切带网络（conjugate shear zone network）**组成，剪切带通常呈**曲线形（curvilinear）**，限定长度达数十至200 km的透镜状构造域。面理总体陡倾，矿物拉伸线理（mineral-stretching lineations）的倾伏向和倾伏角变化剧烈。**总体非均匀横向构造挤压流（bulk inhomogeneous transpressional flow）**通过该模式将地壳缩短转化为垂向增厚和侧向逃逸。这一流变模式以纯剪切为主导，结合了不同比例的垂向拉伸和水平侧向拉伸，作用在陡倾的造山带平行面理上。两种端元组构构型被识别：**花岗岩类（granitoids）**中趋于水平拉伸和**平面应变（plane strain）**条件（LS构造岩），而**上覆岩系（supracrustals）**中则表现为垂向压扁和陡倾线理。剪切带的滑移方向包括水平（走滑）、**倾滑（dip-slip）**（逆冲）以及在纯压扁情况下的辐射状分布。
在区域尺度上，造山带的应变场揭示了若干关键特征。一个宽约300 km、迹线密集且呈北北东走向的**紧束带（tightness corridor）**平行于**费尔凯-马纳剪切带（Ferké-Mana shear zone）**，标志着造山带在**太古代**地块和**伯格哈纳（Burghana）**巨型剪切带之间的紧束区域。伯格哈纳巨型剪切带显示出高应变特征，其迹线极为顺直、平行且等间距。太古代-比里米安接触带吸收了地块的**楔入作用（indentation）**及其内部变形。研究发现，**北北东向左旋剪切带**和**北南向sinistral剪切带**主要作为**传递剪切带（transfer shear zones）**发挥作用，并未吸收显著的水平应变或位移。而新识别的两条北北东向sinistral剪切带则调节了地块东南侧的**西南向逃逸（southwestward escape）**。透镜体的几何分析表明，仅27%的透镜体明显不对称，且dextral和sinistral数量大体相当，指示变形以**共轴（coaxial）**分量为主；更高应变使不对称性消失，进一步证实纯剪切主导的特征。
在讨论部分，研究人员深入探讨了**横向构造挤压流（transpressional flow）**的构造与动力学意义。研究提出，分布式的横向构造挤压流通过自相似的组构-剪切带系统吸收构造汇聚，将地壳缩短转化为侧向和垂向逃逸。该结果对**逃逸构造（escape tectonics）**模型提出了根本性质疑：造山尺度的走滑剪切带主要作为调节流变非均质性的传递构造，而非反映板块运动学或简单逃逸的**板块尺度位移带（plate-scale displacement zones）**。流变模式下的地壳增厚受**地壳浮力（crustal buoyancy）**和**重力均衡（isostasy）**限制，侧向分量在质量平衡中占主导。侧向**伸展性牵引（transtension）**以低角度于区域横向构造挤压构造走向发生，促进了**比里米安下地壳**沿缓倾剪切带和面理的**伸展折返（extensional exhumation）**。研究人员据此提出更新的造山带地壳流模式分类方案，包括**扭动（wrenching）**、**均匀横向构造挤压（homogeneous transpression）**和**侧向扩展（lateral spreading）**三个端元，并形成**倾伏-倾伏角三角图（dip-pitch-plunge triangular diagram）**以评估流变分配。
研究进一步讨论了横向构造挤压流的动力学机制。造山尺度的横向构造挤压流要求**壳幔耦合（crust–mantle coupling）**，而这种耦合由岩石圈地幔的减薄、**热侵蚀（thermal erosion）**或**拆沉（delamination）**所促成。热地壳无法通过发育大型逆冲断层实现缩短或维持过度增厚，因此即使在**正向汇聚（head-on convergence）**背景下也会发生侧向流变。研究人员强调，增生型造山带之所以呈横向构造挤压特征，并非因为斜向汇聚，而是因为其处于高温软弱状态——即缺乏刚性、隔热岩石圈地幔的保护。**下地壳拆沉（lower crust foundering）**的持续发生补偿了部分构造增厚和岩浆增生，限制了对流变驱动逃逸的需求。横向构造挤压流应是**前寒武纪增生型造山带**、**弧后（back-arc）**汇聚域乃至**冷碰撞造山带（cold collisional orogens）**后方的普遍规律，为理解汇聚板块边界的构造学开辟了新视角。
研究特别指出，埃布尔尼造山带的太古代-比里米安碰撞带是一个由比里米安地壳流变模式所塑形的**弧弯构造（orocline）**。该弧弯构造的生长归因于太古代岩石圈地幔的拆沉，使得埃布尔尼增生型造山带得以向西（即太古代方向）扩展，并逐步将太古代地壳并入比里米安地壳中。这一认识将**曼-莱奥地盾**描述为太古代大陆几近消失的实例——其大部分地壳已并入邻接的增生型造山带，而岩石圈地幔则循环进入了**软流圈（asthenosphere）**。
研究结论部分系统总结了**总体非均匀横向构造挤压流**的核心特征、成因与意义：该流变模式通过自相似的**网状组构—剪切带模式**调整构造汇聚，但因局部愈合或恢复而可能呈现复杂面貌，局部运动学观测或相对变形年代学对总体流变的指示意义有限；该模式以纯剪切为主导，导致分布式地壳增厚与造山带平行逃逸相结合，后者涉及伸展分量，并需要岩石圈地幔减薄或移除所促成的壳幔耦合；**地壳尺度流变**主导了造山带的运动学，而造山尺度的走滑剪切带主要作为调节流变非均质性的传递构造；这种总体横向构造挤压流必然控制现代及活动造山带热区段的运动学，对大规模的断层驱动逃逸构造模型构成挑战，支持岩石圈各层之间垂向耦合的分布式变形。本研究发表在《Journal of Structural Geology》。
