印度邦德尔坎德克拉通陆内剪切带的岩石结构演化：对花岗质岩中应变集中的启示

《Journal of Structural Geology》：Petrostructural evolution of the Intra-terrane Shear Zones in the Bundelkhand Craton, India: Implications for Strain Localization in Granitoids

　　

摘要
邦代克汉德克拉通主要由新太古宙花岗岩类组成，是研究花岗岩类中剪切带成核的天然实验室。与各向异性介质不同，后者中已有的薄弱面引导应变局部化，而剪切带在各向同性花岗岩类中的起始则颇具挑战。本研究探讨了流体辅助变形如何促进邦代克汉德克拉通中的应变局部化和剪切带发育，重点关注两种不同类型的板内剪切带，其特征分别为尖锐接触（S型）和渐变接触（G型）。野外工作、岩石学以及微结构分析表明，流体通过脆性破裂的侵入在剪切带成核中起着关键作用。已有的破裂网络（Fe）作为热液态流体的通道，触发了水解弱化、交代蚀变以及云母类矿物的沉淀，从而增强韧性。G型剪切带表现出从超糜棱岩到中间糜棱岩和原糜棱岩区的渐进过渡，以明显的矿物学和结构构造转变为标志。相比之下，S型剪切带在狭窄的超糜棱岩带内显示出突变的流变学变化。此外，单矿物温度计被视为记录剪切带不同再工作阶段的表观矿物平衡温度，而非横向热梯度。我们认为，一个将破裂再活化与微结构重组联系起来的介观到微观尺度框架，导致了花岗岩类中两种对比的剪切带边界构造（S型和G型）。

引言
剪切带是应变和位移增强的板状区域，容纳了大陆地壳中大部分粘性变形（Ramsay and Graham, 1970; Ramsay, 1980; Means, 1984, 1995; Fossen and Cavalcante, 2017）。它们的几何形态和内部应变剖面反映了运动学边界条件、继承性非均质性、变形机制和流变演化的综合效应。花岗岩类提供了一个有趣的设置，因为它们是多相聚集体，具有强烈的相尺度流变对比（Platt, 2026）。然而，花岗岩类本质上往往是弱各向异性的，在大剖面上缺乏明显的渗透性固态结构的情况下，其物理和化学性质近乎均匀（在剪切带发育之前），这使得应变自发局部化在理论上极不可能。尽管存在这一表面悖论，许多自然实例证明了在弱各向异性岩石中保存了发育良好的剪切带，包括花岗岩类和石英岩（Ceccato et al., 2018, 2020，及其中参考文献）。这些观察结果突显了我们在虚拟各向同性介质中剪切带成核机制理解上的关键空白，并强调需要确定在不存在任何已有的力学各向异性的情况下实现应变局部化的过程。考虑到剪切带在容纳地壳变形、控制构造再工作和承载具有重要经济意义的矿化方面起到的关键作用，解决这一问题尤为重要（Bellot et al., 2003; Kolb et al., 2004; Banerjee et al., 2022）。

实验、理论和自然研究共同表明，流体在促进花岗岩类中剪切带成核方面起着根本作用。这些研究表明，液态流体通过增强应力驱动的化学反应、改变矿物学并促进新生来显著降低岩石强度（Dunning, 1984; Segall and Simpson, 1986; Groome and Johnson, 2006; Plumper et al., 2022）。流体辅助变形进一步通过变形、渗透性增强和流体侵入之间的正反馈得到加强，其中应变诱导的破裂增加渗透性并促进阵发性流体流动，这一过程通常被称为"应变诱导渗漏"（Connolly and Podladchikov, 2004; Yardley and Baumgartner, 2007）。最近的研究强调，流体可用性，特别是H2O含量，在构造-变质过程中动态演变，并对变形机制产生强烈控制，包括晶粒尺寸减小（Bickert et al., 2023）、相变（Millán et al., 2007; Goncalves et al., 2012）和应变局部化（Tartèse et al., 2012; Sarkar et al., 2020; Nerone et al., 2024）。即使水含量的小幅变化也可能控制脆性和晶体塑性行为之间的转换，实现角闪岩相糜棱岩化和韧性剪切带的发育（Pennacchioni and Cesare, 1997; Giuntuli and Voila, 2021; Petroccia et al., 2025）。相反，流体贫乏条件抑制矿物再平衡和退变质，保留正变质矿物组合并限制韧性变形（Tenczer et al., 2006; Jamtveit et al., 2019; Nerone et al., 2024）。此外，Yardley and Baumgartner (2007) 强调，变形本身增强了渗透性，促进了阵发性流体流动和局部化应变的反馈。这些发现支持了一个模型，在该模型中，剪切带的演化不是由连续的流体饱和驱动，而是由瞬态和阵发性的流体渗透事件驱动（Agard et al., 2001），受流体压力变化和反应驱动的弱化调节（Connolly and Podladchikov, 2004; Weiss et al., 2015）。

在花岗岩类中，剪切带成核通常沿脆性前驱体开始，如微破裂和破裂网络，它们作为流体渗透的有效通道（Segall and Simpson, 1986; Bürgmann and Pollard, 1994; Christiansen and Pollard, 1997; Guermani and Pennacchioni, 1998; Pennacchioni, 2005; Manctelow 2002; 2006; 2009）。沿这些结构的流体侵入促进了水解弱化、交代蚀变和弱矿物相的运动同期生长，特别是云母类矿物，这对剪切带流变学和应变局部化产生强烈影响（Fusseis et al., 2009; Oliot et al., 2010; 2014; Goncalves et al., 2016; Sarkar et al., 2020; Petroccia et al., 2025）。一旦变形开始，整体流变学可能随着长石支撑的承载骨架被破坏、富石英或云母类矿物层相互连接以及细粒石英-长石聚集体发展出晶粒尺寸敏感行为而演变（Handy, 1990; Platt, 2026）。富云母类矿物区域的发育在剪切带边缘引入了流变对比，驱动渐进的应变局部化，最终导致被中间糜棱岩和原糜棱岩过渡区包围的超糜棱岩核部形成。

尽管对花岗岩类中剪切带发育进行了广泛的全球研究，但两个关键方面仍受到较差的约束。首先，哪些破裂群明确地早于、伴随或晚于糜棱岩结构？其次，在具有尖锐接触和渐变接触的剪切带之间，破裂再活化、矿物反应、相连通性和晶粒尺寸减小有何不同？我们利用区域填图、结构测量、光学和电子显微镜以及矿物化学来回答这些问题。目标是（i）通过切割和叠加关系确定破裂时序；（ii）比较S型（尖锐接触）和G型（渐变接触）剪切带；（iii）将观察到的微结构转变与已建立的反应软化和多相岩石流变学模型联系起来；以及（iv）评估黑云母和角闪石在剪切带中保留的有限热学信息。本研究不提出新的应变软化机制；它检验已建立的机制如何在两种对比的剪切带构造中空间表达。

章节片段
地质背景
邦代克汉德克拉通位于印度次大陆的中北部（图1a），面积约29,000平方公里。它几乎从所有方向都被前寒武纪温迪亚盆地沉积岩包围，除了北部被恒河冲积物沉积覆盖（Pati, 2020）。地质上，邦代克汉德克拉通容纳了几个岩性单元，其中>90%为新太古宙（约2700-2590 Ma）富钾花岗岩类，成分从岩碱到...

方法学
区域填图记录了799个板内剪切带出露点。选取了8个出露点（四个S型和四个G型剪切带）进行详细的结构和岩石学分析，因为它们保存了宿主花岗岩类和糜棱岩域之间的接触面，且后期叠加有限。检查了34块定向薄片；从两个代表性剖面中选取了8块薄片进行详细的扫描电子显微镜与能量色散光谱分析。

中观分析
邦代克汉德花岗岩类的出露点呈扁平至向上凸起、圆形至亚圆形的出露形态。邦代克汉德克拉通的花岗岩类既表现出初级结构也表现出次级结构，某些出露点局部显示出岩浆结构，而其他出露点则被三到四组破裂切割。其他次级结构包括一系列脆性到韧性变形特征，以及沿这些结构分布的中间脆-韧性过渡结构，存在于...

板内剪切带中的变形机制
本研究设想，基本上未变形的花岗岩类中已有的脆性破裂作为前驱薄弱体，随后在角闪岩相变质条件下演变为剪切带（Sarkar et al., 2020; Maity and Banerjee, 2022）。野外观察和微结构证据共同记录了这一脆性到韧性的转变，包括运动同期黑云母生长、石英的动态再结晶以及蠕虫状...

结论
本研究记录了邦代克汉德花岗岩类中板内剪切带的两种端元构造（S型和G型），并将其与破裂再活化和微结构重组联系起来。最重要的结论如下：
（a）已有的破裂（Fe）和同步变形破裂（FSI）作为流体渗透和应变局部化的主要通道。
（b）S型剪切带具有狭窄的尖锐接触，而G型剪切带保存了更宽的...

CRediT作者贡献声明
Sayan Maity：撰写-原稿、可视化、验证、方法学、调查、正式分析、数据管理。
SAYANDEEP BANERJEE：撰写-审阅与编辑、撰写-原稿、可视化、验证、指导、资源、项目管理、方法学、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。
Aniruddha Mitra：撰写-原稿、可视化、验证、软件、方法学、调查、正式分析。

未引用参考文献
Corvò et al., 2023; Etheridge et al., 1983; Fusseis and Handy, 2008; Gerald and Stünitz, 1993; Giesting and Filiberto, 2016; Giuntoli and Viola, 2021; Hippertt, 1998; Spear, 1993; Ishii et al., 2007; Mancktelow, 2002; Mancktelow, 2006; Mancktelow, 2009; Jiménez-Millán et al., 2007; Parneix et al., 1985; Plümper et al., 2022; Rutter et al., 1986.

利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响到本文所报道的工作。

致谢
作者衷心感谢巴拿拉斯印度大学地幔岩石学和SCLM实验室的成员，特别是N.V. Chalapathi Rao、Rohit Pandey、Soumi Chattopdhyay、Sirajuddin Ansari和Sudipa Bhunia，他们在EPMA和SEM分析期间提供的帮助。我们很大程度上受益于责任编辑Jianhua Li的建议，以及Alessandro Petroccia、Fabiola Caso和其他匿名审稿人的批评性评论，这有助于我们提高文章质量。本研究...

作者信息
Sayan Maity | Aishwarya Mohan | Ram Pratap Singh Tomar | Aniruddha Mitra | Sayandeep Banerjee
地质学系，巴拿拉斯印度大学，瓦拉纳西 221005，北方邦，印度