《Tectonophysics》：Understanding the kinematics of the Singhbhum Shear Zone: an integrated approach of anisotropy of magnetic susceptibility and shape preferred orientation
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区域岩石变形与磁各向异性、矿物定向排列的综合研究揭示了 Singhbhum 剪切带内应变局部化的空间分布规律。采用野外观察、微结构分析、磁各向异性（AMS）和形状优选取向（SPO）数据，证实 AMS 轴向与 NE 向伸展线理一致，矿物长轴与磁线ation 存在亚午角度关系，并发现 Dhanjori-Chaibasa 岩性接触带处变形强度最大，向西北递减。研究建立了多参数协同分析框架，为剪切带动力学建模提供了新方法。
斯瓦加塔·辛格（Swagata Singha）| 特里迪布·库马尔·蒙达尔（Tridib Kumar Mondal）| 苏珊塔·库马尔·萨曼塔（Susanta Kumar Samanta）| 苏巴布拉塔·达斯（Subhabrata Das）
印度加尔各答贾达普尔大学（Jadavpur University）地质科学系，邮编700032
摘要
印度东部的辛格布姆剪切带（Singhbhum Shear Zone，简称SSZ）是一个重要的前寒武纪韧性剪切带，但其内部结构的详细运动演化过程仍知之甚少。本研究结合了野外观察、微观结构分析、磁化率各向异性（Anisotropy of Magnetic Susceptibility，简称AMS）数据以及来自剪切带东北段的多种岩性的形态优选取向（Shape-Preferred Orientation，简称SPO）数据，以探讨其结构演化、矿物控制因素及应变分布特征。磁性结构显示，最大磁化率轴与NE方向拉伸线理一致，而最小磁化率轴则与观察到的片理方向相反，这表明磁性结构与测量到的构造元素之间存在一致性。结构强度的空间变化表明，在丹乔里-柴巴萨（Dhanjori-Chaibasa）岩性接触带处结构发育最为明显，随后向研究区域内部逐渐减弱。各种磁性参数之间的相关性表明，变形对磁化率各向异性的形成具有重要影响。对于某些岩性中的长形矿物颗粒，其形态优选取向分析揭示了长轴与磁线理之间的角度关系。这种对齐程度随与剪切带的距离而变化。综合磁性、微观结构和SPO数据表明，整个研究区域内应变分布具有明显的局部化特征。这种综合方法突显了磁性和矿物结构在解析变形模式中的作用，并为SSZ的构造演化提供了新的见解。
引言
剪切带是地壳中的基本构造单元，能够容纳大量应变并控制岩石圈板块的流变行为（Fossen和Cavalcante，2017）。理解剪切带内的运动学特性和内部结构演化对于重建构造过程（Xypolias和Doutsos，2000；Montési，2013）以及评估其在流体流动和矿物化过程中的作用（Blenkinsop，2004；Montemagni等人，2023）至关重要。印度东部的辛格布姆剪切带（SSZ）是一个前寒武纪韧性剪切带，具有弧形几何形态，跨越了多种岩性（Mukhopadhyay和Deb，1995；Roy和Matin，2020）。该剪切带经历了多次变形作用（Ghosh和Sengupta，1987），形成了复杂的结构模式，这些模式强烈影响了矿化区的空间分布（Samanta等人，2021）。通过详细的野外观察（Sengupta和Ghosh，1997；Matin等人，2012）和类比建模（Ghosh和Sengupta，1990），人们对其演化过程有了较为深入的了解。尽管取得了这些进展，但剪切带内不同岩性区域之间结构强度的空间分布及其对应变局部化的具体影响仍不完全清楚。在这种背景下，一个持续存在的挑战在于区分叠加作用的不同时间顺序以及应变强度的微妙变化，而这些往往无法仅通过传统的构造观测方法完全捕捉到。本研究整合了野外观察、微观结构分析、磁化率各向异性（AMS）和矿物形态优选取向（SPO）数据，以研究SSZ内的结构演化过程。
AMS被广泛用于量化岩石结构的取向，因为磁性矿物在变形过程中往往会保持其对齐状态（Richter等人，1993；Borradaile和Jackson，2010）。最近的研究进一步强调了磁性载体的分类改进、定量建模的进步以及与微观结构观测的更紧密整合（Biedermann，2020；Wenk等人，2020）。多项研究表明，在多种岩性中，主应变轴与AMS张量之间存在密切对应关系（Dick和Burkhard，2001；Parés和Van Der Pluijm，2002；Raposo等人，2007；Loock等人，2008；?ák等人，2009；Maffione等人，2012；Pan等人，2014；Hopkins等人，2016；Mondal，2018）。然而，在剪切带中，这种关系变得更加复杂，因为AMS结构通常包含多种变形机制的复合元素。根据Parés等人（1999）的研究，顺磁矿物（如绿泥石）在剪切过程中的溶解和再生长可能会产生与整体岩石结构不同的AMS结构。Parés和Van Der Pluijm（2002）观察到，在高应变糜棱岩中，磁线理可能强烈依赖于预先存在的AMS结构，并可能在两个片理的交点处对齐，而不仅仅是沿着剪切方向。Ferré等人（2014）进一步指出，剪切带内的应变通常是局部化的且不均匀的，常常伴随着应变分区和矿物分离。因此，校正后的各向异性程度（P′）与应变之间的关系仍然不明确。他们还提出，仅依靠AMS可能不足以区分复合结构，并警告说，即使在没有变形的情况下，P′也可能随着平均磁化率（Km）的增加而上升，这可能表明磁性矿物（如铁氧化物或硫化物）的浓度较高，而非应变本身较大。
尽管存在这些方法上的复杂性，AMS在许多剪切带研究中仍提供了可靠的运动学和结构信息。例如，Housen等人（1995）记录了太古代格伦维尔-帕里海峡剪切带（Archean Grenville-Parry Sound shear zone）中磁铁矿的塑性变形，显示铁磁矿物经历了塑性变形并与剪切相关的结构对齐。Satolli等人（2020）结合密度图和聚类分析，区分了北阿佩尼诺山脉（Northern Apennines）推覆剪切带中磁性结构的构造成因和沉积成因。Molina Garza等人（2021）在托纳拉走滑剪切带（Tonalá transpressional shear zone）的中新世花岗岩及其围岩中应用AMS和古地磁方法，证明了磁性结构能够可靠地记录岩体的形成和变形历史。更近期的研究还记录了AMS与应变之间的局部化关系以及AMS与微观结构的成功整合（例如，Kusbach等人，2019；Nke等人，2022），进一步支持了AMS与独立岩石学和纹理数据结合使用的价值。为了更详细地研究矿物尺度上的结构演化，还采用了另一种结构代理指标。
因此，也进行了SPO分析，以评估矿物颗粒的优选尺寸取向（κmin）（Masuda等人，1999；Piazolo和Passchier，2002），并评估对观察到的磁化率各向异性有贡献的不同矿物相。这些方法共同揭示了结构演化的相对时间顺序，评估了矿物学因素对各向异性的影响，为SSZ的运动学模型奠定了基础。本研究的创新之处在于将AMS-微观结构-SPO综合工作流程应用于SSZ的东北段，突出了不同岩性条件下AMS-SPO关系的差异，并提供了运动学上的新见解。此外，本研究还通过澄清结构或地质年代学方法难以单独解析的结构演化空间分布和相对时间演化，补充了现有的区域研究。
区域地质
SSZ位于印度东部地盾区，该区域富含铀、铜和磷灰石-磁铁矿矿化（Vapnik等人，2007；Pal等人，2009；Pant等人，2019）。它是一个弧形、地壳尺度的剪切带，形成于太古代辛格布姆克拉通核（Archean Singhbhum Craton，年龄33-35亿年；Saha，1994；Mishra等人，1999）与元古代北辛格布姆活动带（Proterozoic North Singhbhum Mobile Belt，简称NSMB，Sarkar，1992；Gupta，1998；Sarkar，2000）之间的边界上。
样品采集
为了研究SSZ东侧剪切带岩石的AMS结构，共考察了60个空间分布均匀的采样点（图1b）。根据暴露条件，每个采样点采集了一个到多个独立定向的岩块样本，并从每个岩块中钻取多个圆柱形样品用于AMS测量。从靠近SSZ的7种不同岩性单元中共采集了120个定向岩块样本。
微观结构
从整个研究区域的7种不同岩性样本中制备了31个薄片，以识别矿物组合和与变形相关的微观结构。以下按岩性分类详细介绍了微观结构观察结果（k1-k3定向薄片）；代表性照片见图4。
石英岩（图4a）显示出普遍存在的韧性微观结构，这与晶体塑性变形一致。
SSZ内磁性结构发育与区域变形的时间关系
SSZ记录了元古代期间长期的韧性变形和相关变质作用。早期研究者如Dunn和Dey（1942）将SSZ识别为形成于花岗岩上覆岩中的厚糜棱岩片理带。后续的Ghosh和Sengupta（1987）、Ghosh和Sengupta（1990）、Sengupta和Ghosh（1997）以及Matin等人（2012）的研究表明，早期变形形成了紧密的等斜褶皱（F1）及其相关的片理（S1）。
结论
本研究在印度东部SSZ的东北边缘进行，结合了野外观察、微观结构分析、AMS数据和SPO数据，以评估剪切作用对结构演化的影响。AMS结构显示出系统的空间变化：在丹乔里组（Dhanjori Formation）内部保存了较弱的I-II型结构，而向剪切带方向逐渐增强的III型结构表明应变在柴巴萨-丹乔里接触带（Chaibasa-Dhanjori Contact）处局部化。
作者贡献声明
斯瓦加塔·辛格（Swagata Singha）：负责撰写初稿、可视化处理、方法论设计、数据分析、概念构思。特里迪布·库马尔·蒙达尔（Tridib Kumar Mondal）：负责审稿与编辑、撰写初稿、可视化处理、项目资助申请、数据管理、概念构思。苏珊塔·库马尔·萨曼塔（Susanta Kumar Samanta）：负责审稿与编辑、可视化处理、监督工作、项目资助申请、概念构思。苏巴布拉塔·达斯（Subhabrata Das）：负责审稿与编辑、数据管理。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本研究过程中，作者使用了ChatGPT-5、Gemini Pro和Grammarly工具来提升语言表达和可读性。使用这些工具后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对出版物的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明以下可能的财务利益或个人关系可能构成利益冲突：
苏珊塔·库马尔·萨曼塔（Susanta Kumar Samanta）表示获得了印度政府地球科学部的财政支持。如果还有其他作者，他们声明自己没有其他可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
本研究是斯瓦加塔·辛格（Swagata Singha）在印度加尔各答贾达普尔大学（Jadavpur University）进行的博士研究的一部分，也是由地球科学部资助的研究项目（项目编号：MoES/P.O.(Geo.)/185/2018）的组成部分。感谢Masud Rana和Halimur Rashid在野外工作中提供的帮助以及Fabric Analysis Lab（IIT Kharagpur）在使用KLY-4S Kappabridge设备进行测量方面给予的支持。同时感谢Sérgio P. Neves教授及其他专家提供的宝贵意见。
