剪切带中的云母再结晶与石英动态恢复： 来自西班牙东比利牛斯山脉Cap de Creus地区的原位Rb、Sr和U、Pb测年数据

《Tectonophysics》：Muscovite neocrystallization and synchronous quartz dynamic recovery in shear zones: In situ Rb Sr and U Pb dating from the Cap de Creus (Eastern Pyrenees, Spain)

样品来自卡普德克里什剪切带网络，通过结构、微观结构、电子成像化学分析和激光剥蚀质谱法测定锶-铷同位素年龄及铀-铅年龄，揭示基底岩石存在两期变形：早二叠世（290-270 Ma）和新生代（60-50 Ma）。微观结构显示muscovite II在石英带动态恢复过程中形成，受流体影响导致铷锶系统重结晶，证明流体触发的韧性变形重激活。该研究为理解造山带剪切带多周期演化提供了新证据。

　　

克莱芒斯·尼古拉（Clémence Nicolas）|瓦莱丽·博斯（Valérie Bosse）|约安·德内莱（Yoann Denèle）|奥利维尔·梅尔（Olivier Merle）|埃马纽埃尔·加尔德（Emmanuel Gardés）|卡罗琳·洛图（Caroline Lotout）|让-吕克·德维达尔（Jean-Luc Devidal）|马蒂斯·奈马尔（Mathis Neimard）|克里斯蒂安·尼科莱（Christian Nicollet）|保罗·维森（Paul Wiesen）|艾蒂安·梅达尔（Etienne Médard）|弗朗索瓦丝·罗杰（Fran?oise Roger）

法国克莱蒙-阿韦尔涅大学（Université Clermont Auvergne）岩浆与火山实验室（Laboratoire Magmas et Volcans），法国国家科学研究中心（CNRS）下属的IRD机构，克莱蒙-费朗（Clermont-Ferrand）。

摘要

通过对卡普德克鲁斯（Cap de Creus）剪切带网络的样品进行结构分析和微观结构分析、电子成像化学研究以及原位激光烧蚀质谱分析，我们研究了基底多循环演化的时间过程。两代白云母（Ms I和Ms II）的原位铷（Rb）同位素年龄分别为2.9亿至2.7亿年和6000万至5000万年，这与独居石（monazite）核心约2.9亿年的铀（U）和边缘约5000万年的铅（Pb）年龄一致。微观结构研究表明，Ms II形成于石英带前体（Qz I）的动态恢复过程中。白云母中的铁（Fe）富集现象主要出现在云母尾部和C′剪切面上，同时Fe富集的脉状结构也标记了Qz II的晶界，这表明白云母中的铷同位素系统记录了流体存在下的石英动态重结晶过程。因此，我们证明了岩石结构在晚瓦里斯克期的高温高压变质作用和早期二叠纪的变形过程中发生了重熔，随后在始新世剪切带重新激活。这种重新激活过程得益于外部流体的注入，并通过Ms II的新结晶和Qz II晶界的迁移得以实现。通常被解释为瓦里斯克期形成的卡普德克鲁斯剪切带，在比利牛斯造山带形成过程中也经历了重要的始新世重新激活。这些剪切带早期起到了地壳缩短的调节作用。本研究强调了流体诱导的流变软化作用在多循环基底重新激活过程中的关键作用，并为解释白云母中铷同位素地质年代计在变形过程中的行为提供了基于具体条件的框架。

引言

评估局部塑性变形带（即剪切带）的年龄和持续时间对于理解造山周期和大陆岩石圈的力学行为至关重要。糜棱岩（milonitic rocks）形成于中下地壳层次的剪切带中，如今暴露于地表，能够记录连续造山事件中的多循环变质、构造和交代作用过程，这对地质年代学研究构成了挑战（Oriolo等人，2018年）。对深地壳层次主要矿物石英和长石的研究表明，剪切带中的变形受到压力-温度-流体（P-T-f）条件的影响（Tullis，2002年；Handy等人，2007年；Fossen和Calvacante，2017年），这种影响促进了动态（再）结晶过程，进而影响了岩石圈尺度的流变软化。在所有地质年代计矿物中，云母是最适合用于研究剪切带的矿物，因为它们是变形、变质和流体循环的极佳标志物（Kramar等人，2001年；Mulch等人，2002年；Warren等人，2012年；Kellett等人，2016年；Airaghi等人，2018年；Villa，2022年；Nteme等人，2023年；Ribeiro等人，2023b年；Kellett等人，2024年），并且可以使用⁴⁰K/⁴⁰Ar（即⁴⁰Ar/³⁹Ar）和⁸⁷Rb/⁸⁷Sr方法对其进行测年。最近的技术进步使得原位铷同位素测年成为可能（Zack和Hogmalm，2016年），为准确测定剪切带的年龄提供了新的机会（例如Gyomlai等人，2023年；Ribeiro等人，2023a年；Mu?oz-Montecinos等人，2024年；Ducharme等人，2024年；Kellett等人，2024年；Boschetti等人，2025年）。多项研究聚焦于云母中的钾/氩（K/Ar）系统在变形过程中的响应（Kramar等人，2001年；Mulch等人，2002年；Villa，2022年）。这些研究表明，在流体或熔体循环过程中，由变形产生的扭结带或微观结构缺陷形成的优先扩散路径对钾/氩记录起着重要作用（Mulch等人，2002年）。与钾/氩系统相比，云母中铷同位素年代计的同位素扰动机制尚不完全清楚（Kellett等人，2024年）。无论采用原位分析还是结合热电离质谱（ID-TIMS）的同位素稀释方法进行铷同位素测年，该方法都依赖于假设不同初始铷比值的矿物之间达到同位素平衡的原理，从而获得可靠的年龄。因此，必须在单个晶内域中进行点分析，确保铷同位素封闭同时发生且条件相似（例如Kellett等人，2024年）。这强调了在测年前对云母进行晶粒尺度微观结构和地球化学研究的重要性，并需要结合化学和结构特征分析与原位铷同位素分析的综合性方法。

本研究重点探讨了在多造山背景下，同步运动云母如何在变形和流体循环条件下记录并保留铷同位素年龄。为此，我们研究了西班牙东比利牛斯地区的卡普德克鲁斯剪切带网络（图1），该区域是结构研究的参考系统。本研究旨在应用原位铷同位素测年技术，对保存了变形和矿物反应微观结构的薄片中的同步运动白云母进行测年，并将这些结果与独居石和锆石的铀-铅测年结果结合，通过岩石学、结构和地球化学分析的综合方法进行对比分析。

方法

样品通过电子探针微分析（EPMA）和扫描电子显微镜（SEM）结合背散射电子（BSE）成像及能量色散X射线光谱（EDS）化学成像技术进行了表征。同位素分析采用激光烧蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）完成。所有分析均在法国克莱蒙-费朗的岩浆与火山实验室（Laboratoire Magmas et Volcans，LMV）进行。矿物分析和同位素数据详见……

样品描述与结果：从露头到晶粒尺度

我们的原位和背景研究结合了对卡普德克鲁斯半岛最东部区域（Sil–Ms带）两个糜棱岩样品的微观结构、地球化学和多方法地质年代学分析，这些样品是之前大多数测年的对象。该区域分布的S0–1片理、F2褶皱和S2刻槽劈理受到三个D3级剪切带的影响，这些剪切带影响了米级到十米级的伟晶岩脉和含云母的片岩。

铷（Rb）和钍-铀-铅（Th-U-Pb）地质年代学

结构、微观结构、岩石学和地球化学分析使我们能够识别卡普德克鲁斯剪切带岩石中最可靠的变形标志物。通过原位铷或钍-铀-铅测年获得的年龄可以可靠地与特定的变形事件对应起来。多种分析方法的结合揭示了每个样品中两个明确的年龄群体，这些结果得到了一致的纹理和化学证据支持。

结论

本文旨在更好地理解在变形和流体循环同时存在的情况下，云母中铷同位素系统的行为。它展示了综合性和多尺度方法在解读多循环环境中剪切带演化过程中的关键作用。这项研究是在经典的变形框架——剪切带背景下进行的，剪切带是裂谷和造山带地质动力学演化中的关键结构，能够容纳千米级的位移。

CRediT作者贡献声明

克莱芒斯·尼古拉（Clémence Nicolas）：撰写初稿、验证、方法论设计、研究实施、资金获取、数据分析、概念构建。 瓦莱丽·博斯（Valérie Bosse）：撰写与编辑、验证、监督、项目管理、方法论设计、研究实施、资金获取、数据分析、概念构建。 约安·德内莱（Yoann Denèle）：撰写与编辑、可视化处理、验证、监督、项目管理、方法论设计、研究实施、资金获取、数据分析。

未引用参考文献

Carreras, 1975 加泰罗尼亚地图与地质研究所（Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya, ICGC），2002

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了法国国家科学研究中心（Institut National des Sciences de l'Univers, CNRS）的TelluS项目的资助。我们感谢B. Ribeiro、D. Schneider和R. D. Fernandez对稿件早期版本的建设性评审，以及S. Angiboust在编辑方面的帮助，这些工作显著提升了稿件的质量。