第一章緒言顯微構(gòu)造

內(nèi)容提要第一章緒論一、顯微構(gòu)造定義、研究內(nèi)容二、顯微構(gòu)造研究意義.三、怎樣進(jìn)行顯微構(gòu)造研究四、顯微構(gòu)造學(xué)發(fā)展歷史六、主要參考文獻(xiàn)當(dāng)前1頁，總共48頁。顯微構(gòu)造第一章緒論一、顯微構(gòu)造定義、研究內(nèi)容構(gòu)造地質(zhì)學(xué)1.全球構(gòu)造2.區(qū)域構(gòu)造3.狹義構(gòu)造4.顯微構(gòu)造當(dāng)前2頁，總共48頁。1.顯微構(gòu)造定義：研究巖石和礦物晶體內(nèi)部組構(gòu)要素排列的幾何方式、形成環(huán)境和成因機(jī)制的一門多學(xué)科交叉邊緣性學(xué)科。顯微構(gòu)造（microstructure、microtectonics)也可以叫做組構(gòu)(fabrics)或者顯微組構(gòu)(microfabrics)或者叫巖組MarkJessell&PaulBoneWecandefinemicrostructures(basedinpartonaHobbs,Means&Williams1976definition)tobe:"thesmall-scalearrangementofgeometricandmineralogicalelementswithinarock."當(dāng)前3頁，總共48頁。當(dāng)前4頁，總共48頁。當(dāng)前5頁，總共48頁。當(dāng)前6頁，總共48頁。顯微構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的性質(zhì)：是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)與巖石學(xué)、礦物學(xué)相結(jié)合的研究領(lǐng)域，同時(shí)還涉及到金屬物理學(xué)及材料學(xué)、巖石力學(xué)、地球化學(xué)等不同學(xué)科知識(shí)，是一門多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科。2.研究內(nèi)容：用顯微鏡、掃描電鏡、透射電子顯微鏡研究在構(gòu)造作用下巖石和礦物變形行為、變形機(jī)制、變形環(huán)境、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和變形演化歷史等方面問題，進(jìn)而探討區(qū)域大地構(gòu)造，乃至探討巖石圈的組成和演化。當(dāng)前7頁，總共48頁。二、顯微構(gòu)造研究意義.1.確立顯微構(gòu)造與變形作用、變形環(huán)境之間關(guān)系，定量化研究地殼構(gòu)造變形。變形作用顯微構(gòu)造構(gòu)造環(huán)境σ,T,P,流體流變當(dāng)前8頁，總共48頁。2.確定在變形過程中起主導(dǎo)作用的變形機(jī)制；3.能夠提供構(gòu)造變形期次、變形階段和構(gòu)造變形演歷史的證據(jù)；4.定量研究地殼構(gòu)造變形動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)過程（變形過程中應(yīng)變速率、應(yīng)力大小和運(yùn)動(dòng)方向）；5.確定變質(zhì)作用與變形作用之間關(guān)系；6.確定構(gòu)造變形環(huán)境（溫度、圍壓等）。當(dāng)前9頁，總共48頁。三、怎樣進(jìn)行顯微構(gòu)造研究

Howdowestudymicrostructures1.野外工作（fieldwork)a.明確研究區(qū)大地構(gòu)造位置、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景（資料閱讀、地質(zhì)調(diào)查）；b.測量各種構(gòu)造要素當(dāng)前10頁，總共48頁。當(dāng)前11頁，總共48頁。c.采集定向標(biāo)本當(dāng)前12頁，總共48頁。2.室內(nèi)分析（Labanalysis）a.定向薄片制作、當(dāng)前13頁，總共48頁。2.室內(nèi)觀察分析（Labanalysis）b.顯微鏡下薄片組構(gòu)分析；c.SEM(ScanningElectronMicroscope)組構(gòu)分析；d.TEM(TransmissionElectronMicroscope)位錯(cuò)研究；

當(dāng)前14頁，總共48頁。3.室內(nèi)定量分析A.結(jié)晶優(yōu)選方位測量（CrystallographicPreferredOrientations(CPO)）；B.形態(tài)組構(gòu)（Shapefabrics）,顆粒邊界特征；C.顆粒粒度分布（Grainsizedistributions）；D.應(yīng)變分析和古應(yīng)力測量；E.礦物晶體成份分析（電子探針、流體包裹體）、同構(gòu)造礦物的定年；當(dāng)前15頁，總共48頁。4.實(shí)驗(yàn)?zāi)MA.高溫高壓巖石變形實(shí)驗(yàn)；B.數(shù)值模擬（numericalsimulation）當(dāng)前16頁，總共48頁。四、顯微構(gòu)造學(xué)發(fā)展歷史19世紀(jì)末期到20世紀(jì)初：觀察描述階段；奧地利學(xué)者Sander出版了《巖石的組構(gòu)學(xué)》從微觀角度研究了礦物結(jié)晶優(yōu)選方位與應(yīng)力之間關(guān)系，闡述了幾何對(duì)稱分析方法和運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，解釋巖石變形特征和變形規(guī)律。此后，美國學(xué)者Fairbain分別介紹了《巖石構(gòu)造學(xué)》Petrotectonics和《構(gòu)造巖石學(xué)》Structuralpetrology顯微組構(gòu)分析方法，使顯微構(gòu)造得到快速發(fā)展。20世紀(jì)50~60年代:巖石實(shí)驗(yàn)變形研究階段Terner(1953):礦物變形與應(yīng)力狀態(tài)變化之間關(guān)系.Carter、Griggs.巖石變形實(shí)驗(yàn)技術(shù)和新發(fā)現(xiàn)。Terner和Weiss《變質(zhì)構(gòu)造巖的構(gòu)造分析》，提出礦物運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析的思路與方法當(dāng)前17頁，總共48頁。20世紀(jì)70~80年代：新技術(shù)和先進(jìn)科學(xué)理論發(fā)展階段。金屬物理學(xué)及材料學(xué)中位錯(cuò)理論和流變學(xué)理論和新技術(shù)（X光巖組、電子顯微鏡、電子探針、計(jì)算機(jī)）引入，使得顯微構(gòu)造得到了快速發(fā)展。Vernon(1974)《變質(zhì)反應(yīng)與顯微構(gòu)造》論述礦物變形、恢復(fù)、重結(jié)晶和顆粒生長過程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Nicoles和Poirier(1976)《變質(zhì)巖的晶質(zhì)塑性和固態(tài)流變》位錯(cuò)理論和流變?cè)诰w變形過程中的地位和意義。

當(dāng)前18頁，總共48頁。20世紀(jì)70~80年代召開了一系列國際會(huì)議1976年在荷蘭萊登堡“組構(gòu)、顯微構(gòu)造和微構(gòu)造”國際會(huì)議；1978年在澳大利亞“變形和變質(zhì)作用的顯微構(gòu)造過程”會(huì)議；1981年美國“Penrose糜棱巖”國際會(huì)議；1986年在倫敦召開的“國際剪切準(zhǔn)則”會(huì)議；這些國際會(huì)議多強(qiáng)調(diào)了顯微構(gòu)造研究在地殼構(gòu)造變形分析過程的重要作用。國際地科聯(lián)構(gòu)造委員會(huì)把顯微構(gòu)造的研究列為80年代構(gòu)造委員會(huì)兩項(xiàng)中心任務(wù)之一。20世紀(jì)90年代以來：深入廣泛研究：顯微構(gòu)造研究更加注重對(duì)下地殼，乃至上地幔巖石變形研究、韌-脆性轉(zhuǎn)換機(jī)制研究、流體及其成份變化及其對(duì)變形機(jī)制影響等方面研究。當(dāng)前19頁，總共48頁。五、顯微構(gòu)造學(xué)發(fā)展對(duì)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)影響1.構(gòu)造分析從簡單幾何描述到研究構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究；2.研究范圍更加廣泛，構(gòu)造地質(zhì)研究不僅局限在區(qū)域-露頭尺度上，從全球—到超顯微研究，解決地學(xué)中一些根本性問題；3.從地表到上地幔；4.構(gòu)造分析走向定時(shí)、定量化階段；5.使構(gòu)造地質(zhì)學(xué)與其它學(xué)科之間的交叉、滲透更加廣泛；出現(xiàn)了構(gòu)造地球化學(xué)、構(gòu)造流變學(xué)、構(gòu)造熱力學(xué)等。當(dāng)前20頁，總共48頁。六、主要參考文獻(xiàn)1-何永年，林傳勇，史蘭斌，1988，構(gòu)造巖石學(xué)基礎(chǔ)，地質(zhì)出版社（北京）；2-B.E霍布斯，W.D.米恩斯，P.F威廉斯著，1982，劉和甫吳正文等譯《構(gòu)造地質(zhì)綱要》，石油工業(yè)出版社（北京）3-劉瑞詢，1988，顯微構(gòu)造地質(zhì)學(xué)，北京大學(xué)出版社（北京）4-鄭亞東，常志忠，1985，巖石有限應(yīng)變測量及韌性剪切帶，北京：地質(zhì)出版社（北京）5-胡玲-1997，顯微構(gòu)造地質(zhì)學(xué)，北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社；6-王嘉陰，1980，應(yīng)力礦物學(xué)，北京：地質(zhì)出版社

當(dāng)前21頁，總共48頁。思考問題1

顯微構(gòu)造定義、研究內(nèi)容2怎樣進(jìn)行顯微構(gòu)造研究當(dāng)前22頁，總共48頁。第二章巖石變形及影響因素一巖石礦物變形的基本概念1.彈性變形與塑性變形；當(dāng)前23頁，總共48頁。一、巖石礦物變形的基本概念2.脆性行為與韌性行為；脆性是指巖石和礦物出現(xiàn)明顯破裂，在破裂之前未出現(xiàn)永久變形；韌性是指巖石和礦物在沒有明顯破裂情況下，其大小和形狀發(fā)生了顯著的變化。>2%的應(yīng)變量為脆性；2-8%為脆韌性；<8%為韌性。當(dāng)前24頁，總共48頁。當(dāng)前25頁，總共48頁。3.

應(yīng)變硬化和應(yīng)變軟化當(dāng)前26頁，總共48頁。影響應(yīng)變軟化的顯微機(jī)制：（1）流體和水的作用；（2）變形過程中礦物定向排列；（3）變形過程中礦物粒度細(xì)化；（4）變形過程中顯微分層構(gòu)造形成；（5）變形過程中礦物邊界的動(dòng)態(tài)遷移；（6）變形過程中的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶作用；（7）構(gòu)造變質(zhì)作用；（8）應(yīng)變能和摩擦熱能的積累；當(dāng)前27頁，總共48頁。4.蠕變小的恒定應(yīng)力長期作用下，固態(tài)巖石變形連續(xù)增加。蠕變過程可以劃分為三個(gè)階段：第一階段A-B應(yīng)變速率不斷減小，為過度蠕變；第二階段，B-C階段應(yīng)變速率恒定，為穩(wěn)態(tài)蠕變；第三階段C-D階段；應(yīng)變速率增加，加速蠕變。當(dāng)前28頁，總共48頁。5.構(gòu)造層次

主要是因?yàn)橄虻叵律钐帨貕荷咭饚r石力學(xué)性質(zhì)變化導(dǎo)致構(gòu)造變形變化和分層，在同一次構(gòu)造變形過程中，不同深度的各層中變形機(jī)制和構(gòu)造要素組合特征都不相同，不同深度各層稱為構(gòu)造層次。當(dāng)前29頁，總共48頁。當(dāng)前30頁，總共48頁。二、影響巖石和礦物變形的因素一、外部因素（圍壓、溫度、應(yīng)變速率、流體）；內(nèi)部因素（成分、結(jié)構(gòu)等）1.圍壓圍壓增高會(huì)提高巖石強(qiáng)度，當(dāng)圍壓達(dá)到一定程度時(shí)，巖石變形行為也由脆性轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性。當(dāng)前31頁，總共48頁。Carrara大理巖在不同圍壓下變形差異應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸和擠壓實(shí)驗(yàn)中脆-韌性過度與溫壓的關(guān)系當(dāng)前32頁，總共48頁。2.溫度溫度是影響巖石強(qiáng)度和變形行為的一個(gè)重要因素。溫度升高降低巖石強(qiáng)度，巖石變形由脆性轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性。引起熱蠕變，當(dāng)溫度達(dá)到500℃巖石蠕變強(qiáng)度變的極低（0.1~1MPa)。熱蠕變對(duì)解釋深部構(gòu)造層次變質(zhì)巖中各種復(fù)雜的應(yīng)變具有特殊的意義。當(dāng)前33頁，總共48頁。溫度升高使巖石強(qiáng)度明顯降低兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)前34頁，總共48頁。當(dāng)前35頁，總共48頁。當(dāng)前36頁，總共48頁。3.流體流體決定了地殼中的物資和能量的運(yùn)動(dòng)和交換，因而影響和控制地殼內(nèi)部的成巖作用、巖漿作用、變質(zhì)作用、構(gòu)造作用和成礦作用等地質(zhì)作用過程，以及地質(zhì)動(dòng)力學(xué)機(jī)制和演化。流體決定礦物變形行為主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）均衡傳遞空隙壓，水壓越大裂隙末端越易擴(kuò)張，使巖石強(qiáng)度降低；2）作為溶劑，促進(jìn)物資的溶解和運(yùn)移，改變巖石的成分和結(jié)構(gòu)使得巖石易于變形；3）潤滑作用，降低顆粒之間的粘結(jié)力，易于產(chǎn)生滑動(dòng)。最為典型的實(shí)例是逆沖推覆構(gòu)造；當(dāng)前37頁，總共48頁。4）顆粒邊界弱化作用，使巖石變形機(jī)制由位錯(cuò)蠕變向擴(kuò)散蠕變轉(zhuǎn)化，使巖石強(qiáng)度降低。幾種巖石在干濕條件下的抗壓強(qiáng)度巖石名稱干燥狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度MPa潮濕狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度MPa強(qiáng)度降低率%花崗巖193~213162~17016~20閃長巖12310821.8煌斑巖18314312石灰?guī)r150118.521礫巖85.654.836砂巖87.153.139頁巖52.220.460當(dāng)前38頁，總共48頁。5)水解弱化:6)流體存在引起流體壓力增高，引起脆性破裂。當(dāng)前39頁，總共48頁。當(dāng)前40頁，總共48頁。4.外部加載條件：1）加載方式，因?yàn)閹r石抗壓強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和