第五章显微构造

1、第五章第五章 常见的显微组构及其特征常见的显微组构及其特征 岩石中的变形结构主要取决于岩石岩石中的变形结构主要取决于岩石中占主导地位的变形机制，不同变形机中占主导地位的变形机制，不同变形机制形成不同的显微构造。有时几种不同制形成不同的显微构造。有时几种不同的变形机制同时起作用，形成一些复合的变形机制同时起作用，形成一些复合成因的变形结构。成因的变形结构。 1.显微破裂：显微破裂：是指位于岩石和矿物中的微观尺度上破裂。可以分为（1）张性破裂和（2）剪切破裂，（3）剪切阶步。 （1）张性破裂：）张性破裂：多发育在晶体之间，常呈锯齿状，延伸不稳定，开放，有充填物。 （2）剪切破裂：）剪切破裂：多数发

2、育在晶体内部或穿切晶体，破裂面比较平直紧闭。 （3）剪切阶步：）剪切阶步：残斑内一组显微剪切破裂，发生了滑动，在残斑颗粒边界上形成了类似阶步形态。剪破裂剪破裂张破裂张破裂剪切阶步剪切阶步（4）裂隙愈合方式）裂隙愈合方式岩石和矿物中已形成的显微裂隙可以固结和愈合岩石和矿物中已形成的显微裂隙可以固结和愈合（早期显微裂隙），裂隙愈合方式有以下三种：（早期显微裂隙），裂隙愈合方式有以下三种：愈合式固结：愈合式固结：同种成分和不同的晶格方位将显微同种成分和不同的晶格方位将显微裂隙愈合，与原来晶体方位不一致，但成分一致。裂隙愈合，与原来晶体方位不一致，但成分一致。焊接式固结：焊接式固结：同种成分和相同的晶

3、格方位将显微同种成分和相同的晶格方位将显微裂隙愈合，与原来晶体方位、成分一致。裂隙愈合，与原来晶体方位、成分一致。充填式固结：充填式固结：不同种矿物成分将显微裂隙愈合，不同种矿物成分将显微裂隙愈合，像脉体充填一样，将裂隙愈合。像脉体充填一样，将裂隙愈合。 2.变形条带：变形条带：指矿物中呈带状消光的现象，不同的消光区是突变的、截然的。 其成因是应力导致晶格位错的运动形成的位错壁，由位错壁分割成不同的消光区域。 3.变形纹：变形纹：矿物晶体内平直的或是成长透镜状的薄层纹，厚约0.12微米。其折射率和双折射率与主晶不同，消光位与主晶稍有偏差。其成因是位错滑移产生的。 Carter(1971)年将石

4、英中变形纹与C轴之间的夹角大小分为四类： （1）底面变形纹）底面变形纹，变形纹面法线与C轴之间的夹角为05； （2）次底面）次底面变形纹变形纹，变形纹面法线与C轴之间的夹角为 615。 （3）次底面）次底面变形纹变形纹，变形纹面法线与C轴之间的夹角为1630。 （4）柱面变形纹）柱面变形纹，变形纹面法线与C轴之间的夹角为8190。石英变形纹出石英变形纹出现的方位及频现的方位及频度分布度分布次底面变形纹1630（1）底面变形纹）底面变形纹05（2）次底面）次底面变形纹变形纹615（3）次底面）次底面变形纹变形纹1630（4）柱面变形纹）柱面变形纹8190底面变形纹底面变形纹次底面次底面变形纹变形

5、纹次底面次底面变形纹变形纹柱面变形纹柱面变形纹石英变形纹出现的方位在温度石英变形纹出现的方位在温度-压力坐标上的分布压力坐标上的分布变形纹成因有如下几种形式：变形纹成因有如下几种形式：（1）高位错密度的无气泡带之间的低位错密度高气泡含量带；（2）都不含气泡的高位错密度与低位错密度相间的片区带；（3）拉长的亚晶粒。变形纹是一种比较复杂的变形构造现象，主要由晶内位错滑移产生。通过变形纹可以进行动力学分析。 4.显微膝折（扭折带）显微膝折（扭折带）：矿物晶体中的标志面（解理面、双晶面等）发生尖棱状弯曲的现象。经常出现在云母、斜长石、方解石、辉石等矿物中。 不同矿物出现显微膝折的温压条件不同：不同矿物

6、出现显微膝折的温压条件不同： 方解石：t=300,p=500Mpa, 黑云母：t=300800,p=500Mpa 不同温压条件下扭折带的特征：不同温压条件下扭折带的特征： 低温条件下黑云母扭折带窄、数量大、与缩短方向呈高角度相交。高温条件下黑云母扭折带宽、数量小，与缩短方向呈高角度相交。 压力低时扭折带宽，压力大时扭折带窄。白白云云母母扭扭折折带带黑云母扭折带黑云母扭折带辉石扭折带辉石扭折带 5.机械双晶：机械双晶：由双晶滑移形成的双晶称之为机械双晶。 a.形成的条件：形成的条件：发育在晶内滑移系较少的矿物中，如方解石、白云石、斜长石和辉石中。在方解石和白云石中一般不发育，而在应力作用下双晶化

7、易于发生，所以在变形大理岩中，二者晶体内普遍发育双晶，一般都是机械双晶。 b.应用：应用：研究双晶可以确定变形时温压条件。 c.机械双晶与生长双晶区别机械双晶与生长双晶区别具有代表性的几种机械双晶形态特征具有代表性的几种机械双晶形态特征 6.亚晶粒：亚晶粒：在变形矿物晶体内由于恢复作用形成一些结晶学方位与主晶有小角度偏转（12）的区域构成的多边形亚构造，为亚晶粒。 主要特征：主要特征： 形成温度相对较高的变形环境中，其边界为位错壁。亚晶粒的粒度大小与差值应力有关，所以亚晶粒的粒度可以测定古差值应力的大小。 7.核幔结构：核幔结构：变形的大颗粒晶体被其细小的亚晶粒和重结晶新颗粒所环绕，这种结构成

8、为核幔结构。 8.云母鱼云母鱼：大的云母片在变形过程中沿节理裂开或碎裂成几个小颗粒，然后发生滑动，形成拖尾状鱼形云母。可以确定变形过程中滑动方向。云母鱼形成的过程云母鱼形成的过程（据（据Lister,1984)云母鱼 9.S-C组构：组构：S面理是挤压叶理，C面是剪切面，如果两种面理同时发育构成了S-C组构。 特征：特征： S面理先形成，是由矿物长轴定向排列构成， C面发育于S面之后，切割改造了于S面； S面与C面之间夹角的大小与与应变量有关，利用二者之间夹角可以测量应变量。 10、碎碎(残残)斑系斑系 刚性的残斑常形成拖长的尾部，构成残斑系刚性的残斑常形成拖长的尾部，构成残斑系，也也有称眼球

9、构造。其内部也常常发育有裂隙，或碎有称眼球构造。其内部也常常发育有裂隙，或碎成几个颗粒，有时也表现出向塑性转变的一些变成几个颗粒，有时也表现出向塑性转变的一些变形现象。形现象。 构造残斑的矿物可以是所有的造岩矿物如石英、长石、辉石等，如在绿片岩或高绿片岩相的变质条件下，长石常为残斑，而在低绿片相下，石英有时也构成残斑。 残斑尾部的成分或是由与残斑同成分的细小重结晶新颗粒组成，或是由不同成分的细小晶粒组成；不同成分的尾部有可能是残斑应变软化产生的物质，如长石蚀变的白云母和石英等。根据残斑尾部形态的对称性，碎斑系可分为对称及不对称两类，反映了共轴和非共轴两类不同的变形方式。不对称的碎斑系又有三种几

10、何类型，即型、型和复杂型 。在高应变中，型为稳定态，而型为不稳定态，可以一直旋转。在不稳定的旋转过程中，旋转速度又是不均匀的，当斑晶的长轴与剪切方向夹角较小时，旋转较慢，这时主要形成的尾部为型；角度逐渐加大时，旋转加快，主要是尾部发生畸变成为型，当角度再次减少时，旋转减慢，又形成新的巧型尾部，使残斑整体构成复杂的尾部形态。Simpson(1986)则认为这两种尾 部形态反映了残斑动态重结晶速率 与剪应变速率的不同。当动态重结晶速率较高时，尾部形成型，而当 剪应变速率较高时，尾部形成型。如果在同一岩石中，两种类型都存 在，则可能反映了剪应变速率不均匀。兴城台里11.压力影构造压力影构造:l（1）

11、定义及形成过程l压力影构造是帕布斯特(Pabst)1931年提出来的，此后,又有许多人(A.Spyy,1969;游振,1980;Malaville,1982,等)对压力影构造进行了几何学、运动学及动力学等多方面的研究。l压力影构造是由中心刚性体压力影构造是由中心刚性体(硬矿硬矿物物)和影子区矿物两部分组成。如和影子区矿物两部分组成。如图图1,中心刚性体为黄铁矿中心刚性体为黄铁矿,影子区矿影子区矿物为石英和绿泥石。物为石英和绿泥石。 压力影构造的形成过程压力影构造的形成过程是人们所熟知的是人们所熟知的, ,可以可以分为三个步骤分为三个步骤: : 压溶压溶扩散迁移扩散迁移沉淀沉淀结晶。结晶。 即中

12、心刚性体的承压面即中心刚性体的承压面上压力大上压力大, ,势能高势能高; ;而引而引张区势能较低。由于这张区势能较低。由于这种势能差种势能差, ,使呈压面上使呈压面上的易溶物层溶解的易溶物层溶解( (图图2),2),向影子区向影子区( (势能低处势能低处) )扩扩散迁移散迁移, ,并在影子区中并在影子区中沉淀结晶。沉淀结晶。 （2 2）. .压力影构造中矿物的生长习性压力影构造中矿物的生长习性 压力影构造的中心刚性体可以是压力影构造的中心刚性体可以是构造前生成的矿物构造前生成的矿物, ,也也可以是同构造的递进变形过程中较早阶段生成的矿物。可以是同构造的递进变形过程中较早阶段生成的矿物。有可能是

13、残斑、碎斑有可能是残斑、碎斑, ,也有可能是变斑晶或一般晶体。也有可能是变斑晶或一般晶体。中心刚性体是不易发生变形的较刚性矿物。中心刚性体是不易发生变形的较刚性矿物。 最常见的矿物为黄铁矿、磁铁矿等最常见的矿物为黄铁矿、磁铁矿等, ,其次为长石残斑、其次为长石残斑、绿帘石、磷灰石等。在蓝闪片岩中还经常见到以蓝闪绿帘石、磷灰石等。在蓝闪片岩中还经常见到以蓝闪石作为中心刚性体。石作为中心刚性体。 影子区中的矿物经常为石英、绿泥石、绢云母、白云影子区中的矿物经常为石英、绿泥石、绢云母、白云母、黑云母等。石英在影子区中往往呈柱状或纤维状母、黑云母等。石英在影子区中往往呈柱状或纤维状( (个别情况下呈粒

14、状个别情况下呈粒状, ,但粒度明显大于基质但粒度明显大于基质) )。 这些柱状或纤维状石英均垂直于中心刚性体的某一晶面生长(图3,图4)。即只有一种取向。 而片状矿物(绿泥石、绢云母、白云母、黑云母等)有时垂直于中心刚性体某一晶面生长,有时平行于中心刚性体某一晶面生长(图3,图4)。也就是说,片状矿物具有两种取向。（3 3）. .压力影构造中的矿物世代压力影构造中的矿物世代 将压力影构造中的矿物进行世代划分和研究早将压力影构造中的矿物进行世代划分和研究早已被人们所注意压力影构造已被人们所注意压力影构造, ,多数只有一个世多数只有一个世代代, ,但也有相当一部分压力影构造具有两个或但也有相当一部

15、分压力影构造具有两个或两个以上的世代。两个以上的世代。 压力影构造的世代关系有人称之为压力影构造的世代关系有人称之为“内部不整内部不整合合”。压力影构造的世代是外侧老。压力影构造的世代是外侧老, ,内侧新内侧新( (图图5)5)。 先生成的部分被排挤到外侧先生成的部分被排挤到外侧, ,而后而后, ,紧贴着中心紧贴着中心刚性体又形成新的一个世代压力影刚性体又形成新的一个世代压力影。 多世代压力影的成因各家尚有不同看法多世代压力影的成因各家尚有不同看法, ,如如, ,马马拉维尔拉维尔(Malaviille,1982):“(Malaviille,1982):“随应力增加产生随应力增加产生新的空隙和新

16、的结晶纤维新的空隙和新的结晶纤维, ,从而形成影子区的从而形成影子区的内部不整合内部不整合”。 任建业则认为任建业则认为:“:“随应力增加随应力增加, ,阴影带内产生新阴影带内产生新晶面改变了纤维生长方向形成内部不整合。晶面改变了纤维生长方向形成内部不整合。” 这说出了多世代压力影形成的一部分原因这说出了多世代压力影形成的一部分原因, ,实实际原因可能是多种多样的。例如际原因可能是多种多样的。例如, ,应变速率的应变速率的改变改变, ,片理滑移过程中对先期压力影的推挤作片理滑移过程中对先期压力影的推挤作用用, ,而使先期压力影与片理趋向平行而使先期压力影与片理趋向平行; ;对易溶物对易溶物质溶

17、解起到催化剂作用的间隙溶液组成的变化质溶解起到催化剂作用的间隙溶液组成的变化等因素等因素, ,可能都会促使多世代压力影的形成。可能都会促使多世代压力影的形成。 （4 4）. .压力影构造的基本类型压力影构造的基本类型 A.斯皮(1969)按阴影的形态将压力影构造分为三类: （1）直纤维压力影,中心刚性体(原文称核晶)无旋转,阴影呈平直纤维状,呈斜方对称,且往往与片理平行一致。 （2）弯曲纤维压力影,中心刚性体已旋转,阴影纤维弯曲,与岩石片理不一致,呈单斜对称。 （3）粒状压力影,阴影部分为粒状矿物,粒状矿物或为重结晶作用形成,或为早期矿物的破碎产物。 可见,A.斯皮只认为第（2）种类型有剪切指

18、向意义,实际上,第（1）种和第（3）种类型在某些情况下也具有剪切意义。 依据本身形态及其与片理之间的关系进行分类,然后制定不同类型的剪切指向分析法则。三个基本类型为:（1）旋转压力影;（2）斜交压力影;（3）平行压力影。简单对称压力影简单对称压力影椭圆形压力影椭圆形压力影复杂对称压力影复杂对称压力影a,b.纤维弯曲纤维弯曲复杂的非对复杂的非对称压力影称压力影c.d.e.纤纤维弯曲维弯曲压力影压力影依据核晶成分分类依据核晶成分分类: :压力影类型：压力影类型： 1)黄铁矿型黄铁矿型位移控制型的纤维： 刚性颗粒与基质成分明显差异纤维从围岩颗粒生长纤维向接触面变宽压力影外形与颗粒形态相似。 晶面控制

19、型的纤维：2)海百合型海百合型 刚性体与周围的成分相同 纤维从刚性体向外生长 典型情况是泥灰岩中抗变形的海百合骨片 3)复合型复合型 在变形过程中刚性体的旋转问题1)黄铁矿型l刚性颗粒与基质成分明显差异刚性颗粒与基质成分明显差异纤维从围岩颗粒生长纤维从围岩颗粒生长纤维向接触面变宽纤维向接触面变宽压力影外形与颗粒形态相似。压力影外形与颗粒形态相似。l晶面控制型的纤维：晶面控制型的纤维：1)黄铁矿型黄铁矿型纤维呈弯曲状纤维呈弯曲状，表明是在非共轴增量条件下形成的刚性颗粒与基质成分明显差异刚性颗粒与基质成分明显差异纤维从围岩颗粒生长纤维从围岩颗粒生长纤维向接触面变宽纤维向接触面变宽压力影外形与颗粒形

20、态相似。压力影外形与颗粒形态相似。晶面控制型的纤维：晶面控制型的纤维： 刚性体与周围的成分相同，纤维从刚性体向外生长刚性体与周围的成分相同，纤维从刚性体向外生长l刚性体与周围的成分相同刚性体与周围的成分相同l纤维从刚性体向外生长纤维从刚性体向外生长（5）运动方向标志）运动方向标志对应的剪切指向分析法则为:（1）旋转法则;（2）斜交法则;（3）平行法则。（5.1）旋转压力影与旋转法则 压力影的中心刚性体发生了旋转,阴影区中柱状、纤维状或片状矿物被其拖拉发生了弯曲,可称为旋转压力影。其剪切方向可据影子区矿物的弯曲和扭动特征判断(图6,图7)。这一判断剪切指向的方法可称为旋转法则。 图6 旋转压力影

21、（左旋） 图7 旋转压力影（右旋） （5.2）斜交压力影与斜交法则 在自然界出现最多的压力影便是斜交压力影,并具有明确的剪切指向作用。 斜交压力影的特征是,影子区的矿物不发生弯曲或基本不弯曲,其生长方向与岩石片理斜交。剪切指向判别方法是,影子区中矿物生长方向与片理相交的锐角指向片理的滑移方向(图8)。 这一判别剪切指向的方法可称为斜交法则。原理就是,片理两侧在进行相对滑移(简单剪切)过程中,会出现与片理斜交的变形椭球体,在这一应力场作用下,影子区中的矿物便向着变形椭球体的拉伸方向生长。 图8 斜交压力影构造：左旋（左）和右旋（右） （5.3）平行压力影与平行法则 压力影中矿物的生长方向与片理平

22、行一致,称为平行压力影。平行压力影又可进一步划分成两个亚类: （1）斜方对称平行压力影(图9),通过压力影中心作一条与片理平行的线(实际是一个面),两侧呈对称关系。在压力影构造中斜方对称平行压力影是唯一没有剪切指向意义的类型。 图9 斜方对称平行压力影 （2）单斜对称平行压力影(图10),通过压力影中心作一条平行于片理的线(实际上是一个面),两侧不对称。这种压力影是有剪切指向意义的。 判别方法是，通过中心刚性体中心及影子区外缘端点作一直线，与片理相交的锐角指向剪切方向，这就是平行法则。 原理在于，影子区发育在非受力（或背向受力）的位置。此时，中心刚性体对力起屏蔽作用。中心刚性体受力的一侧具有较

23、高的势能，背向受力的一侧为引张区，势能较低，因此，影子区发育在背向受力的一侧。图10中右上方和左下方便是背向受力的一侧。（5.）多世代压力影和似压力影剪切指向 少数多世代压力影属于斜方对称平行压力影,不具有剪切指向意义。多数多世代压力影具有剪切指向意义。 多世代压力影属于旋转压力影,如图5,瓦特称之为香蕉状压力影,其剪切指向可按旋转法则判断。 自然界经常出现的多世代压力影为斜交压力影。先期生成的影子区矿物往往改变了原来的生长方向。所以,判断剪切指向时,主要考虑最新的一个世代矿物生长方向与片理之间的关系。 似压力影构造指某些形成机制与压力影相近、形态与压力影类似,而又与压力影定义不完全相符合的构

24、造样式。 例如,图11a中心刚性体石榴石的右上方和左下方石英比较集中,但构不成压力影。图11b斜长石残斑为中心刚性体,其右上方与左下方集中堆积了斜长石形成的糜棱质点,呈单斜对称,同样不能称其为压力影。这些似压力影构造,有相当一部分是具有剪切指向意义的。 似压力影构造判断剪切指向依据有两条,其一是参照判断压力影构造剪切指向的三个基本法则;其二是研究和比较中心刚性体周围矿物的构造活动性,一般来说,较惰性组分(矿物)在受力的一侧较集中,较活动组分(矿物)多集中在引张区(非受力的一侧)。 常见组分(矿物)的构造活动序列为:石英(方解石)-绿泥石-云母;另外,长英质矿物-暗色矿物。不难看出,图11中的两

25、个似压力影构造皆为右旋剪切。12、压溶缝合线 由压溶过程中残余的难溶物质如泥质、炭质等局部集中而形成的不连续面。缝合线多见于碳酸盐岩中，也可出现在石英砂岩、硅质岩及其它盐岩岩石中。在岩石切面上呈锯齿状、缝合状，压溶缝合线像地震曲线一样，有峰和谷之分，主要是应力使压溶速度不均匀造成的。压溶缝合线主要是在压应力作用下形成的，因此峰和谷一般正对着压应力方向。 对向生长脉Syntaxial veins 背向生长脉Antitaxial veins 复合脉Composite veins 拉长纤维脉Stretched crystal veins13、纤维状脉体、纤维状脉体在矿物及岩石的裂隙中，常常由于压溶作用发生扩散