构造岩石学全册配套最完整精品课件2

1、构构 造造 岩岩 石石 学学Structural petrology ; Microtectonics；Petromorphology； Petrotectonics 主讲主讲: 彭卓伦彭卓伦Tel:-mail: 祝贺祝贺2014级硕士生来到中级硕士生来到中山大学继续学习深造！山大学继续学习深造！构造地质学专业硕士研究生培养目标 培养德、智、体全面发展的构造地质学高级科学技术专门人才；遵纪守法，品德良好；掌握扎实的地质基础理论与系统进行室内外研究的专业知识，能熟练地运用科学的研究方法，能在区域地质、矿产能源地质、环境、海洋、地质灾害、地震地

2、质、区域稳定性评价等领域从事科学研究、教学或独立担负专门技术、管理和咨询等方面的工作；至少能使用一种外语熟练地阅读专业书刊，在理论或实际应用上做出创造性成果的高级专门人才。第第 一一 讲讲 绪绪 论论1 1、什么是构造岩？、什么是构造岩？ 构造岩是原有岩石在应力作用下经受一定程度的脆性变形构造岩是原有岩石在应力作用下经受一定程度的脆性变形或塑性变形，发生一定程度的破裂、滑移、重结晶等作用或塑性变形，发生一定程度的破裂、滑移、重结晶等作用所形成的岩石；所形成的岩石； 这种岩石在物理性质、组构等方面与原岩有所不同，同时这种岩石在物理性质、组构等方面与原岩有所不同，同时可能引起了一些化学变化如形成新

3、生矿物；可能引起了一些化学变化如形成新生矿物； 构造岩也称为断层岩或动力变质岩。构造岩也称为断层岩或动力变质岩。 构造岩产出于断裂带、剪切带或其它的构造带、陨石冲击坑、地幔构造岩产出于断裂带、剪切带或其它的构造带、陨石冲击坑、地幔流动构造部位等。流动构造部位等。一一. .构造岩石学研究对象与内容构造岩石学研究对象与内容 沉积岩变质岩岩浆岩原岩:构造岩构造地质作用隶属动力（动热）变质岩2 2、构造岩形成环节、构造岩形成环节变质岩由于变形作用使岩石的结构和构造，甚至矿物成分发生变化，形成一种组构、矿物成分与原岩不同的新类型岩石。v构造地质作用不仅是对地壳物质改造的过程，同时也是一个地壳物质建造或形

4、成的过程。沉积、岩浆、变质等作为建造地壳物质组成的事件，总是在一定构造背景下产生，受一定的构造动力的引发，受一定的构造体制所控制的。v反之，一定的沉积、岩浆、变质建造又可以看成是某一构造作用和环境、条件的表现。特别是岩浆、变质作用更是重要的内动力构造过程。v因此，研究构造作用也包括研究构造沉积作用、构造岩浆作用、构造变质作用，并包括在这些事件综合背景下形成的构造成矿作用。 是一门基础学科，介于构造地质学和岩石学之间的交叉边缘学科，以研究构造岩的内部构造与微观岩石组构的以研究构造岩的内部构造与微观岩石组构的岩石学分支学科。岩石学分支学科。 具有很强的实践性；兼有构造地质学和岩石学的学科特点、通过

5、岩石学的记录再造应力应变应力应变过程，通过宏观研宏观研究与微观研究相结合究与微观研究相结合的方法，认识并掌握一定的基础知识与变形机制。地层古生物学、矿物学、岩石学、地球化学、构造地质学、地球物理学、矿床学等地质学构造岩石学大地构造学3 3、什么是构造岩石学？、什么是构造岩石学？4、构造岩的研究内容： 动力变质岩石的组成、组构、力学性质、边界条件、围压、温度、流体压力、应力作用方式、应变速率等的研究。归纳为三点：I 构造岩的分类及命名II 成生机理III 地质意义也即也即内部因素：岩石组成、组构、力学性质内部因素：岩石组成、组构、力学性质外部因素：围压、温度、流体压力、应力大小、外部因素：围压、

6、温度、流体压力、应力大小、 应力作方式、应变速率应力作方式、应变速率5、构造岩研究意义：变形作用的特征与机理；变形作用发生的物理化学条件；变形作用的运动学标志；为变形作用的动力学过程提供可靠的信息。1 1、构造岩石学特点：、构造岩石学特点： 兼有兼有构造地质学和岩石学的学科特点；构造地质学和岩石学的学科特点； 通过岩石学的记录再造应力通过岩石学的记录再造应力应变过程；应变过程； 实践性很强实践性很强2 2、构造岩石学研究方法：、构造岩石学研究方法： 用显微构造、岩组学和构造学方法来研究变质岩形成过用显微构造、岩组学和构造学方法来研究变质岩形成过程中的构造形变。程中的构造形变。 宏观研究与微观研

7、究相结合；宏观研究与微观研究相结合； 微观微观超微观研究方法；超微观研究方法； 统计学方法统计学方法二、构造岩石学的特点与研究方法二、构造岩石学的特点与研究方法3、研究主要手段归纳构造类别表现形式尺度研究手段大构造大构造地质体地质体超宏观变形超宏观变形遥感卫星遥感卫星GPS中小构造中小构造岩石或矿物岩石或矿物宏观变形宏观变形野外实地观测野外实地观测 显微构显微构造造岩石或矿岩石或矿物物微观变形微观变形光学显微镜光学显微镜费氏台费氏台超显微超显微构造构造矿物矿物超微观变形超微观变形电子显微镜电子显微镜EBSD技术的进步推动地球科学的发展三、构造岩石学发展简史和研究现状三、构造岩石学发展简史和研究

8、现状(1) 20世纪30年代，奥地利学者B.Sander是显微构造领域的开拓者，他的岩石组构学是这一领域的第一本专著。 (2) 1930年以来，中国学者王嘉荫、何作霖和李四光都从不同角度研究和倡导显微构造的研究，使中国成为显微构造研究起步较早的国家之一。 （矿物变形与应力状态变化联系的研究方向）(3) 60年代以来，随着新理论（如位错理论Dislocation theory 和流变学理论Rheology等）及新技术（如透射电子显微镜、 X射线岩组、电子计算机等）的引入；另外，由于岩石力学实验和天然变形岩石的显微构造、变形和变质作用，以及岩石学和构造地质学等方面的研究相结合，使得显微构造分析有力

9、地深化了对大地构造及小尺度的构造的认识，从细部提供了构造作用的证据等，而使显微构造研究无论在深度上或广度上还是在应用上都得到了快速发展。 构造岩石学有一百多年的发展历史，从Lapworth研究Moine断层开始，至20世纪60年代以来才快速发展，但并不很成熟。其发展与岩石学和构造地质学发展息息相关，受新技术的发展与引入所制约。（4）近十多年以来，取得较大发展与突破。 * Deformation microstructures and mechanisms in minerals and rocks, Blenkinsop, 2000. 矿物和岩石的变形显微构造及变形机制 *Microtecto

10、nics, Passchier and Trouw, 1998第一版、2005第二版. 显微构造学 * A Practical guide to rock microstructure, Vernon, 2004. 岩石显微构造实用指导 突破传统显微构造研究，将显微构造研究与变质作用、岩浆作用与流体活动等的研究密切结合，尤其注重中下地壳乃至上地幔等不同深度和不同构造环境中岩石的力学与流变学特点及其显微构造表现，为造山带演化、区域地球动力学过程等方面的研究奠定了基础。构造岩石学近年来的发展趋势： 1、构造岩的分类 (从描述性分类结构成因分类) 2、变形机制的研究 3、显微构造演化 4、成分变化与

11、体积的变化 5、流体的性质与作用 6、应力应变实验研究 是构造地质学从定性分析走向定量研究的重要载体，在地质构造成因机制分析、岩石圈流变学分析及板块运动动力学分析等方面起着越来越重要的作用。v岩组学 又称构造岩石学或显微构造分析，从微观的角度研究变形岩石的基本单位，也即从矿物结晶学方位的空间排列型式与外加作用力之间的关系，来揭示岩石变形的一门学科。 v组构 是指变形岩石的所有组成部分的空间和几何学型式。它是包含结构、构造和定向排列形式即优选方位的一种综合性术语。 补充两个术语的定义：补充两个术语的定义：1 1、目的、目的 拓宽知识面，进一步提高动手能力和室内微观观察与研究能力,并掌握地质学研究

12、中宏观与微观有机结合的科学综合分析方法，理论联系实际，能独立思考，提出、分析和解决显微构造问题的能力。2 2、意义、意义 在地质工作中，构造的研究是很重要的一个组成部分，而岩石变形是一种重要的构造现象，是构造地质学研究的主要内容。因此，也就决定了构造岩石学是一门必须通过一定比重的野外实际调查并配合相应的室内研究的学科。野外调查室内研究理论分析概括，从显微构造和组构特征推导岩石变形的环境条件，恢复变形历史，解决实际地质问题。 四、本课程开设目的及意义四、本课程开设目的及意义（1）大量的实验和野外证据表明，岩石变形的环境因素（如温度、压力、应力等）在一定的条件下，可以通过变形岩石的显微构造和组构记

13、录和保存下来。因此，研究和分析这些显微构造和组构特征，便可以推导岩石变形时的环境条件，恢复变形的历史。（2）显微构造使地壳构造变形的研究从浅部到深部、从脆性到韧性、从几何学到运动学和动力学发展阶段。显微构造不仅已成为解决大地构造基本问题中必不可少的工具，而且也已成为构造地质基础研究工作的主要组成部分。（3）地壳中的矿产资源是地壳中有用元素聚集成矿的结果, 地壳运动和岩石变形既为有用元素的迁移、聚集提供了驱动力, 又为成矿元素的聚集成矿提供了容矿空间, 这就是为什么大多数矿床都赋存于地质构造中的原因。 大型、小型和微型构造形成机制上有相似性和密切的联系，是大型、小型和微型构造形成机制上有相似性和

14、密切的联系，是辩证的关系。从运动学和动力学上看，三者是不可截然分开。辩证的关系。从运动学和动力学上看，三者是不可截然分开。五、本课程的授课计划：五、本课程的授课计划：总共36学时，其中理论18+实验实习18。包括课堂讲座、构造岩显微观察实验、野外踏勘1天（自费自愿）。答疑针对讲课内容和展示镜下显微构造现象进行讨论和提问。考查：交一篇课程论文（时间：2014年12月底之前） 内容：与本课程相关的研究前沿、进展（必须读文献）； 或自己在本方向所做的相关研究以及认识等。 进入21世纪，传统地质科学正在转向以“地球系统科学” 为核心内容的现代地质学。要用高新技术，提高获取地质信息的广度、深度和精度，实

15、现科学与技术的一体化、调查与研究一体化、野外与室内工作一体化、宏观思维与微观认识一体化。 温家宝六、主要参考书目六、主要参考书目1、Cees W.Passchier and Rudolph A.J.Trouw，Microtectonics. （2nd Revised and Enlarged Edition）, Springer,2005.2、何永年，林传勇，史兰斌. 构造岩石学基础. 地质出版社, 1988.3、钟增球. 构造岩与显微构造. 地质出版社，1991.4、RH弗农. 变质反应与显微构造. 地质出版社，1983.5、郑伯让. 构造岩岩组学. 地质出版社，1989.6、傅昭仁 蔡学林

16、. 变质岩区构造地质学. 地质出版社，1996.7、钟嘉猷. 实验构造地质学及其应用. 科学出版社，1998。8、张树业等编著. 变质岩结构构造图册，地质出版社，1985.9、刘瑞珣著. 显微构造地质学，北京大学出版社，1988.10、许志琴. 地壳变形与显微构造，地质出版社，1984.11、胡玲等. 变形显微构造识别手册，地质出版社，2009.主要杂志：中国科学（D辑）、科学通报、地质学报、地质科学、地质论评、地质通报、岩石学报、中国地质、地学前缘等；Journal of Structure Geelogy;Tectonics;International Geology Review;Tec

17、tonophysics;J. Geophys. Res.Nature Science.七、微观变形与宏观变形存在问题七、微观变形与宏观变形存在问题 I、根据微观分析获得的认识或信息应用到宏观的实际地质问题上时须周全考虑。 构造岩石学解决的核心问题：宏观的变形 （1）岩石变形的野外地质条件 （2）地质发育历史复杂 显微构造特征研究的依据实验室的岩石实验变形 地质学科中的地质问题比较复杂, 而地质构造问题更是首当其冲, 所以需要借用和参照其它学科和其它地质学分支学科的理论、方法和研究资料来解决遇到的一系列地质构造问题。 例如, （1）航天卫星照片、航空照片的引进和应用, 扩大了观察分析地质构造的视

18、域, 弥补了野外地质观察的局限性, 使我们更好、更完整地认识地质构造。 （2）钻探工程、地球物理勘探等手段则帮助我们对地质构造在地下的发育和延伸情况, 在寻找各种矿产资源方面起到积极的作用。 （3）材料力学和弹塑性力学的理论, 可以帮助解释地质构造形成的力学成因, 在地质构造的动力学和运动学解析中起着积极的作用II、多学科综合分析研究 构造岩石学从地壳表层地壳深层、 宏观微观、 微观超微观、 定性定量、 现象描述理论创新. .例：岩石的变形 （应力作用下岩石的力学行为）当作用力达到或超过岩石的屈服极限, 层状岩层会失稳屈服, 产生弯曲褶皱。变形岩石的形成Folded rock layers p

19、roduced by compressional forces.断层破碎带压性结构面 张性结构面 扭性结构面压扭 张扭惠州抽水蓄能F304断裂舒缓波状的断裂面断面形态断面形态常呈舒缓波状东西向断裂的断裂面（广东南沙）断裂上界面的波动变化赤坭：上三叠统小坪组与下石炭统测水组之间的逆冲断层郯庐断裂舒缓波状的结构面及上冲擦痕斜冲擦痕与阶步破碎带中的挤压片理和挤压透镜体构造岩多为压碎岩、糜棱岩、挤压片岩、构造透镜体等广从断裂东支的挤压片理和构造透镜体断裂挤压破碎带中的构造透镜体（灌村）强烈叶蜡石化的挤压片岩（金盘岭）挤压片岩（片理）广从断裂的挤压片理带惠州抽水蓄能电站探硐，北东向f304断裂两侧发育的

20、压扭性小型旋扭构造派生构造NNW向断裂及其上盘发育小型旋扭构造白色实线指示弧形破裂面，虚线指示圆柱形岩块的位置 断面形态：断口粗糙、断面常为锯齿状呈锯齿状的张性结构面破裂面呈锯齿状的张性结构面海南三亚环岛公路旁：新生代基性岩脉群切割中生代花岗岩张性拉裂带，可见带内岩石被拉裂，呈片状破碎破裂面张性破碎带中的花岗岩和方解石角砾，角砾菱角明显，大小不一构造岩：角砾岩，角砾大小不等，棱角清晰沿北东向张性破碎带充填的石英萤石方解石脉张性破碎带中的萤石和方解石角砾派生构造压扭性断裂破碎带一般特征：断面平直，倾角常陡立，破碎带规模小，其上往往只发育薄薄的断层泥、动力被膜或糜棱岩，常具水平或近水平的擦痕。擦痕

21、和磨光面近水平擦痕断面上的糜棱岩及近水平擦痕1.位置、露头性质（天然或人工）2.出露宽度和长度3.破碎带总体特征（产状注意上、下界面产状是否协调；破碎带分带带内岩性差异引起，或多次活动引起）4.断裂面特征，包括形态（舒缓波状、锯齿状、平直），擦痕和阶步、刨光面等，并据此判别和测量运动方向5.构造岩特征：碎裂岩、碎粉岩、角砾岩、挤压片岩、糜棱岩等6.构造岩蚀变特征或岩、矿脉充填特征（具体描述）7.派生构造8.上、下盘岩性、地层产状、破碎变形特征多读书培养自学能力和严谨的学风；多思考培养发现问题和提出问题的能力；多实践培养解决问题和独立工作的能力。 -科学家的基本素养开展研究工作，需明白的三个问题

22、： 1、为什么要做这项研究？ 2、还有其他人在做或做过相关的研究工作吗？已经做到了什么程度？ 3、别人都是怎样做的？有无借鉴价值？如何超过前人的工作？构 造 岩 石 学Structural petrology ; Petrotectonics ; Structural petrology ; Petrotectonics ; Petromorphology Petromorphology E-mail: E-mail: 第二讲 应力矿物与变形机制一、应力矿物及与其它学科的关系1 1、应力矿物含义、应力矿物含义 是矿物受应力作用发生了物理或（和）化学性质的改变。（1）光学上的异常（如石榴石晶系变

23、化、石英轴性的变化、波状消光等）（2）物理性质的改变（同质异象：红柱石、蓝晶石、矽线石）如：密度、磁性、电性、弹性波、导热性等；（3）重结晶现象引起化学成分变化（主量、微量、同位素等）。（在应力下，发生变形和成分变更的矿物，与在应力下新生成的矿物一样，都能反映受力情况，都叫应力矿物）应力矿物学，虽然直接诞生在70年代我国大力提倡地质力学的时候，却与 30年代两位西方学者的名字分不开。一位是奥地利的桑德尔（B.Sander），他创立了岩石组构学（岩组学，1930年）；另一位是英国的哈克尔（A.Harker），他提出了应力矿物概念。方解石沿解理纹有较弱的扭曲变形红色箭状所示为变形的方解石方解石解理

24、纹扭曲，同一晶体其消光不一致不同方解石颗粒受应力作用其扭曲程度也不同方解石是对应力敏感的矿物之一 变形矿物的光性异常是指矿物在变形之后晶体格架发生变形矿物的光性异常是指矿物在变形之后晶体格架发生了畸变或者变形作用引起了矿物晶体光率体的应变。常见的了畸变或者变形作用引起了矿物晶体光率体的应变。常见的主要有以下几种主要有以下几种: : 不均匀消光不均匀消光 或波状消光或波状消光 , ,它是由晶体在某个滑移系上不它是由晶体在某个滑移系上不均匀滑移而导致晶格弯曲所生成的。均匀滑移而导致晶格弯曲所生成的。光性变异光性变异 , ,伴随着矿物强烈的不均匀消光而引起的矿物晶伴随着矿物强烈的不均匀消光而引起的矿

25、物晶体光率体的变形。体光率体的变形。X X射线性质的变异射线性质的变异 , ,也就是变形矿物时还表现出也就是变形矿物时还表现出 X X射线衍射线衍射性质的变化射性质的变化 , ,它是变形矿物中亚晶粒矿物形成的结果。它是变形矿物中亚晶粒矿物形成的结果。例如：变形矿物的光性异常 波状消光轻微波状消光相嵌波状消光 压应力带状波状消光人字形波状消光压扭应力旋臂形波状消光强扭应力波光消光（Undulose Extinction）轻微波状消光带状波状消光相嵌波状消光 花岗质糜棱岩中石英残斑（波状消光）2 2、与矿物学的关系、与矿物学的关系 存在问题：过去只重视矿物的化学成份的变化，但忽略应力的作用。 矿物

26、的化学全分析 （试样的研磨实质是在剪应力作用下，有可能发生一定程度化学反应。） 如：（1）方解石霰石 在自然界形成于30多公里以下，但在实验室加应力的条件就很易形成； （2）硬玉 是典型的低温高压矿物，硬玉生成的地质条件十分苛刻，（压力5000-7000kpa,温度在150300摄氏度），必须在强应力作用下才能形成。 硬玉矿物的光性方位硬玉矿物间的柱状交织结构硬玉矿物间的柱粒交织结构例1以硬玉为例：硬玉强烈挤压呈扫帚状硬玉双晶纹呈扭曲状糜棱岩化硬玉岩硬玉质糜棱岩石英是一轴晶矿物，偶而会发现异常现象具有二轴晶的光性特征 ，称为“光性异常”。王嘉荫( 1964年 )对这类石英的产出条件进行了考察，

27、主要是产在强烈变形的构造带上，他推断这是一种光弹性现象，与石英晶体受应力作用有关。为证实这一推测，王嘉荫作了石英晶体的变形实验，大约在600kg/cm2的压强条件下石英产生光轴角为1354的二轴晶光性特征（应力矿物问题，1964年 ）。石英晶体不经过塑性变形是不可能从一轴晶转化为二轴晶的，因此，在构造带中石英产生了塑性变形 。 与当今对晶体在地质条件下具有流变性的认识一致。 构造带中矿物晶体的大变形现象与构造变形联系起来 。 例2以石英为例：地质力学观点认为，中国东部均受到新华夏系扭动构造的影响。新华夏系的主要构造线为北北东方向，然而当时在北京西山一带还没有发现这一方向的构造线。北京地区是否有

28、新华夏系应力场的构造形迹？王嘉荫在研究北京西山的一种变质矿物硬绿泥石时，注意到它的分布具有明显的规律性，首先是受岩性控制，即原岩为泥质岩时，经受变质的地区出现了硬绿泥石，这一点可用该矿物的化学成分来解释。另外是受构造控制，在方位上呈北北东向展布，形成一条宽千米左右长几十公里的硬绿泥石带。按照A.Harker的说法，硬绿泥石是一种应力矿物，它的形成与构造应力条件有关。推测这种应力条件恰与新华夏系北北东方向的压扭条件一致，从而可以认为新华夏系应力场在北京西山地区是以一条应力矿物带的形式表现出来的。以矿物带作构造标志分析大地构造格局在地质文献上这是第一次。例3以硬绿泥石为例： 60年代中期日本学者都

29、城秋穗以蓝闪石带作为高压变质相带说明板块俯冲的特征 （变质岩与变质带，1965年）。 硬绿泥石为封闭系的应力矿物，蓝闪石为开放系的应力矿物，两者的产出条件不同，但作为构造标志带的意义，其依据是一样的（应力矿物概论，1978年）。 3 3、与岩石学的关系、与岩石学的关系例如：（1）花岗岩成因 岩浆成因或熔融成因、变质成因，但忽略了应力作用； 陈国能（2007）提出的花岗岩原地重熔，并进一步提出熔融大地构造。（2）蓝片岩的研究 分布在板块构造的边缘，成因是先变形，然后在大的逆掩断层推上来；（3）转换断层的碎裂变质岩；（4）冲击变质岩等。岩石中结晶要素空间分布对称性，反映其形成时运动的对称性，也反映

30、形成以后经历构造变动的特征。岩石组构的变化是岩石形成后构造变化的记录，应成为研究构造变动的标志。 特定应力条件下可以形成特定应力矿物 通过鉴定矿物的应力特征可以探索矿物形成时的应力条件 ，进一步推测，应力作用不仅反映在矿物的生成特征上，而且反映在矿物的变化特征上，鉴定矿物的变化特征可以探索矿物生成以后所经受的应力条件。显微镜下观察所发现的和总结的一系列反映结构面力学性质的岩石成分特征和结构特征应力矿物特征，是认识岩石经历构造变化的重要途径。 4 4、与矿床学的关系、与矿床学的关系如：许多锡矿，与钾交代有关，钾长石为交代斑晶，过去常认为是热液引起，但通过研究表明，主要还是受应力作用。有用矿物（矿

31、产）在各种构造环境下的赋存规律等的研究。形变现象只有在偏差应力存在的条件下才有可能发生。所谓的构造应力场的实质也可说是在于偏差应力的存在。Temperature-pressure diagram showing the three major types of metamorphic facies series proposed by Miyashiro (1973, 1994). 研究意义：研究意义：根据应力矿物应变特征的研究，可以（1 ）确定矿物或岩石的应变类型：塑性变形与脆性变形；（2）确定断裂带应力性质；（3）确定宏观地质构造动力的方向；（4）确定断裂活动次数，从而建立研究断裂带的演化

32、史。二、域的概念1 1、地质体及其等级、地质体及其等级 地质体为研究需要而选择不限远大小的任意体积的地质体。 大：地槽、地台； 小：矿物中微细构造、显微、亚显微等几个等级。2 2、均匀、不均匀的地质体、均匀、不均匀的地质体 存在绝对与相对的概念 如（1）玻璃 对密度、折射率是均一体，但对点阵结构分布则是不均匀的； （2）花岗斑岩 对斑晶和基质来说是不均匀的，对宏观地质体来说是均一的。 3 3、连续介质和不连续介质、连续介质和不连续介质对一个地质体来说，应力分布是均匀的，应力的传播也应是连续的，称为连续介质。反之称为不连续介质。如：断裂面、节理面等，都是应力传播不均一的，宏观与微观同样可发现，微

33、观的不连续面同宏观的是有联系的。4 4、域、域统计均匀的地质体，或者是一个连续的介质。（1）应力可以在连续域中传播；（2）域与域之间的边界是不连续的，这个不连续介质称为中间域；（3）中间域可以是一个面，也可是一个带，按力学性质可分为压张扭；（4）中间域有较高的自由能、较高的化学不稳定性研究域和中间域必须以野外工作为基础，宏观是面上统计性质的。微观研究域则就多研究点、观察较多的薄片。5 5、域的转变、域的转变均匀和不均匀只是相对域的大小而言的。同样，连续和不连续也只是相对的。叠加：划分序次 研究应力矿物的不同应力叠加及反映在矿物上的现象， 根据应力矿物少恢复应力的先后及性质。连续和不连续的域是可

34、以相互转化的。构造序列 变质岩区的构造形迹，按其形成的先后顺序，排成一个体系。 变形作用与变质作用并不同时，变形一般在变质作用变形作用与变质作用并不同时，变形一般在变质作用之后，两者是连续的。如果变形、变质作用是交叉进行，之后，两者是连续的。如果变形、变质作用是交叉进行，则更为复杂；如果混入交代作用，就更为复杂。则更为复杂；如果混入交代作用，就更为复杂。 在显微镜下，构造序列的划分十分复杂。早期的构造在显微镜下，构造序列的划分十分复杂。早期的构造往往被晚期的构造所掩盖或消除。往往被晚期的构造所掩盖或消除。 变质事件中又可划分为较小的变质作用期。变质事件中又可划分为较小的变质作用期。 如：造山运

35、动的早期往往是区域变质作用，中期是混如：造山运动的早期往往是区域变质作用，中期是混合岩化和热变质，晚期是动力变质作用。合岩化和热变质，晚期是动力变质作用。三、岩石矿物变形机制绝大部分绝大部分塑性变形塑性变形是通过矿物单晶晶内是通过矿物单晶晶内滑动或粒间滑动实现的滑动或粒间滑动实现的 ；塑性变形机制有多种，包括晶内滑动和塑性变形机制有多种，包括晶内滑动和（低温）位错滑动，高温位错蠕变，动（低温）位错滑动，高温位错蠕变，动态重结晶，粒间滑动等。态重结晶，粒间滑动等。 基本理论：位错理论（一）晶体结构的点缺隔与线缺陷（一）晶体结构的点缺隔与线缺陷 晶体缺陷：在晶格结点、行列或面网上存在的不完整性。

36、晶体缺陷可以是生长过程中产生的，也可在变形过程中形成。 1点缺陷： 1）空位：在晶格结点上，缺失原子 2）间隙原子：在非结点位置上出现原子3）杂质原子（替换原子）：在晶格结点上出现了外来原子（外来大原子、外来小原子）晶体结构的点缺陷2线缺陷（位错）： 晶体格架内，质点排列的周期性被破坏成一条线的状况 1）刃型位错 A正刃型位错：多余原子线从上方插入。 B负刃型位错：多余原子线从下方插入。刃型位错2）螺型位错：发生在应力集中区，而不是整个界面上的位错。 3）混合型位错：刃型、螺型位错的综合类型混合型位错晶内滑动和（低温）位错滑动石英沿着石英沿着0001的滑移，的滑移，BD为滑动面，滑动面间距不变

37、为滑动面，滑动面间距不变 由于晶格滑移引起的优选方位发育的原理由于晶格滑移引起的优选方位发育的原理 平行滑移 双晶滑移 晶内滑动和（低温）位错滑动晶内滑动和（低温）位错滑动位错滑动的形成位错滑动的形成位错在一个滑移面上的传播，位错在一个滑移面上的传播，代表位错线代表位错线 （据（据B.E.Hobbs,1976） 位错滑动的形成晶内滑移在微观上，并非同时发生在整个滑移面上 滑移首先发生在应力集中区（晶体缺陷处），然后沿滑移面扩张，最终与晶粒边界相交，产生一个阶梯 位错线滑移区与未滑移区的界线应变硬化应变硬化位错发育到一定程度，其传播受阻，形成网络和缠结，需增大应力才能继续传播“应变硬化”效应，使

38、晶体变脆 位错受阻的原因：低温；晶体内部的杂质；不同方向不同滑称面上的位错相互制约 当应力大到一定量，晶体会发生破碎，因此单纯的位错滑动，不能形成大的塑性变形量。高温位错蠕变恢复作用高温变形机制 当 0.3m时，恢复作用恢复作用开始起重要作用 恢复作用：恢复作用：这是高温下的一种变形机制，当温度 T 0.63 Tm（Tm为 熔融温度）时，恢复作用显得重要起来，位错可以比较自由地扩展并且从一个滑移面攀移到另一个滑移面。 位错攀移使符号相反的位错互相抵消，“相同者”重新排列成位错壁，形成亚晶粒（Subgrain）。亚晶粒内部位错密度降低，晶体多边形化。高温位错蠕变恢复作用 l A、B 的上部表示晶

39、内的许多位错通过滑移和的上部表示晶内的许多位错通过滑移和 攀移重新排列而形成亚晶粒边界攀移重新排列而形成亚晶粒边界A、B 的下部表示塞积的位错通过攀移而越过障碍，消除堆积的位错的下部表示塞积的位错通过攀移而越过障碍，消除堆积的位错 高温位错蠕变恢复作用 l 高温位错蠕变动态重结晶动态重结晶l高应变能储存在变形晶粒边界高应变能储存在变形晶粒边界和局部高位错密度处，在较高和局部高位错密度处，在较高温度下形成温度下形成新生颗粒新生颗粒（核幔构（核幔构造）造）l恢复和动态重结晶作用导致：恢复和动态重结晶作用导致： 位错密度降低，应变继续进行位错密度降低，应变继续进行 q岩石不破裂而有很大塑性变形岩石不

40、破裂而有很大塑性变形 q岩石细粒化岩石细粒化 l动态重结晶颗粒特征动态重结晶颗粒特征 与亚晶粒相比，相邻颗粒光性差与亚晶粒相比，相邻颗粒光性差大（大（ 10-15），正交镜下边），正交镜下边界明显，呈犬牙交错状界明显，呈犬牙交错状 核幔构造核幔构造动态重结晶的细小石英晶动态重结晶的细小石英晶粒围绕初始晶粒的残斑，粒围绕初始晶粒的残斑，残斑内发育有亚晶粒（虚残斑内发育有亚晶粒（虚线示亚晶粒边界）线示亚晶粒边界） 压溶作用压溶作用扩散蠕变扩散蠕变压溶作用使物质发生扩散转移，矿物颗粒形态发生改变 压溶作用在有粒间水膜时更易发生 压力影、矿物（集合体）的须状增生和同构造（张性）脉都是压溶作用的产物压溶

41、作用在不变质或浅变质区对于岩石的塑性变形更为重要扩散蠕变压溶作用压溶作用与物质迁移及结晶沉淀示意图 石英的压溶（Pressure Solution of Quartz）超塑性流动颗粒边界滑动l当岩石处在高温（0.5m）时可能发生粒间滑动 l特点： C应变量可极大Helvetic nappe，Alps,钙质糜棱岩的应变量可达到100:1(X/Z) C颗粒本身变形微弱或没有变形 C无晶格优选方位 C无亚晶构造 超塑性流动示意图：四个晶粒通过扩散调节的边界滑动而使总体变形（达55%的应变），但最终晶粒的方位与形态却没有改变 塑性变形机制小结形态改变晶格优选机械双晶晶格/位错滑移低温恢复作用亚晶化锯齿

42、状核幔结构重结晶位错蠕变高温（T 0.3Tm）细粒化，应力释放压力影须状增生张性脉扩散蠕变/压溶未/低级变质粒间水膜无晶格优选无颗粒变形无粒内变形变形量大粒间滑动高温（T 0.5Tm）塑性变形机制由于受力作用，透辉石变斑晶的晶体内出现呈肋骨状排列的碎晶现象四、影响岩石力学性质与变形的因素 岩石的变形特征，不仅与作用力的大小和方式有关，更与岩石的变形特征，不仅与作用力的大小和方式有关，更与岩石本身的力学性质及变形时的外界条件有关。岩石的力学性岩石本身的力学性质及变形时的外界条件有关。岩石的力学性质主要取决于其矿物组成、结构构造等质主要取决于其矿物组成、结构构造等内在因素。变形时的变形时的外界条件

43、（即环境）主要涉及变形时的围压、温度、孔隙流体及即环境）主要涉及变形时的围压、温度、孔隙流体及时间等外部因素。时间等外部因素。 研究这些因素对岩石变形行为的影响，对于分析和阐明岩研究这些因素对岩石变形行为的影响，对于分析和阐明岩石变形所造成的地质构造是很有帮助的。石变形所造成的地质构造是很有帮助的。 构造变形和变质 影响岩石结构、矿物结构、晶体结构 显微构造多种因素所制约（T,P,t,fH2O-CO2,等变量参数） 正确分析形成机制，探讨显微变形与构造活动特征关系 对区域构造演化、变形与变质的关系、成矿机理等提供更为可靠的依据。 大量的实例表明，从微观领域中观察到的许多变形图象和变形规律（如压

44、力影，岩石变形的多次裂-合机制,变形分解作用等）都可以应用于宏观的构造分析，对野外构造地质工作方法也是有益的补充。 1、内在因素（1）成分 如： 玄武岩、石英岩弹性 灰岩、泥灰岩弹塑性 泥岩、页岩塑性（2）结构 粗粒强度小 细粒强度大（3）构造 层状在变形过程中具各向异性变形特点 非层状在变形过程中具各向同性变形特点 不同岩石由于成分和结构不不同岩石由于成分和结构不同，而具不同的强度。同一岩同，而具不同的强度。同一岩性的岩石常由于层理或次生面性的岩石常由于层理或次生面理的发育，而造成岩石力学性理的发育，而造成岩石力学性质的各向异性。岩石各向异性质的各向异性。岩石各向异性对变形的影响中，最明显的

45、例对变形的影响中，最明显的例子是层状岩石受压可以形成褶子是层状岩石受压可以形成褶皱，而块状的各向同性岩石一皱，而块状的各向同性岩石一般不发生褶皱变形（右图）。般不发生褶皱变形（右图）。 岩石各向异性对变形的影响层状和块状岩石在挤压作用下的变形层状和块状岩石在挤压作用下的变形A-层状岩石发生褶皱层状岩石发生褶皱B-块状岩石顺层发生缩短块状岩石顺层发生缩短 AB岩石能干性取决于岩石的矿物组成、粒度及构造等因素岩石能干性取决于岩石的矿物组成、粒度及构造等因素 。能干性差异顺序 （1）围压对变形的影响（2）温度对变形的影响（3）孔隙流体对变形的影响（4）岩石变形的时间因素2、外在因素（1）围压对变形的

46、影响 围压的大小与屈服极限（抗弯能力）和强度极限成正比。 实验结果表明：在低围压下，岩石表现为脆性，在弹性变形或发实验结果表明：在低围压下，岩石表现为脆性，在弹性变形或发生少量的塑性变形以后立即破坏；在围压超过生少量的塑性变形以后立即破坏；在围压超过2MPa时，在宏观破裂之时，在宏观破裂之前所达到的应变增加得非常明显，岩石表现为韧性；随着围压的增高，前所达到的应变增加得非常明显，岩石表现为韧性；随着围压的增高，岩石的屈服极限和强度也大大提高，而且，不同岩石随围压增高其韧岩石的屈服极限和强度也大大提高，而且，不同岩石随围压增高其韧性增大的程度是不同的。性增大的程度是不同的。 （2）温度对变形的影

47、响 多数岩石在地表表现为脆多数岩石在地表表现为脆性；趋向地下，随着温度和性；趋向地下，随着温度和围压的增加，到一定深度就围压的增加，到一定深度就会从脆性向韧性过渡。因此，会从脆性向韧性过渡。因此，岩石力学实验中常把围压和岩石力学实验中常把围压和温度一起来考虑。温度一起来考虑。 玄武岩在玄武岩在500MPa围压时，围压时，不同温度下的应不同温度下的应力力-应变曲线应变曲线 在拉伸和压缩实验在拉伸和压缩实验中，脆韧性过渡与中，脆韧性过渡与围压（围压（P）和温度）和温度（T）的关系。）的关系。P-围压围压 T-温度温度 d-韧性区韧性区 b-脆性区脆性区 温度升高，屈服点降低，弹性减弱，塑性增强。

48、（3）孔隙流体对变形的影响岩石孔隙中的流体对其变形的影响表现在两个方面：一方面，当岩石中富含流体时，可使岩石强度降低。另外，孔隙流体的存在可以促过矿物在应力作用下的溶解迁移和重结晶，从而促进了岩石的塑性变形. 另一方面是孔隙流体压力的效应。岩石孔隙内流体的压力称为孔隙压力。在正常情况下，地壳内任一深度上孔隙水中的流体静压力相当于这一深度到地表的水柱的压力，约为静岩压力（或围压）的40。 因此，当岩石中存在有异常的孔隙压力时，就产生了类似降低围压的效果，使岩石易于脆性破坏及降低强度。 溶液增多，降低弹性，增加塑性，降低岩石抗破坏能力。 （4）岩石变形的时间因素应变速率1）高速脆性变形2）低速塑性

49、变形外力恒定1）短期作用不见效果；2）长期作用可见显著影响蠕变：变形随时间增加而逐渐增长的现象。 韧性剪切带（Ductile shear zone）Sigmoidal Veins from a brittle-ductile shear zone, Cornwall, United KingdomSpectacular sheath folds, northern Sweden 研究岩石变形的意义：v区分岩石的脆性行为和韧性行为有助于了解两种行为产生的环境条件的差异；v分析天然变形岩石的变形特征可以推断岩石变形的环境差异。显微构造分析的基本过程：（1）地质背景分析（2）野外构造测量与产状分析（

50、3）室内分析:观察（显微镜、扫描电镜、透射电镜、阴极发光显微观察分析）、测量（费氏台、透射电镜、EBSD等）与定量分析（LPO、颗粒粒度分析等）。（4）实验研究：岩石力学与流变学实验、数字模拟研究等。（5）测试分析：微区分析小结A、同一种显微构造现象在不同的变形条件下可以通过不同过程实现；B、不同类型显微构造的形成往往受其形成时复杂的变形环境制约。Lattice-preferred orientation 思考题：1、矿物变形及对岩石结构的影响2、影响岩石变形的主要因素及其在显微构造研究中的意义（举例说明） 构构 造造 岩岩 石石 学学Structural petrology ; Petrot

51、ectonics ; Petromorphology E-mail: Tel:三讲第三讲 岩石变形与变质作用岩石变形与变质作用 弹性弹性变形变形在岩石变形力撤除后立即恢复到应变前的形状在岩石变形力撤除后立即恢复到应变前的形状与大小。与大小。应力与应变关系是线性的。应力与应变关系是线性的。 非弹性非弹性变形变形在岩石变形力撤除后保持永久变形。在岩石变形力撤除后保持永久变形。 a、脆性变形：未出现明显的永久变形；、脆性变形：未出现明显的永久变形； b、韧性变形：在没有明显破裂情况下，其形状大、韧性变形：在没有明显破裂情况下，其形状大 小发生显著变化；小发生显著变化； c

52、、塑性变形：超出极限发生永久变形。、塑性变形：超出极限发生永久变形。 一、岩石变形一、岩石变形1 1、岩石变形分类、岩石变形分类有关岩石变形行为的多数资料是通过岩石力学实验获得的。有关岩石变形行为的多数资料是通过岩石力学实验获得的。 岩石变形的一般化应力岩石变形的一般化应力-应变关系应变关系 1、当应力超过一定值时，岩石就会以某种方式破坏，、当应力超过一定值时，岩石就会以某种方式破坏，发生断裂变形。这时的应力值称为发生断裂变形。这时的应力值称为岩石的极限强度或岩石的极限强度或强度强度。同一岩石的强度，在不同方式力的作用下有很。同一岩石的强度，在不同方式力的作用下有很大差别。大差别。 2、常温常

53、压下多数岩石表现为脆性，即在弹性变形、常温常压下多数岩石表现为脆性，即在弹性变形范围内或弹性变形后就立即破裂，这种破裂称为脆性范围内或弹性变形后就立即破裂，这种破裂称为脆性破裂。但在增高温度和围压等条件下，岩石常表现出破裂。但在增高温度和围压等条件下，岩石常表现出一定的韧性。一定的韧性。 3、发生断裂前的塑性变形的应变量小于、发生断裂前的塑性变形的应变量小于5的材料，的材料，称为脆性材料；断裂前的塑性变形的应变量超过称为脆性材料；断裂前的塑性变形的应变量超过10的材料称为韧性材料。的材料称为韧性材料。 不同层次结晶岩的变形分为二类：不同层次结晶岩的变形分为二类： A、脆性变形；、脆性变形；B、

54、韧性变形、韧性变形 脆性变形脆性变形是岩石破裂遵照着断裂准则、莫尔园准是岩石破裂遵照着断裂准则、莫尔园准则与格里菲斯准则；则与格里菲斯准则； 韧性变形韧性变形（在破裂前能发生较大变形的性质）其（在破裂前能发生较大变形的性质）其遵循基础理论为位错理论，它包括晶内位错滑动、遵循基础理论为位错理论，它包括晶内位错滑动、位错蠕变（亚晶粒）、动态重结晶。也就是说，显位错蠕变（亚晶粒）、动态重结晶。也就是说，显微变形是对结晶岩系岩石变形过程的反演。微变形是对结晶岩系岩石变形过程的反演。 脆脆-韧性变形：韧性变形：构造变形在一定深度下，随着温度压构造变形在一定深度下，随着温度压力的变动，岩石力的变动，岩石-

55、矿物在变形过程中表现的二相变形行为，矿物在变形过程中表现的二相变形行为，即脆性变形和韧性变形并存的行为。即脆性变形和韧性变形并存的行为。2 2、变形岩石显微构造、变形岩石显微构造变形机制作用条件简图变形机制作用条件简图（据（据Davis and Rernolds,1996）显微破裂显微破裂a.剪切破裂作用剪切破裂作用; b. 拉张破裂作用拉张破裂作用晶内变形晶内变形c.位错滑移位错滑移(平面滑移、双晶滑移和晶体的扭折平面滑移、双晶滑移和晶体的扭折)d.位错攀移位错攀移 e.扩散作用（边界扩散和晶格扩散）扩散作用（边界扩散和晶格扩散）f.多边形化作用多边形化作用 g.动态重结晶作用（成核和生长）

56、动态重结晶作用（成核和生长）粒间运动粒间运动h.粒间的差异运动（基质与残斑间相对流动）粒间的差异运动（基质与残斑间相对流动）i.粒间滑移（超塑性流动）粒间滑移（超塑性流动）压溶作用压溶作用j.物质成分迁移物质成分迁移新矿物形成新矿物形成k.变形引起的矿物分解作用变形引起的矿物分解作用变形岩石显微构造与变形机制分类简表变形岩石显微构造与变形机制分类简表 对于矿物集合体而言，不同的矿物有不同的塑性变形的温度、压力条对于矿物集合体而言，不同的矿物有不同的塑性变形的温度、压力条件，随着压力、温度条件升高，在应变速率恒定的条件下，塑性变形临界件，随着压力、温度条件升高，在应变速率恒定的条件下，塑性变形临

57、界矿物会以下列的矿物次序递变：矿物会以下列的矿物次序递变：SerChlQz(Bi)Pl(An20)Or、Pl(An20)HbPyr Ol 同时也就存在当某一个矿物处于塑性变形时，则高于它的塑性变形临同时也就存在当某一个矿物处于塑性变形时，则高于它的塑性变形临界点的矿物还处于脆性变形，如石英界点的矿物还处于脆性变形，如石英-绢云母变形相中石英、绢云母塑性变绢云母变形相中石英、绢云母塑性变形，长石脆性变形。形，长石脆性变形。3 3、岩石中不同矿物变形的差异性、岩石中不同矿物变形的差异性常温常压下某些岩石的剪破裂角常温常压下某些岩石的剪破裂角*偏塑性岩石剪裂角大，偏脆性岩石剪裂角小偏塑性岩石剪裂角大

58、，偏脆性岩石剪裂角小4 4、不同岩石的变形差异性、不同岩石的变形差异性韧性剪切的变形（讨论的还是矿物的变形机制）韧性剪切的变形（讨论的还是矿物的变形机制）位错、蠕变、重结晶是韧性剪切中最基本变形位错、蠕变、重结晶是韧性剪切中最基本变形核幔结构核幔结构机械双晶及机械双晶及X型裂隙型裂隙上图动态重结晶多晶石英条带上图动态重结晶多晶石英条带上图石英残斑、矩形条带上图石英残斑、矩形条带下图石英单丝带下图石英单丝带下图麻粒岩中石英单晶条带下图麻粒岩中石英单晶条带石英云母片岩中变晶石英的砂钟构造石英云母片岩中变晶石英的砂钟构造 石英石英-斜长石变形相的初糜棱岩、长石为残斑、带尾巴，具塑性变形斜长石变形相的

59、初糜棱岩、长石为残斑、带尾巴，具塑性变形1 1 区域变质区域变质 ( (Regional MetamorphismRegional Metamorphism) )2 2 接触变质接触变质 ( (Contact MetamorphismContact Metamorphism) )3 3 热液变质热液变质 ( (Hydrothermal MetamorphismHydrothermal Metamorphism) )4 4 动力变质动力变质 ( (Dynamical MetamorphismDynamical Metamorphism) )二、变质作用（二、变质作用（Metamorphism）M

60、etamorphic rocks are exposed at the Earths surface by:erosion of overlying rockstectonic activity thrusting rocks to the surface1 Regional MetamorphismRegional Metamorphism:Large-scale deformation associated with T and PMigmatites- When Partial Melting StartsFrom my friend in Indiana University, USA (2008).Baking due