第一章绪言显微构造

内容提要第一章绪论一、显微构造定义、研究内容二、显微构造研究意义.三、怎样进行显微构造研究四、显微构造学发展历史六、主要参考文献当前1页，总共48页。显微构造第一章绪论一、显微构造定义、研究内容构造地质学1.全球构造2.区域构造3.狭义构造4.显微构造当前2页，总共48页。1.显微构造定义：研究岩石和矿物晶体内部组构要素排列的几何方式、形成环境和成因机制的一门多学科交叉边缘性学科。显微构造（microstructure、microtectonics)也可以叫做组构(fabrics)或者显微组构(microfabrics)或者叫岩组MarkJessell&PaulBoneWecandefinemicrostructures(basedinpartonaHobbs,Means&Williams1976definition)tobe:"thesmall-scalearrangementofgeometricandmineralogicalelementswithinarock."当前3页，总共48页。当前4页，总共48页。当前5页，总共48页。当前6页，总共48页。显微构造地质学的性质：是构造地质学与岩石学、矿物学相结合的研究领域，同时还涉及到金属物理学及材料学、岩石力学、地球化学等不同学科知识，是一门多学科交叉的边缘学科。2.研究内容：用显微镜、扫描电镜、透射电子显微镜研究在构造作用下岩石和矿物变形行为、变形机制、变形环境、构造运动学、动力学和变形演化历史等方面问题，进而探讨区域大地构造，乃至探讨岩石圈的组成和演化。当前7页，总共48页。二、显微构造研究意义.1.确立显微构造与变形作用、变形环境之间关系，定量化研究地壳构造变形。变形作用显微构造构造环境σ,T,P,流体流变当前8页，总共48页。2.确定在变形过程中起主导作用的变形机制；3.能够提供构造变形期次、变形阶段和构造变形演历史的证据；4.定量研究地壳构造变形动力学和运动学过程（变形过程中应变速率、应力大小和运动方向）；5.确定变质作用与变形作用之间关系；6.确定构造变形环境（温度、围压等）。当前9页，总共48页。三、怎样进行显微构造研究

Howdowestudymicrostructures1.野外工作（fieldwork)a.明确研究区大地构造位置、区域地质构造背景（资料阅读、地质调查）；b.测量各种构造要素当前10页，总共48页。当前11页，总共48页。c.采集定向标本当前12页，总共48页。2.室内分析（Labanalysis）a.定向薄片制作、当前13页，总共48页。2.室内观察分析（Labanalysis）b.显微镜下薄片组构分析；c.SEM(ScanningElectronMicroscope)组构分析；d.TEM(TransmissionElectronMicroscope)位错研究；

当前14页，总共48页。3.室内定量分析A.结晶优选方位测量（CrystallographicPreferredOrientations(CPO)）；B.形态组构（Shapefabrics）,颗粒边界特征；C.颗粒粒度分布（Grainsizedistributions）；D.应变分析和古应力测量；E.矿物晶体成份分析（电子探针、流体包裹体）、同构造矿物的定年；当前15页，总共48页。4.实验模拟A.高温高压岩石变形实验；B.数值模拟（numericalsimulation）当前16页，总共48页。四、显微构造学发展历史19世纪末期到20世纪初：观察描述阶段；奥地利学者Sander出版了《岩石的组构学》从微观角度研究了矿物结晶优选方位与应力之间关系，阐述了几何对称分析方法和运动学关系，解释岩石变形特征和变形规律。此后，美国学者Fairbain分别介绍了《岩石构造学》Petrotectonics和《构造岩石学》Structuralpetrology显微组构分析方法，使显微构造得到快速发展。20世纪50~60年代:岩石实验变形研究阶段Terner(1953):矿物变形与应力状态变化之间关系.Carter、Griggs.岩石变形实验技术和新发现。Terner和Weiss《变质构造岩的构造分析》，提出矿物运动学与动力学分析的思路与方法当前17页，总共48页。20世纪70~80年代：新技术和先进科学理论发展阶段。金属物理学及材料学中位错理论和流变学理论和新技术（X光岩组、电子显微镜、电子探针、计算机）引入，使得显微构造得到了快速发展。Vernon(1974)《变质反应与显微构造》论述矿物变形、恢复、重结晶和颗粒生长过程及实验结果。Nicoles和Poirier(1976)《变质岩的晶质塑性和固态流变》位错理论和流变在晶体变形过程中的地位和意义。

当前18页，总共48页。20世纪70~80年代召开了一系列国际会议1976年在荷兰莱登堡“组构、显微构造和微构造”国际会议；1978年在澳大利亚“变形和变质作用的显微构造过程”会议；1981年美国“Penrose糜棱岩”国际会议；1986年在伦敦召开的“国际剪切准则”会议；这些国际会议多强调了显微构造研究在地壳构造变形分析过程的重要作用。国际地科联构造委员会把显微构造的研究列为80年代构造委员会两项中心任务之一。20世纪90年代以来：深入广泛研究：显微构造研究更加注重对下地壳，乃至上地幔岩石变形研究、韧-脆性转换机制研究、流体及其成份变化及其对变形机制影响等方面研究。当前19页，总共48页。五、显微构造学发展对构造地质学影响1.构造分析从简单几何描述到研究构造运动学和动力学研究；2.研究范围更加广泛，构造地质研究不仅局限在区域-露头尺度上，从全球—到超显微研究，解决地学中一些根本性问题；3.从地表到上地幔；4.构造分析走向定时、定量化阶段；5.使构造地质学与其它学科之间的交叉、渗透更加广泛；出现了构造地球化学、构造流变学、构造热力学等。当前20页，总共48页。六、主要参考文献1-何永年，林传勇，史兰斌，1988，构造岩石学基础，地质出版社（北京）；2-B.E霍布斯，W.D.米恩斯，P.F威廉斯著，1982，刘和甫吴正文等译《构造地质纲要》，石油工业出版社（北京）3-刘瑞询，1988，显微构造地质学，北京大学出版社（北京）4-郑亚东，常志忠，1985，岩石有限应变测量及韧性剪切带，北京：地质出版社（北京）5-胡玲-1997，显微构造地质学，北京：中国地质大学出版社；6-王嘉阴，1980，应力矿物学，北京：地质出版社

当前21页，总共48页。思考问题1

显微构造定义、研究内容2怎样进行显微构造研究当前22页，总共48页。第二章岩石变形及影响因素一岩石矿物变形的基本概念1.弹性变形与塑性变形；当前23页，总共48页。一、岩石矿物变形的基本概念2.脆性行为与韧性行为；脆性是指岩石和矿物出现明显破裂，在破裂之前未出现永久变形；韧性是指岩石和矿物在没有明显破裂情况下，其大小和形状发生了显著的变化。>2%的应变量为脆性；2-8%为脆韧性；<8%为韧性。当前24页，总共48页。当前25页，总共48页。3.

应变硬化和应变软化当前26页，总共48页。影响应变软化的显微机制：（1）流体和水的作用；（2）变形过程中矿物定向排列；（3）变形过程中矿物粒度细化；（4）变形过程中显微分层构造形成；（5）变形过程中矿物边界的动态迁移；（6）变形过程中的动态重结晶作用；（7）构造变质作用；（8）应变能和摩擦热能的积累；当前27页，总共48页。4.蠕变小的恒定应力长期作用下，固态岩石变形连续增加。蠕变过程可以划分为三个阶段：第一阶段A-B应变速率不断减小，为过度蠕变；第二阶段，B-C阶段应变速率恒定，为稳态蠕变；第三阶段C-D阶段；应变速率增加，加速蠕变。当前28页，总共48页。5.构造层次

主要是因为向地下深处温压升高引起岩石力学性质变化导致构造变形变化和分层，在同一次构造变形过程中，不同深度的各层中变形机制和构造要素组合特征都不相同，不同深度各层称为构造层次。当前29页，总共48页。当前30页，总共48页。二、影响岩石和矿物变形的因素一、外部因素（围压、温度、应变速率、流体）；内部因素（成分、结构等）1.围压围压增高会提高岩石强度，当围压达到一定程度时，岩石变形行为也由脆性转变为韧性。当前31页，总共48页。Carrara大理岩在不同围压下变形差异应力-应变曲线拉伸和挤压实验中脆-韧性过度与温压的关系当前32页，总共48页。2.温度温度是影响岩石强度和变形行为的一个重要因素。温度升高降低岩石强度，岩石变形由脆性转变为韧性。引起热蠕变，当温度达到500℃岩石蠕变强度变的极低（0.1~1MPa)。热蠕变对解释深部构造层次变质岩中各种复杂的应变具有特殊的意义。当前33页，总共48页。温度升高使岩石强度明显降低两个实验结果当前34页，总共48页。当前35页，总共48页。当前36页，总共48页。3.流体流体决定了地壳中的物资和能量的运动和交换，因而影响和控制地壳内部的成岩作用、岩浆作用、变质作用、构造作用和成矿作用等地质作用过程，以及地质动力学机制和演化。流体决定矿物变形行为主要表现在以下几个方面：1）均衡传递空隙压，水压越大裂隙末端越易扩张，使岩石强度降低；2）作为溶剂，促进物资的溶解和运移，改变岩石的成分和结构使得岩石易于变形；3）润滑作用，降低颗粒之间的粘结力，易于产生滑动。最为典型的实例是逆冲推覆构造；当前37页，总共48页。4）颗粒边界弱化作用，使岩石变形机制由位错蠕变向扩散蠕变转化，使岩石强度降低。几种岩石在干湿条件下的抗压强度岩石名称干燥状态下抗压强度MPa潮湿状态下抗压强度MPa强度降低率%花岗岩193~213162~17016~20闪长岩12310821.8煌斑岩18314312石灰岩150118.521砾岩85.654.836砂岩87.153.139页岩52.220.460当前38页，总共48页。5)水解弱化:6)流体存在引起流体压力增高，引起脆性破裂。当前39页，总共48页。当前40页，总共48页。4.外部加载条件：1）加载方式，因为岩石抗压强度、抗张强度和