新太古代花岗岩中小规模暴露断层与地壳尺度剪切带的相互作用及其相关的古应力状态

《Journal of Structural Geology》：Interplay of small-scale exhumed faults with crustal-scale shear zones and associated paleostress condition in Neoarchean Granite

古应力分析揭示印度Dharwar克拉通Closepet花岗岩脆性变形特征，基于536条小规模走滑-斜滑断层数据，划分出三变形区：1-2区受NW-SE剪切带控制，呈现左旋剪切特征；3区因N-S向岩体边界剪切形成右旋断层。研究证实区域NE-SW至E-W最大水平压缩应力驱动的大规模Riedel剪切系统，与花岗岩体侵入及后期克拉通化密切相关。

　　

古拉夫·达斯（Gourav Das）| 特里迪布·库马尔·蒙达尔（Tridib Kumar Mondal）

印度统计研究所地质研究部门，加尔各答-700108，西孟加拉邦，印度

摘要

我们利用小尺度断层滑动数据的古应力分析，研究了印度东达尔瓦尔克拉通（Eastern Dharwar Craton）中新元古代Closepet花岗岩（25.6–25.1亿年前）的脆性构造历史。分析结果显示，该地区的应力机制以东北-西南至东西向的最大水平远场压缩应力为主。研究区域根据岩基边界方向的变化被划分为三个区域：区域1、区域2和区域3。这三个区域都存在右旋和左旋走滑以及斜滑断层。这些断层模式与大规模的Riedel剪切系统一致，该系统是由于岩基边界处的区域剪切作用而形成的。区域1和区域2中的断层分别是由于西北-东南向剪切带和岩基边界的左旋剪切作用所致。相比之下，区域3中的断层则是由于南北向岩基边界的右旋剪切作用形成的。我们认为，剪切带内的剪切方向变化是由于东西向远场压缩应力与岩基边界方向及岩基内部构造之间的关系所导致的。我们得出结论，岩基边界处的区域剪切作用在其形成期间及之后控制了应变的局部分布，并形成了岩基内部的断层格局。

引言

剪切带是一种板状构造，能够在相对较低应变的更大区域内容纳和局部化大量应变（Ramsay 1980；Lister和Snoke, 1984）。它们通常有助于岩浆体（如花岗岩）侵入地壳（Hutton和Reavy, 1992；Hutton, 1996；Bouchez等人, 2013）。花岗岩是早期大陆地壳的主要组成部分；因此，研究其侵入过程和变形历史对于理解早期地壳的地质动力学行为至关重要。剪切带与同构造花岗岩侵入体在时空上的关联（Hutton, 1982；Neves, 1989；Archanjo, 1993）激发了人们对剪切带在花岗岩岩浆上升及为其侵入创造空间方面作用的理解。这些剪切带往往与岩基与围岩的边界重合。沿这些剪切带的持续剪切作用促进了岩浆向固态结构的转变（Blanquat和Tikoff, 1997；Archanjo等人, 1999）。因此，这样的剪切带可能在花岗岩完全结晶后形成离散的断层网络（Mondal和Mamtani, 2016；Zibra等人, 2018；Mondal等人, 2020）。由于脆性上地壳的主要变形方式是断裂和断层活动，因此它们的几何形状和运动学特征可以揭示导致断层形成的古应力条件（Delvaux等人, 1997；Sippel等人, 2010；Xu等人, 2016；Zibret和Vrabec, 2016；Tranos, 2017；Pascal, 2021）。

以往的研究通常仅限于岩基的内部构造及其在断层定位中的作用。然而，克拉通尺度剪切作用对岩基内部离散断层网络形成的影响仍很大程度上未被探索。因此，详细研究断层的形成过程及其相关的古应力条件对于增进我们对岩基尺度地质动力学演化的理解至关重要。早期的断层滑动研究及其对区域构造的影响，要么侧重于从初始数据集中获得的第一个古应力张量（Tranos和Lacombe, 2014；Mondal和Mamtani, 2016；Mondal等人, 2020），要么通过数据集重新分析识别出多个不同的古应力张量（Xu等人, 2021；Hamimi等人, 2023）。这类研究通常考虑特定地点或岩性单元的应力张量，不仅为了解决更广泛区域内不同变形阶段之间的叠加关系，也为了确定变形的时间（K?küm和?nce?z, 2020；Ezati等人, 2022）。

相比之下，研究岩基内的断层具有挑战性，因为在没有绝对年代测定的情况下很难确定变形的时间。本研究旨在通过分析印度达尔瓦尔克拉通中新元古代Closepet花岗岩的初始异质数据集（图1a），揭示脆性变形阶段，并从岩基内分布的断层中识别出多个古应力张量。Closepet花岗岩沿着地壳尺度的剪切带同构造侵入（Moyen等人, 2003）。它通常被视为连接东达尔瓦尔克拉通和西达尔瓦尔克拉通的缝合岩基（Ramakrishnan和Vaidyanadhan, 2008；Meert和Pandit, 2015）（图1a）。除了延性至固态的变形结构外，该岩基还特征为存在大量小尺度断层（长度不超过20米的锐利断层），主要表现为走滑和斜滑运动。因此，本研究强调了这些小尺度断层在重建古应力条件中的重要性。此外，我们旨在解析这些断层与地壳尺度剪切带之间的关系，以及达尔瓦尔克拉通的后期克拉通化过程。研究表明，这些断层的形成与地壳尺度剪切作用有关。

区域地质

太古代达尔瓦尔克拉通分为两部分：西达尔瓦尔克拉通（WDC）和东达尔瓦尔克拉通（EDC），两者由Chitradurga剪切带（CSZ）分隔（Drury等人, 1984；Bouhallier等人, 1995；Chardon等人, 1998；Chadwick等人, 2000；Moyen等人, 2003）（图1a）。这两个克拉通块体主要由三种岩性单元组成：（1）33-27亿年前的Trondhjemite-Tonalite-Granodioritic（TTG）片麻岩（Barker和Arth, 1976；Taylor等人, 1984；Meen等人, 1992；Martin, 1994）

野外调查和数据收集

Closepet花岗岩的转移带和北部侵入体中收集了断裂和断层数据。断裂被分为两类：拉伸断裂和剪切断裂。对于拉伸断裂，考虑了它们的方向和开口宽度。共记录了536条具有可识别擦痕线的剪切断裂。根据断层表面的脊-槽结构或标记物的位移来确定运动方向

野外观察

野外调查显示了研究区域内断裂的总体分布情况。拉伸断裂主要出现在刚性片状岩脉（图3a）、脉状矿体（图3b）和基性包体（图3c）中。每个断裂中部最大的开口宽度证实了它们的I型开口特征。此外，Das等人（2025）报告了基性包体内的拉伸断裂，这是由于东西向远场压缩作用所致（图3c）。这些拉伸断裂具有

讨论

第4节表明，转移带内的所有区域都表现出东西向的压缩作用。然而，从南到北观察时，远场压缩方向发生了变化。尽管尚未明确区分不同的变形阶段，但野外和AMS构造（Moyen等人, 2003）的方向和分布特征表明存在东西向的压缩作用。此外，还存在断裂的长石碎屑（Das等人, 2024）和基性包体（Das等人, 2025）

结论

Closepet花岗岩与达尔瓦尔克拉通的后期克拉通化过程有关。本研究重点是通过Closepet花岗岩中的小尺度断层重建区域古应力场。这种古应力条件的估计对于理解协助岩基同构造侵入的剪切带的后期行为以及克拉通的整体后期变形至关重要。以下是本研究的一些主要发现

作者贡献声明

古拉夫·达斯（Gourav Das）：撰写——初稿、可视化、软件使用、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。特里迪布·库马尔·蒙达尔（Tridib Kumar Mondal）：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、资源协调、方法论、调查、资金获取、数据管理、概念化

未引用参考文献

Barton和Choubey, 1977；de Saint Blanquat和Tikoff, 1997；Delvaux, 2011；Fossen, 2016；Jayananda和Mahabaleswar, 1991；Lister和Snoke, 1984。

利益冲突

无

写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本工作时，作者使用了ChatGPT-5、Gemini Pro和Grammmarly来提高语言表达和可读性。使用这些工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究是GD博士研究的一部分，由CSIR资助（文件编号：09/0093(13361)/2022-EMR-I）。TKM获得了印度统计研究所的研究资助（DCSW），MoES（MoES/P.O.(Seismo)/1(426)/2025）部分资助了这项研究。GD感谢Sirshendu Kumar Biswas先生、Anubhab Dey先生和Swagata Singha女士对野外工作的贡献。Aparesh Bhanja先生（暑期实习生）协助分析了一些断层数据。三位专家提供了宝贵的意见