文摘

逆行Midcrustal岩石变质设置通常是H₂O-undersaturated fluid-absent和渗透率较低。掘出大陆逆行的缺点,尽管如此,显示操作的证据fluid-mediated弱化机制在midcrustal变形条件。探索的起源和影响流体在逆行的缺点,研究了Kuckaus糜棱岩带(频率),一个剥露crustal-scale,走滑剪切带在南部纳米比亚纳马族人变质杂岩。KMZ畸形quartzofeldspathic migmatised片麻岩在midcrustal逆行条件(450 - 480°C, 270 - 420 MPa)时代,后40马麻粒岩相变质作用峰值在825°C和550 MPa。糜棱岩包含完全水化逆行矿物集合体,主要毗邻交织高应变区,提供本地H的证据₂O饱和度在变形和流体的存在。全岩和石英脉δ¹⁸O值表明,至少有一些液体的陨石。岩石的剪切带保留不同原岩的影响,暗示小流动相互作用对整体的影响岩石化学的主要元素。一起一般缺乏石英脉,这表明流体/岩石频率比率保持在低位。然而,即使是少量的H₂O允许反应减弱和diffusion-precipitation,紧随其后的是增长和层状硅酸盐的对齐。ultramylonites,细粒度的液体允许粒度敏感的蠕变。我们得出这样的结论:即使是小卷的液体流入了逆行剪切区能引起急剧贬值通过促进晶粒尺寸蠕变和逆行反应敏感。在逆行的设置,这些反应消耗的液体,因此流体压力升高后,才有可能相当大的削弱已经发生。我们的研究结果暗示地震风格最近记录的范围积极逆行变换断层可能不需要高流体压力,但也可能来自其他地方的弱化机制。

1。介绍

鉴于一系列假设,包括恒定流体压力( ),应变率和构成,增加深度在大陆地壳的结果与压力有关的岩石的摩擦强度和减少依赖热粘性强度(1]。因此,理论上frictional-viscous过渡是最大的大陆地壳的一部分,但它仍然知之甚少2]。变形在frictional-viscous过渡是局部的剪切区,这可能产生一个主要控制岩石圈的强度(例如,3- - - - - -5])。剪切带的相对优势或劣势,然而,一个复杂的难题,结合的相互联系的岩性,机械,物理变量发挥作用。传统上,大多数大陆地壳流变学的研究集中在石英和长石(岩性变量),由摩擦滑动和/或位错蠕变变形(机械变量)在一系列的压力( ),温度( ),和(物理变量;例如,[6])。这是基于假设石英和长石是两个最丰富的矿物质在大陆地壳,摩擦滑动和位错蠕变是两个主要变形机制,和 , ,和是主要的物理变量。在这些变量中,液体直接影响有效压力以及其他对岩性的影响通过变质反应(7- - - - - -9]。液体也被关联到一个数量的削弱等机制(1)强矿物的分解成较弱的矿物质(8,10,11];(2)减少晶粒成核的逆行和替代矿物(8,12,13];(3)协助扩散蠕变和其他粒度敏感的变形过程14- - - - - -17];(4)导致矿物质水解削弱由位错蠕变变形(18,19];(5)取决于渗透率、流体的存在可以减少有效正应力增加流体压力(7]。

鉴于剪切区流体的潜在重要性,一个相关的问题与来源,卷和途径利用这些液体。在进变质变形环境中,像俯冲带,变形岩性本身构成了流体来源。孔雀(20.)估计,大约 结合H₂O,存储在海洋地壳和上覆沉积物俯冲过去每年增积岩体。根据 - - - - - - 路径俯冲板,硬柱石等含水矿物质的分解,绿泥石、角闪石将发布一些液体(20.,21),导致局部高流体压力。这是显示在剥露俯冲混色丰富脉络(22,23)这可能是地质产品的情景震颤和缓慢的滑24]。

进积变质设置相反,岩石在逆行之前设置将会被脱水就让变质。逆行性条件下,这样的岩石将包括fluid-undersaturated矿物组合不能生产液体通过脱水反应但如果外部流体除了能够进行补液是发生25- - - - - -29日]。削弱只是由于高流体压力因此不是一般适用于解释活动逆行的缺点错误(30.,31日]。掘出活跃的和不活跃的逆断层构造线中位数(MTL;日本;(32]),喀喇昆仑(印度;(33])和外赫布里底群岛断裂带(苏格兰;(34]),尽管如此,显示逆行矿物组合,要求至少有一些液体在变形起到了一定作用。此外,流体在深度通常推断基于地球物理观测的活跃逆行故障(35- - - - - -37]。液体从而有可能削弱发生逆行设置中一个重要的角色,但他们的来源,体积,他们促进的具体机制仍不清楚。

当地生产的液体不太可能在逆行剪切区,需要外部资源来解释流体的存在(38]。根据构造背景,可能的外部来源包括大气水(例如,高山的错;(39,40]),变质脱水相关的岩性进行进变质的变质作用(例如,SAFZ;(41,42]),岩浆结晶或迁移(例如,MTL;(43]),和地幔脱气(例如,SAFZ;(44])。流体卷在先前的研究在逆行的缺点主要是定性的估计和不同干燥大量液体(28,34]。要调用外部液体,透水通路之间的流体源和剪切带是必需的。

探索的起源和影响流体在逆行变换的缺点,我们研究一个挖出来的例子,Kuckaus在纳米比亚糜棱岩带。这crustal-scale,走滑剪切带是活跃在midcrustal逆行条件(450 - 480°C, 270 - 420 MPa)时代,40马麻粒岩相变质作用峰值后(825°C, 550 MPa;(45- - - - - -47])。逆行矿物集合体,主要毗邻当地高应变区,提供流体参与的证据在变形(45]。通过研究岩石的频率我们旨在回答以下三个问题:(1)液体来自哪里?(2)有什么影响他们对岩性方面可能会影响剪切带的强度吗?(3)液体也便于削弱通过增加 ,在活跃的剪切区域经常是被推断出来的?为了解决第一个问题,氧同位素组成的石英脉,糜棱岩,岩石墙用于考虑可能的流体来源(48- - - - - -50]。评估岩性影响流体的剪切带,等速剖面、构造使用主要元素的浓度,与显微结构的观察评估一起使用什么逆行和取代反应发生在系统以及估计质量变化,引起的流体流动,在剪切带(51,52]。辅助的显微结构的观察,我们最后讨论的结果和他们的相互依赖的性质,以确定哪些弱化机制,与液体的引入,主要在剪切频率。

2。地质背景

马歇尔Rocks-Pofadder剪切带的频率是系统(MRPSZ),一个接近垂直的-引人注目,右旋剪切带,延伸550公里在纳米比亚和南非(图1;(46,47])。在研究区,MRPSZ是来自域的局部的岩石中,分离从Richtersveld南和Bushmanland Subprovinces南部的纳马族人面前,和北Konkiep Subprovince耶和华Hill-Excelsior剪切带(53]。这些subprovinces和域构成的西北部纳马族人变质杂岩(NMC)。NMC绑定到南部的岩石年轻Saldania带和北喀拉哈里克拉通。中央部分覆盖的卡鲁超群,风险敞口有限的西部和东部海岸南部非洲([54])。

岩石的tectonostratigraphy改写的来自域被认为是由2000 - 1700 Ma地下室和年轻的1250 - 1100 Ma上地壳的火成岩(55,56]。地表的属于Garub序列,而三个侵入套件已确定在映射区域(46,56]。第一的火成岩套件是Tsirub片麻岩,一个garnet-bearing tonalitic山眼球状片麻岩,而另火成岩套件是一位不愿透露姓名的和未分化的黑云母片麻岩,钾长石、斜长石、石英、黑云母(46]。除了这两个体积占主导地位的片麻岩,leucogranites映射区域包含分散体,包括megacrystic钾长石和石英,轻微的黑云母和石榴石(46,47,56]。

NMC是变质带的形成与Rodinia纳马族人的造山运动,马high-temperature-low-pressure变质峰值在1200 - 1050 (46]。黑云母片麻岩和Tsirub片麻岩经历了相同的tectonometamorphic历史,都保留migmatitic纹理。他们随后畸形的纳马族人的后期造山运动期间逆行midcrustal条件下在270 - 420 MPa和450 - 480°C (45),40 Ma峰值麻粒岩相变质作用后550 MPa和825°C, C。1065 - 1045 Ma (56]。大多数leucogranite身体内研究区表现为比周围的片麻岩,主管单位,从而推断prekinematic;然而,一些小leucogranite身体表明shear-zone-parallel液态流表明synkinematic入侵(47]。

在研究区,KMZ体现作为一个大约1 - 2公里宽的不均匀分布应变,分离Tsirub片麻岩中黑云母片麻岩的NE SW(图1;(47])。最大的leucogranite身体(∼2000米长,< 200米宽)坐落在黑云母片麻岩和Tsirub片麻岩之间,其长轴平行对齐剪切带的利润率。小leucogranite身体,长轴到几米,在分散的位置可以找到Tsirub片麻岩(47]。leucogranite机构和片麻岩的含片规模从米到几十米宽,周围形成低应力区应变的不均匀分布。糜棱岩的结构主要是接近垂直的,惊人的-,subhorizontal划线(47]。highest-strained岩石局部成窄ultramylonites可宽几十厘米(57]。

作为一个大比例的应变局部中央leucogranite身体周围,周围三个方面选择了更详细的研究,在两侧nortwestern提示和两个(数字1和2)。第四个位置选择在黑云母片麻岩中,在应变不均匀分布在低应变含片交织,薄(几十厘米宽),ultramylonite区域,在更广泛的糜棱岩(数字1和3)。

3所示。露头的描述

从西到东,为更详细的研究选择的四个领域分配字母模拟。范围涵盖了西北的中央leucogranite身体。地区B和C都位于中央leucogranite身体的两侧,与B过渡到黑云母片麻岩和C Tsirub片麻岩(图1 (c))。区域D是位于黑云母片麻岩,多个低应变含片包围交织高应变区(图3)。

3.1。区一个

应变不均匀分布在一个∼140米宽剪切带,对比了Tsirub片麻岩NE和黑云母片麻岩SW(图2)。Tsirub的片麻状构造片麻岩急剧下降(> 80°SW),而黑云母片麻岩的migmatitic织物更不规则,紧密地接近垂直的四肢和subhorizontal铰链折叠线。

糜棱岩的结构下降主要> 80°西南;然而,当地的变化区间西南约75°和75°NE。此项暴跌轻轻SE (< 10°)。这里描述的功能是连续在罢工,在暴露的规模,如果不是另有说明。

从围岩protomylonite和进一步过渡到糜棱岩是渐进的,在一个距离∼30米的黑云母片麻岩和在∼50 m Tsirub片麻岩。从糜棱岩过渡到ultramylonite尖锐,逐渐过渡,出现在< 10厘米,由激烈的晶粒尺寸减小(图定义4 (b))。除了两个ultramylonite区过渡NE和SW Tsirub和黑云母片麻岩,分别三分之一ultramylonite区发生介于前两个,分离两个∼30米宽少变形域。所有三个ultramylonite区1 - 2米宽,但包含lower-strain拉长豆荚在某些地方,导致薄,交织,宽数十厘米ultramylonite乐队。之间的西南域ultramylonites由糜棱状黑云母片麻岩,而向东北域占花岗质岩石成分和质地。前描述了糜棱岩的织物在其宽度,而后者,另一方面,只是沿着边缘剪,中央部分显示一个有序的自然少,粗颗粒大小,与脆性拉伸和剪切断裂韧性套印疲软和次要的韧性剪切带。

所有三个ultramylonite区域接壤区域显示增加了大量的中-粗粒度的绿泥石和绿帘石和钾长石,导致不同深浅的绿色和粉红色(数字2,4(一),4 (d))。这些区域,位于或接近最大的应变梯度在剪切带,表现出一种欠发达糜棱岩的织物比相邻的糜棱岩,然而,在相同的方向。区是拉长平行剪切带的大罢工,椭球形豆荚along-strike不等长度从几米到∼100米。

3.2。B区

B区占地面积与中央leucogranite体内NE和黑云母片麻岩SW(图2)。这里,糜棱岩的结构倾斜的增加逐步从80°SW垂直在NE subhorizontal划线暴跌轻轻SE (< 10°)。岩石整体应变分布显示了最紧张最亲密的两个岩性之间的边界。但只有最外层的leucogranite mylonitised ~ 15米,黑云母片麻岩是更广泛地受到剪切的影响,与未修剪的围岩发生外部映射的区域。

最紧张的黑云母片麻岩区B从而protomylonites,评分为糜棱岩超过几米约35米SE的黑云母片麻岩和leucogranite之间的边界。糜棱岩带蜡烛略向SE。过渡到ultramylonite发生∼15 m SW的黑云母片麻岩和leucogranite之间的边界。ultramylonite是深棕色的颜色非常细粒度。Lower-strain拉长ultramylonite含片中分散;然而,他们不横切糜棱岩的结构。在糜棱岩ultramylonite过渡,这些含片∼8米长几米宽(图2)。与减少距离之间的边界黑云母片麻岩和leucogranite含片变大的长宽比和长轴变得更加均匀平行于糜棱岩的织物。黑云母片麻岩和leucogranite之间的边界是由不同颜色的转变标志着棕色的苍白,进一步更粉红的颜色。在只有几米,过渡到糜棱岩的粒度增加,进一步从边界protomylonite大约10米。15米从边界到黑云母片麻岩,leucogranite显示粗晶的纹理。

最近的5米的NE (leucogranite)一侧的边界描绘了一个石英含量明显减少,以及长石显得更加支离破碎而远离当地高应变的核心。SW(黑云母片麻岩)一侧的过渡另一方面,类似于区域,有含片的特点是粗粒度比ultramylonite主机。这些含片由石英和钾长石的混合物或绿泥石和绿帘石。黑云母片麻岩的糜棱岩中明显丰富钾长石比黑云母片麻岩protomylonite和主机,分散、相互横切静脉。静脉显示一个块状结构的石英、钾长石、或两者的混合物,和10厘米厚。都急剧下降(> 75°)西南和东北,而一些被发现平行于糜棱岩的面料,最横切它遵循一个稍微n罢工。

3.3。C区

东北端的中央leucogranite身体,应变,类似于区域B,局部对leucogranite身体和表现为急倾斜叶理(> 70°)。与区域B,这里当地的高应变区构成之间的边界leucogranite Tsirub片麻岩和不下降。线理再次暴跌轻轻SE (< 10°)。高应变区不规则边界,但大约是8米宽,高达50厘米厚ultramylonite的核心(图2)。定义的过渡从ultramylonite糜棱岩,晶粒尺寸减少,比前面的地区发生尖锐,在几厘米。转换从糜棱岩protomylonite和逐步深入围岩发生双方∼5米。C区不包含区域增加大量的绿泥石、绿帘石、钾长石。

3.4。区域D

区域D占地面积的黑云母片麻岩应变的不均匀分布的高应变区分离含片migmatitic黑云母片麻岩(图3)。含片的短轴至75米,长轴几乎横跨整个映射区域(∼250)-方向,有几个捏。糜棱岩的织物的方向在高应变区比在前面描述的领域不同,从>60°SW>75°NE;然而,罢工是相当恒定的,-。线理暴跌陡比先前的地区,然而,又轻轻< 20°。leucosome和黑素体层(mm < 5厘米厚)组成migmatitic含片中织物紧密折叠寄生较大,紧打开,折叠的振幅数万米。这些折叠的铰链线,类似于划线,轻轻地暴跌(< 20°)。区域D另外包含几个分散的地方发生脆性变形伸长域几米的长度,平行于罢工,几十厘米宽。这些域叠覆韧性变形。

交织高应变区主要是连续罢工和不同厚度从几十厘米到∼50米。主要发生褶皱翼,较大的振幅折叠,是面向一般方向近似平行的地方剪切带边界(图3)。优惠的精剪机寄生褶皱翼露头规模(图中也体现得很明显4 (c))。protomylonite的相对厚度、糜棱岩和ultramylonite罢工在这些区域各不相同,从一个高应变区;然而,即使是最薄的∼10厘米高应变区通常包括ultramylonite核,导致大幅转换migmatitic ultramylonite围岩。转换,就像在前面的区域,定义为降低晶粒尺寸与渐进的边界。

区域D还包含区域本质上类似的地区A和B,粉红色或绿色的颜色,包括更高浓度的钾长石、绿泥石和绿帘石粗粒度比周围的糜棱岩。这些区域是细长的平行于糜棱岩的面料,有不规则的厚度从10厘米到10米,长度和范围从几米到连续映射的区域。他们通常位于最大的应变梯度毗邻ultramylonites(图4(一))。

抽样高应变区具有代表性的高应变区区域d罢工- dip∼60°SW和包含一个∼10厘米厚ultramylonite核心,连续映射区域,逐渐过渡到糜棱岩(图几厘米4 (b))。ultramylonitic核心两侧是由∼5米厚,循序渐进,糜棱岩protomylonite过渡区,其次是一个层次背景未修剪的migmatitic织物在未来几米,宽1米的糜棱岩的北面ultramylonite显示了亚氯酸盐浓度的增加。从更广泛的糜棱岩区,明显的区别绿色和粗粒度(图4(一)),遵循ultramylonite的边界。

4所示。微观结构

Diener et al。(2016)表明,应变本地化的频率是通过弱逆行矿物的生长阶段以及晶粒尺寸减少,同时促进流体的存在。而增加钾长石、绿泥石和绿帘石富足是典型的毗邻ultramylonites,本协会在ultramylonites本身不存在。露头规模,增加钾长石、绿泥石、和/或绿帘石内容并不因此与应变强度,而是与应变梯度,更特别的狭窄的过渡从糜棱岩ultramylonite(图4 (b))。更全面研究控制应变的本地化,液体的影响,在频率和变形机制,活跃,大量收集岩石样本从所有四个领域。样本通常10到几十厘米在最短的维度,和收集横断面,大致垂直于罢工,无论岩性或应变强度发生变化,导致不同样本之间的间距(数字2和3)。这种方法就不可避免地导致抽样偏差与higher-strained岩石过多;然而,它提供了最好的机会,比较不同岩性之间的结果和应变的变化。面向薄片准备在大学地质科学系的开普敦,减少垂直于绿叶,平行于拉伸线理。

4.1。壁岩石和Protomylonites

不同原岩含长石、石英、黑云母、莫斯科、绿泥石、角闪石,和副矿物包括磷灰石、金红石、榍石、锆石。长石porphyroclasts 4毫米在所有低应变例子除了Tsirub片麻岩,晶粒尺寸的< 2毫米。许多长石porphyroclasts骨折,其中一些显示剪切位移,例如,bookshelf-type微观结构(图5(一个))。大多数porphyroclasts次圆形的;然而,角和圆角porphyroclasts也存在(数字5(一个)- - - - - -5 (d))。此外,porphyroclasts显示广泛的微裂缝、变形双晶、undulose灭绝(数据和不完整的5(一个)- - - - - -5 (d))。长石也在场 ,骨折和压力阴影(数据之间的关系5(一个)- - - - - -5 (d))。石英中存在不连续的丝带,从几粒宽∼1毫米厚。石英颗粒大小范围从10∼μ米在哪里捏长石porphyroclasts∼200之间μ米的丝带是厚的。带石英显示强大的CPO (57]。石英也发现填充骨折在长石porphyroclasts neoblasts压力阴影(数据5(一个)和5 (c))。层状硅酸盐大多是细粒(< 50岁μ米)和对齐的平行叶理并非由长石porphyroclasts阻塞,就像石英、层状硅酸盐发现填充长石porphyroclast骨折和压力的阴影。的neoblasts porphyroclast应力阴影所有低程度的内部应变(57]。绢云母片也发生在斜长石颗粒。一些层状硅酸盐,然而,发现在较大的颗粒大小(1毫米),即绿泥石,这也是独立的原岩之间的主要区别之一。绿泥石的黑云母片麻岩中含量最高,其次是Tsirub片麻岩,leucogranite缺席。黑云母片麻岩,发现绿泥石包络长石porphyroclasts和拉伸应力阴影,形成较厚的地方∼1毫米波段(数字5(一个)和5 (c))。发现Tsirub片麻岩,绿泥石与其他细粒度(< 30μ米)在薄层状硅酸盐(< 100μ米)接缝,平行于绿叶。

4.2。糜棱岩和Ultramylonites

在高应力岩石矿物学在很大程度上是相同的与低应变岩石相比,除了区域增加钾长石、绿泥石、绿帘石观察本地内容以及一些mylonite-ultramylonite转换。在层状硅酸盐含量略有增加,其中大部分是俄国人,在糜棱岩protomylonites相比,但这种增加是没有看到ultramylonites相比糜棱岩(57]。糜棱岩,长石porphyroclasts较小(< 1毫米)和圆protomylonites相比(数字6(一)- - - - - -6 (c));然而,其他显微结构的观察仍然适用。斜长石钾长石的比例是高于protomylonites, porphyroclasts neoblasts的比例。石英丝带更薄,protomylonites相比,只有几粒宽的厚的糜棱岩(数据6(一)- - - - - -6 (c))。而石英糜棱岩显示CPO的丝带,大多数ultramylonites石英是分散的细粒度矩阵(数字6 (d)- - - - - -6 (f))和缺乏CPO (57]。层状硅酸盐细粒(< 30μ在矩阵m)和分散。糜棱岩的层状硅酸盐排列到互联网络,几粒厚,底面对齐近似平行的叶理和长轴近似平行的线理方向(图7(一))。这些网络互联层状硅酸盐ultramylonites不存在,虽然同样面向现在和,它们没有连接(图7 (b))。ultramylonites几乎完全由细粒度(< 20μ米)、分布式混合岩的组成阶段,与细粒主要是长石组成和石英(< 5μ米)出现在许多三重连接(57]。钾长石porphyroclasts, < 1毫米大小和丰满的,还是仍然存在几个ultramylonites(图6)。

5。地球化学方法

频率、地区富含钾长石、绿泥石和绿帘石露头规模确定,主要是毗邻ultramylonite核心地方剪切区(数字2,3,4)。此外,置换反应,包括斜长石分解和莫斯科的增长,和石英,长石组成,可以推断出从薄片(数字5和6)。

这些替代的发生阶段仍然是局部的糜棱岩,并增加大量从protomylonites ultramylonites糜棱岩和进一步。这些反应需要增加水的内容从原始到ultramylonites,也可能涉及质量传递的一个组成部分。流体,因此需要的源和效应将进一步借助地球化学调查方法。

收集岩石样本也因此用来测量氧同位素比率以及大部分整个岩石主要,次要和微量元素浓度使用x射线荧光光谱仪。KMZ虽然石英脉是非常罕见的,synkinematic石英脉被发现,他们是从内部和外部采样同位素分析上述四个方面。选择的石英脉平行叶理,韧性变形,稍微香肠构造,和/或表现出类似的矿物线理周围的岩石,因此解释为synkinematic(图4 (e))。所有样本被实验室颚式破碎机和——除了石英样品,进一步用碳化钨粉磨。粉末和石英芯片上的地球化学分析在开普敦大学进行。

5.1。氧同位素

氧同位素数据给出了三角符号的 在哪里的比例是¹⁸O /¹⁶啊,代表样本,性病代表标准。

石英的氧同位素分析和全岩样品进行了使用激光和传统的氟化。激光氟化之前,哈里斯和Vogeli的方法(58),2 - 3毫克清洁石英芯片与BrF反应₅和收集啊₂。传统的氟化,分析了使用外部加热倪炸弹,雇佣ClF₃在550°C作为试剂,将解放O₂到公司₂。原始数据被转换为 - - - - - -相对于标准符号的意思是海水(SMOW)基于内部石榴石(MON GT; )和石英(MQ; )数据标准,通过激光和传统的氟化方法,分别。重复每一批的标准运行监测分析精度,与长期的变化暗示错误的0.15‰(MON GT)和0.16‰(MQ)。

5.2。光谱仪

大部分岩石主要和微量元素成分测定Panalytical Axios wavelength-dispersive光谱仪谱仪安置在大学地质科学系的开普敦。样本加热到110°C一夜之间,至少8小时,晾干。粉末是干燥过程记录之前和之后重亏损吸收水(H₂O -)。之后,样本内加热陶瓷坩埚和举行850°C的温度至少4个小时,再冷却和称重记录损失点火(法)。样本随后融合与硼酸锂通量产生融合光盘,主要元素成分测定,和粉饼的煤饼”,微量元素数据记录。

6。地球化学结果与其他计算

的化学成分Tsirub片麻岩,黑云母片麻岩,leucogranite表明他们花岗质成分(表1)。尽管上述范围排除样品纯度绿泥石、绿帘石、钾长石,仍有显著的元素浓度的变化。这些差异可能不定地畸形样本中找到。为了验证这一点,和更好的想象这些变化,图形等速剖面方法由格兰特(59使用)。所有的岩石的成分表中提供的补充(表S2)。

6.1。等速剖面法

等速剖面图(59)允许定性可视化元素浓度的变化和质量两个样本之间的变化。流体流动的前提是channelised剪切区,分别用于所有横断面比较每个样本在整个岩石光谱仪数据和在高应变区最畸形的样品相同的原岩。一旦选择样本标注在图中,一条线是通过选择绘制从原点不动的元素,使推断质量变化的斜率的畸形样本原岩相比。钛通常是固定的(例如,51,60]),但Ti含量太低几种岩石中元素迁移的代表。因此我们认为铝的不动,因为它曾是固定在花岗岩类岩石的变形在类似的条件61年- - - - - -63年]。我们还注意所有样本平均铝饱和指数(禅宗所定义的64年])1.12(±0.11),表明铝饱和度和铝之间的流动趋势,高、低应变岩石(表S1)。1:1的关系意味着没有质量变化;如果低于梯度,畸形样本经历了大规模获得原岩相比,反之如果梯度较高质量损失。上面的元素策划1:1线增加了重量%的畸形样本与原岩相比,而那些策划线下已经减少。缩放因子用于分散元素的图更容易定性评价的相对变化。

定量结果比较我们所有的原岩变形样本,计算了Spruzeniece和Piazolo之后的52]适应Gresens原始方程的65年]。估计主要的浓度变化,小,和微量元素和原岩之间的畸形样本,方程(2)使用,是质量百分比和变化浓度。总质量变化(%)这两个分析样本之间可以使用方程(估计3),等速剖面的斜率( )。

6.2。元素迁移与推断质量变化(%)

这里,我们比较选择八个样品高度紧张的岩石壁岩石从所有四个方面,借助等速剖面图(图8),评估其化学变化。我们也评估一个粉红色和绿色样品,钾长石的代表和绿帘石/ chlorite-enriched岩石频率,分别。表元素浓度的变化可以发现所有的岩石和大规模的补充剂(表S3)。

6.2.1。区一个

两个ultramylonites (CKMZ 4和10;图2)在剪切带的边缘区域选择了这个评价,作为他们的原岩(CKMZ 2和12;图2)更明确的中央相比,第三,ultramylonite。黑云母片麻岩一侧(图8),元素质量变化从-88%(分别)+ 120% (K₂O)。

相对巨大损失(51 - 88%)也出现在TiO₂、铁₂O₃MnO,曹。除了K₂啊,唯一获得被SiO经验丰富₂(21%)。Tsirub片麻岩的变化要小得多(图S1),范围从-58%(曹)+ 8% (Na₂O)。ultramylonites经验的大多数元素的相对损失,除了在SiO微不足道的收益₂和TiO₂。

6.2.2。B区

岩石用最少的应变黑云母片麻岩一边在B区,一个protomylonite (CKMZ 39),表现出反常铝浓度。出于这个原因,区域的围岩,along-strike等效(CKMZ 12),是用于相对质量损失计算的黑云母片麻岩糜棱岩的区域(图2)。的黑云母片麻岩ultramylonite (CKMZ 41;图2)的SiO经历了收益₂(24%)、Na₂O(17%)和K₂O (75%;图S1)。所有其他元素的损失在曹NiO的范围从21%到97%。leucogranite一侧(图8),ultramylonite (CKMZ 42;图2在Na)经历了收益的789%₂啊,但< 84%的其他主要元素的流失。

6.2.3。C区

作为当地的高应变区C区相对狭窄,只有5样本收集,其中一个是一个ultramylonite (CKMZ 33;图2)。更有信心在这里列出的变化是相对正确的原岩,我们看中央ultramylonite的两侧糜棱岩。leucogranite一侧(图S1),分别以发生显著的变化(+ 173%)和曹(+ 174%)和其他有经验的变化仅±< 18%。Tsirub片麻岩一边糜棱岩表现出较低的变化(< 87%)、SiO的收益₂,Na₂啊,和K₂O, TiO的损失₂、铁₂O₃MnO,分别以曹,P₂O₅,NiO(图8)。

6.2.4。区域D

在区域D中,所有样品有相同的原岩(图3)。仍然用最少的计算变形样本,migmatitic黑云母片麻岩(CKMZ 18 - 28),从横断面的两端。这里,我们看一个ultramylonite示例(CKMZ 25)计算对原岩南方,由于其距离,和protomylonite (CKMZ 22)北部地区丰富的绿泥石和绿帘石,对当地的黑云母片麻岩北高应变区。ultramylonite经历了相对较小的变化(< 47%)、SiO的收益₂,Na₂O K₂啊,和NiO TiO的损失₂、铁₂O₃MnO,分别以曹,P₂O₅(图S1)。同样,protomylonite接受小(< 10%)的SiO相对收益₂,Na₂啊,和K₂啊,但是经历过中等大的损失(< 90%)的其他主要元素(图S1)。

6.2.5。绿泥石-绿帘石-(绿色)和钾长石(粉红色)浓缩样品

一个绿色样品(区域D;CKMZ 23;图3)和一个粉红色的样品(区域;CKMZ 11;图2)选择进行分析。绿色的样品(< 32%)的TiO经历了收益₂、铁₂O₃曹,分别以Na₂O和P₂O₅以及(< 52%)的SiO损失₂MnO, K₂O(图S1)。粉色样品K的另一方面经历了明显的提高₂O(154%)和适度高TiO的损失(80 - 96%)₂、铁₂O₃MnO,分别以曹,P₂O₅(图8(j))。

6.2.6。总体趋势

一些分散的解释可能是,样本异质性和/或分析错误;然而,总体趋势仍然出现。最明显的模式频率是铁的损失₂O₃、分别和曹SiO的增益₂K₂啊,和Na₂O ultramylonites相对于原岩(表2)。这一趋势在高应变尤其一致的岩石与黑云母片麻岩或Tsirub围岩片麻岩。相比,两个样品对leucogranite不仅偏离这一趋势,但也有最高的测量主要元素浓度在整个频率的变化。

6.3。总质量变化

在前一节中,我们讨论了选择protolith-mylonite双之间的化学变化。我们现在考虑质量变化在所有横断面使用所有样本。而一些单个元素的变化显著,同样不能说大规模的变化频率相对较低的范围(-39% + 11%),几乎可以忽略不计的平均回报率为-4.5%(图9、表S3)。最大规模的变化大于±10%被发现在当地的5米高应变区核心。大多数的样品>5米的高应变区只显示小(< 5%)的质量变化,有一些例外的损失和收益。这与观察逆行更高比例的矿物质当地高应变区毗邻的核心。

在地区,质量变化小于7%,除了内部和立即邻域的花岗质成分和质地,一些最大的损失频率被发现(图10)。最高的质量损失(39%)计算样本来自一个地区的花岗质脆套印域。类似的大规模损失区域B(图中找到10),所有三个mylonitized leucogranite样本出现质量损失超过20%。因为异常光谱仪结果黑云母片麻岩围岩区域B,计算围岩的变形样本对区域a .结果显示没有明显的质量变化,就像黑云母片麻岩在区域a . C和D领域质量变化在±10%,最大的变化接近ultramylonites(数字10)。尽管绿泥石、绿帘石和K-feldspar-enriched样本显示的单个元素浓度的显著变化频率,整体质量变化不相差超过∼10%相比邻岩石样本(表S3)。

6.4。氧同位素组成

HDGEO_3023268The平均质量变化-4.5%变形岩石及其原岩之间的频率是可以忽略不计,甚至-39%的最大个体样本质量改变一个数量级低于240%的体积增加Spruzeniece和Piazolo52)岩石的脆塑属于Wyangala剪切带的剪切带系统,在Wyangala岩基在东部拉克伦褶皱带,澳大利亚,和一半的体积损失(-60%)报告的奥哈拉(51]的花岗质片麻岩蓝岭省,变形在频率相似的条件下,沿校长分支在阿巴拉契亚山脉南部逆冲断层。尽管如此,质量变化是由等速剖面显示的图表和元素的浓度变化对个人岩石样本是实质性的(表的地方2;数据9和10)。因此需要一个synkinematic,本地化,流体的存在,源可以限制使用氧同位素组成。

我们测量石英脉和岩石δ¹⁸O值。石英脉是直接从液体沉淀,δ¹⁸O价值流体沉淀的时候可以使用推断温度降水估计。整个岩石数据另一方面允许我们评估的变化δ¹⁸O值样本在剪切区和墙之间的岩石。石英和整个岩石δ¹⁸O取决于流动相互作用的性质,与最初的流体δ¹⁸O值、流体/岩石比和温度控制的最后δ¹⁸O值。的δ¹⁸O值来自不同来源的液体高度可变,简单来说大气水 ,而值∼5到10‰是典型的岩浆或变质的液体,和高值(>10‰)是典型的变质流体的原岩具有很高的自生矿物组件(metapelites metacarbonates;图11)。

6.4.1。石英脉δ¹⁸O

石英脉的范围δ¹⁸O值从-1.2到11.6‰的平均值 ( ;图12;表S1)。大型标准偏差是由八个样本的范围在8 - 12‰之间,只有两个离群值-1.2和4.2‰的低价值。石英脉的δ¹⁸O值的4.2‰mylonite-hosted静脉区域B。

消极的石英δ¹⁸O值从中间的区域,“花岗岩”域的边界上中央ultramylonite区(图2(b))。第二个分析石英芯片从静脉进行验证的负面δ¹⁸O值,值为-3.8‰。不同的价值可能是因为静脉异质性;然而,它符合前面的低价值。如果我们假设与消极的石英脉δ¹⁸O值在典型的沉淀KMZ糜棱岩的变形,这与石英形成的水δ¹⁸O∼4‰的价值,随着quartz-water分馏在450°C∼3‰66年]。

6.4.2。整个岩石δ¹⁸O

整个岩石样本δ¹⁸O值的范围从5.4到13.1‰,的意思 ( ;图12;表S1)。两片麻岩的意思δ¹⁸O值低于和高于平均水平,与黑云母片麻岩主要承载较低的值( )和Tsirub片麻岩相反越高( )。整个岩石δ¹⁸O leucogranite中获取的值分布在整个范围( )。最低的全岩δ¹⁸O值5.4‰的花岗质样本相邻区域的石英脉与较低的石英δ¹⁸O -1.2‰(图的价值2)。样品与增加大量的绿泥石和绿帘石、钾长石也降低整个岩石δ¹⁸O值,一般来说,高和低应变岩石,具有相似的分布。在这两个领域C和D,整个岩石δ¹⁸O概要文件在高应变区采样平面(图10),除了一个leucogranite示例包含骨折,所以是地区的剖面(图10)。在B区,整个岩石δ¹⁸O值下降∼2‰的高应变区从低应变leucogranite和黑云母片麻岩(图10)。此外,整个岩石δ¹⁸O值不显示一个明确的相关质量变化在整个频率(图13)。

7所示。讨论

7.1。流体来源

synkinematic石英脉,以及逆行和替代矿物,观察到的频率变形期间需要大量液体。然而,随着岩石的频率局部经历过高峰麻粒岩相变质条件下,他们可能以前脱水(45]。源/资源所需的液体也因此主要外部。

synkinematic石英脉是直接从至少一个流体来源沉淀,从而给了δ¹⁸O的流体沉淀时,假设温度降水。不包括两个低δ¹⁸O样本,石英脉的范围δ¹⁸O值(8.4 - -11.6‰)KMZ预计在这些变质和岩浆流体(图源11)。另一方面,随着quartz-water分离系数在450°C∼3‰(66年),最低的两个石英脉δ¹⁸O值从水中形成的-1.2‰和4.2‰δ¹⁸O∼4‰的值和1‰,分别。保留这些值低深度当沉淀到静脉,这最初的δ¹⁸阿水要一直<4‰。液体因此明确对于此示例(图大气降水成因11;(67年]),除非流体起源于一个非常低的δ¹⁸O岩石比KMZ活动(68年),但没有观察到这种材料。而一些石英脉从领域获得脆性变形的延性套印,采样发现石英脉平行叶理与一些有点香肠构造和/或有糜棱岩的矿物线理一致的走滑运动频率(图4 (e))。因此,当绿叶的形成在韧性变形,挥之不去∼450°C条件(45),因此做了石英脉。这意味着KMZ,积极在midcrustal变形条件下,至少在本地和暂时性的连接表面的流体来源。

先前的研究已经提出了如何获得各种型号地表水和低于frictional-viscous过渡,例如,反向压力梯度压缩政权允许脱水液流温度(69年),逆掩断层作用的变质岩石unmetamorphosed岩石(70年),渗透率增加dilational慢跑由于压裂液压造成内爆48),地震泵送液体的浅滑脱(71年,从地形上驱动流体流动(40,72年]。然而,这些只有塞拉峰值剪切带(SCSZ),加州(48),是与频率相关。其他人则依赖于他们的特定的构造设置,不同的走滑SCSZ和频率的设置。在SCSZ dilational慢跑允许液体陨石穿透脆塑转变的。KMZ同样显示局部脆性变形的迹象,尽管稀疏。频率,然而,压力变化和相关的损害有关地震传播从上面的脆皮(73年,74年)似乎更有可能选择。有趣的是,最近的方解石实验演示了如何微尺度空化可以带来一个开关从位错扩散蠕变和膨胀变形的变形,导致地震破裂条件通常与塑性流动(有关75年KMZ),另一个潜在的机制如果这种机制可以发生在quartzofeldspathic岩石。此外,固有的膨胀组件蠕变空洞可能足以促进流体的下地壳(中期14,16),而不需要地震破裂。

石英脉的δ¹⁸O值观察到的频率可以解释为流体相同的氧同位素组成的可变度与岩石流体通路或降水在不同 。而降水在不同是不可能的,因为没有证据改变温度在变形(45),一个变量交换度仍然是可行的。静脉沉淀从岩浆流体(花岗岩)据报道,一个狭窄的范围δ¹⁸O值涵盖的观察范围值的频率(图11)。随着KMZ主机synkinematic火成岩侵入,从岩浆流体贡献(花岗岩)可能来源。变质流体,另一方面,更难以想象的片麻岩是脱水在高峰麻粒岩相条件和随后含水矿物质缺乏。横向流体迁移在罢工,然而,仍然变质的可行的选择,以及其他,体液,尽管没有定义源识别和生存能力的运输距离是因此不清楚。

整个岩石δ¹⁸O交换恒定值是一致的变量假设。唯一的样品影响重大的推断与大气水交换,因为它有一个δ¹⁸O值远低于其他岩石的原岩,是一种leucogranite全岩样品( )直接相邻的石英脉最低的记录δ¹⁸O (-1.2‰)。其余的leucogranite样本整体岩石δ¹⁸O值几‰的两侧与年代花岗岩类岩石之间的边界。Tsirub片麻岩( )略高于整个摇滚吗δ¹⁸O值相对于黑云母片麻岩( )。然而,都远远在主要领域的完整的岩石δ¹⁸为正片麻岩O值之前报道(图11、表S4)。

7.2。矿物反应和传质

置换反应最普遍的类型在莫斯科的频率是增长,绿泥石和长石。而绿泥石增长限于局部地区,绢云母化是整个剪切带。钾长石和斜长石增长也发生在整个剪切带;然而,普遍的钾长石浓缩只是局部的区域(图中找到3和4 (d))。长石和黑云母的分解水的存在形成莫斯科,neoblasts长石和石英据报道从其他midcrustal granitoid-hosted剪切区(10,52,76年)与观察到的趋势,符合大部分岩石地球化学SiO的收益₂K₂啊,和Na₂O和铁的损失₂O₃、分别和曹。减少铁₂O₃、分别和曹也可能是由于小绿帘石和角闪石的分解中观察到的一些低应变片麻岩。替代长石的莫斯科导致体积减少,增加了孔隙度和渗透率,并允许继续流体(77年]。如果可用的液体量仍低,然而,feldspar-to-muscovite反应可能会停止,甚至逆转,层状硅酸盐溶解和长石沉淀(9]。这或许可以解释为什么层状硅酸盐的内容随着应变的增加似乎阻碍了对当地最高的应变剪切带核。

大部分矿物质的替代绿泥石导致体积增加,因此青睐低围压(9]。绿泥石,尽管如此,毗邻许多ultramylonites(数字增长2和4(一)),这表明这些地点,最大应变梯度特征,可能是高孔隙度的领域。这些大应变梯度是由逐步降低晶粒尺寸在毫米厘米距离,部分由于逆行变质反应,这可能引起从主位错蠕变变形机制在石英和长石粒度敏感的晶内的压裂蠕变(57]。晶粒尺寸敏感蠕变使晶界滑动,蠕变caviation,解散,和降水,动态地创建一个渗透孔隙度(14]。粮食规模空化实验已经证明有能力引发失控的断层破裂(75年),可能是另一种允许粗粒度的绿泥石的降水,绿帘石、钾长石ultramylonites相邻。

频率,几乎没有相关性推断质量改变整个样本岩石和岩石δ¹⁸O值(图13),此外,总相对质量变化是次要的(图9剪切区)和岩石样本保留不同原岩的影响,在整个岩石几乎没有变化δ¹⁸O值(图10)。所有这一切表明,流体/岩石比很低的频率在变形。这是在协议与Diener et al。45),表明流体/岩石比率只有0.05 - -0.1是必要的,以确保完整的补液和流体饱和度的频率如果流体吸收被认为是有效的。缺乏质量之间的相关性变化和全岩δ¹⁸O值(图13)也意味着没有简单的质量变化和同位素交换的程度之间的关系。

7.3。对断层力学的影响

的高级变质岩KMZ发达是干燥和相对不透水KMZ剪切起始之前。因此可能变形前流体流动,而不是相反45]。变形将不得不启动没有削弱,逆行反应可能促进。然而,随着流体优先进入变形区塑性变形的早期阶段(78年),韧性剪切带可以体验pressure-induced膨胀促进流体流入和他们(79年)一次剪切带是活跃的,进步的削弱和应变积累将有利于进步本地化的流体流动和变形,提出了频率的兰尼et al。47),Diener et al。45],Stenvall et al。57]。先前的研究在KMZ假定剪切最初将增强对既存,以面料或周围压力感应器等中央leucogranite身体(45,47]。这个假设是由于高应变区的区域D似乎本地化的既存migmatitic织物剪切(图是面向积极的4 (c))。此外,随着变形发生在略高于frictional-viscous过渡,向下传播的地震破裂从上面的脆性地壳可能是暂时性的微分压力增加,应变率和渗透率的频率在其进化(71年,73年]。高频率的热梯度和随之而来的更短的距离上覆发震区域加强了这一假设。进积变质设置相比,血管丰富,相对缺乏静脉和推断低液量KMZ表明高流体压力没有显著贡献脆化或创建流体渗透的途径。

在这些剪切带演化的早期阶段,在剪切条件下的频率(450 - 480°C, 270 - 420 MPa),变形将发生由frictional-viscous流,crystal-plastic石英和摩擦长石执政的流变学57]。在这个阶段,蠕变空泡(14,16和晶界溶蚀孔隙度80年)可能提供了所需的渗透孔隙流体渗透到剪切带和启动逆行反应。据Milke et al。81年),只有少量的H₂O(的几个ppm)需要加强transport-controlled反应的增长率,这本身可能产生纳米级孔隙度(82年]。逆行反应会导致削弱强大的替代较弱的层状硅酸盐矿物,通过降低晶粒尺寸增长的新的细粒度的矿物(数据4,5,6;(57])。在置换反应是更广泛的剪切区,通过层状硅酸盐增长疲软已经推断出扩大剪切带(83年]。相比之下,局部变形和过渡到粒度敏感蠕变的频率可能是一个特征剪切区域有限的流体流动和发生置换反应有关。

层状硅酸盐的弱点是众所周知的84年,层状硅酸盐的存在是一种常见的方式来调用疲软剪切区(9,32,85年,86年]。细粒度另一方面提升扩散的重要性(78年,87年),提高晶界滑动由于新的晶界之间的凝聚力低8]。晶界滑动,同时继续成核的neoblasts动态蠕变空洞造成的孔隙度,导致二期将限制晶粒生长。使用渐进变形,这可以促进晶粒尺寸敏感的蠕变是主要的变形机制(Fliervoet et al ., 1997;(13,57])。因此,作为highest-strained岩石的频率不包含大量的层状硅酸盐,也不是现有的层状硅酸盐互联(图7 (b)),削弱由于强烈的矿物分解阶段到较弱的层状硅酸盐似乎扮演了一个次要的角色。造成的更重要的削弱的液体似乎是对晶粒尺寸敏感的变形机制。这包括逆行变质反应和成核的新阶段,观察到的频率在porphyroclast压力阴影和细粒度的多相混合物。

在活跃的逆行的缺点,如圣安德烈亚斯断层区,高山的错,海原断裂,北安纳托利亚断层,有最近的一系列地震记录样式,从稳定、板块边界蠕变率,通过瞬态抗震滑,断断续续的成群的地震检测到震动(88年- - - - - -90年在深度)以及有利的区域(35,37]。这样的压力下降事件被认为代表混合frictional-viscous变形在低有效应力条件下,敏感的小扰动(91年,92年]。因此低电阻率的区域通常解释为反映流体存在的弱点是推断,通常在形式的高孔隙流体压力([30.]、[92年])。虽然添加液体会导致削弱和创造条件受到地震和低频地震,我们谨慎跳到高流体压力。流体卷逆行设置是最可能低和外部派生,要求渗透网络,因此液压流体压力条件更有可能。而高流体压力是一个适当的解释等特性构造地震和低频地震进积变质流体来源是现成的设置,不能说关于逆行设置相同。在逆行设置,流体在地震源更可能诱发所需削弱通过促进逆行反应和晶粒尺寸敏感变形机制作为建议的频率。

8。结论:逆行剪切区流体的来源和影响

尽管逆行的主机的岩石一般故障,由于他们的高级变质历史、脱水和相对不透水27),他们通常表现出逆行矿物组合,表明synkinematic流体的存在(32- - - - - -34]。由于脱水寄主岩石的性质,这些液体的来源需要外部的缺点。频率,同位素成分的岩石和石英脉不排除任何特定的水库作为一个潜在的流体来源;然而,他们要求至少有一些液体的起源,陨石和沉淀石英高温(图11)。这需要渗透通道,这可能是由向下传播的地震从上面的脆皮。脆性变形的迹象在KMZ很少,远;然而,这是按照低,剪切带的局部流体卷设想基于我们的地球化学分析,表明原岩全岩的重置δ¹⁸O值和本地的小质量变化(平均-39 + 11%和-4.5%)。

甚至最小的流体在逆行的错可以诱导削弱通过促进逆行反应,如绿泥石的增长和莫斯科的长石、黑云母和角闪石。频率,削弱最初发生击穿的长石组成和增长的绿泥石和莫斯科,随后结合形成弱网络互联。持续应变本地化,超越弱者,互联网络的层状硅酸盐,表明削弱液体通过促进扩散蠕变和晶粒尺寸的影响甚至大于削弱效应敏感的变形机制的便利化逆行反应(57]。反应,然而,有助于减少和维护细晶粒尺寸的固定效应造成的成核neoblasts [93年,94年]。Niemeijer [95年]表明,原始在地震断层将迅速逮捕当遇到一个层状断层变形的一部分frictional-viscous流,滑移速度的脉冲升高会导致晶粒尺寸减少。这减少晶粒尺寸会破坏叶理和它所代表的潜在弱点。然而,我们建立在这些建议和建议,根据我们的观察,这实际上可能导致进一步削弱,在流体的存在促进晶粒尺寸敏感扩散蠕变在足够高 。

这些发现暗示地震风格最近报道的范围积极逆行的缺点,像圣安德烈亚斯断层区,高山的错,海原断裂,北安纳托利亚断层(35,37,88年- - - - - -90年),可能不需要高流体压力,但可以从其他地方或者出现弱化机制更容易实现在逆行的设置。事实上,高流体压力似乎不太可能在逆行的设置,作为潜在自由流体将被逆行反应,直到形成流体—矿物组合。我们强调,在频率的情况下,添加只有小卷的液体诱导急剧贬值通过促进逆行反应和晶粒尺寸敏感的变形机制。

数据可用性

地球化学数据用于支持本研究的发现是包含在文件的补充信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

我们感谢威尔逊在开普敦大学和卡迪夫大学a Oldroyd样品制备。d·穆尔卡迪夫大学的支持的电子微光束设施,和美国的帮助下与氧同位素Roopnarain,感激地承认。建设性的评论页法国公债显著改善了手稿。这个项目已经收到资金从欧洲研究理事会在地平线2020框架计划(批准协议715836“云母”)。c . Stenvall是由卡迪夫大学物理科学与工程学院的奖学金。

补充材料

补充材料包括一个表(表S1)和样品δ¹⁸O值,成分表(表S2),表与等速剖面计算表(S3),和额外的等速剖面的主要论文(图S1)所示。这个表包含数据para -和正片麻岩δ¹⁸O值从先前的研究提供另外.xlsx文件(表S4)。(补充材料)