超高压变质岩的塑性流变：显微构造和变形机制
第四章变形机制介绍
填方解石细脉) , ③期的细脉切过②期的(单偏光)
二、晶内滑移作用
• 晶内滑动有三种形式：平移滑动、双晶滑移和扭折
• 1.平移滑动：晶体一部分相对另一部分发生了单位晶格的整数倍滑移。
• 滑动时角剪切应变发生变化,晶格内部质点排列不变.滑动后晶体形态发 生改变,结晶学优选方位发生改变 .形成变形纹,变形条带,拔丝构造,波状 消光等组构
太行山北段中新生代断层岩 碳酸盐岩区碎裂岩系列断层岩典型显微构造特征 Typical microstructures of cataclasite series in carbonate rock. a 计鹿村北灰质初碎裂岩(单偏光) ;b 蓬头村北灰质碎裂岩(单 偏光)
花岗岩岩体区碎裂岩系列断层岩的典型显微构造特征 Typical microstructures of cataclasite series in granitic rock. a 大河南岩体赵家蓬调和寺农场附近初碎裂岩(单偏光) ;b 王 安镇岩体康家沟村附近碎裂岩(正交偏光)
• 2.双晶滑动 在晶内滑移时,如果晶体的一部分相对另一部
• 分滑移的距离为单位晶格的非整数倍.其特点是: a 剪切应变是恒定的,其大小严格受地为双晶的几何要求所决 定的. b.滑移的结果造成了相对位移两侧晶体以滑移面为对称面成 镜像对称,即产生了机械双晶. c.双晶滑移也可以产生矿物集合体的形态和结晶方位优选. d.产生双晶滑移的剪应力比产生平移滑移所需要的剪应力高 许多. 平移滑移和双晶滑移是低温条件下塑性变形的唯一的变形机 制.
岩石的脆性破坏 ������ 试验和自然界宏观破裂的主要 形式 – 张裂——位移方向垂直于破裂 面 剪裂——位移方向平行于破裂面
–
库仑剪破裂准则： ������ 问题的提出–岩石 实验中破裂面与应力 圆中最大剪应力作用 面不一致–自然界岩石 实际共轭剪裂面夹角 也不是90° ������ 库仑准则的核心– 剪破裂不仅与剪应力 有关，而且与正应力 有关������ 经验公式
变质岩的结构类型
变质岩的结构类型变质岩的结构构造和化学成分、矿物成分一起，是变质岩的最基本的特征，是恢复原岩、再造变质作用历史及岩石分类命名的标志。
变质岩的化学成分主要反映原岩特点；变质岩的矿物成分主要反映变质作用条件下，那么结构构造则主要是变质作用机制的反映。
变质岩结构、构造的成因分类：变晶结构变余构造变余结构变成构造变形结构交代结构对结构、构造的研究，可以了解变质岩形成过程的变质作用类型、因素、方式和程度；再者，结构和构造是变质岩分类命名的重要依据之一。
1变质岩的结构(1)变形结构原岩在定向压力作用下，当压力超过岩石或矿物的弹性极限时，便发生塑性变形；当压力超过其强度极限时，则发生破裂和粒化作用，形成碎裂结构。
碎裂结构是以岩石、矿物的形变为主，可伴有矿物的重结晶和变质结晶。
根据破碎、变形特点和程度可细分为：碎裂结构、碎斑结构和糜棱结构等类型。
碎裂结构岩石或（和）矿物颗粒产生裂隙、裂开并在颗粒的接触处和裂开处被破碎成许多小碎粒（即碎边），因而矿物颗粒或其集合体的外形都呈不规则的棱角状、锯齿状；粒间则为粒化作用形成的细小碎粒和粉末；破碎的颗粒间一般位移不明显。
碎斑结构当破碎剧烈时，在粉碎了的矿物颗粒（称碎基）中还残留有部分较大的矿物碎粒，很象斑晶（即碎斑），称为碎斑结构。
碎斑形状不规则，其撕碎状边缘、裂纹，波状消光发育。
碎基是粒化的细小碎粒至隐晶质状的粉未；碎基颗粒往往也具波状消光等现象。
当碎斑很少时，过渡为碎粒结构；若碎基的粒径为＜0.02mm时，可称为碎粉结构。
糜棱结构矿物颗粒几乎全部破碎成细小颗粒（常为粒径0.5mm以下的细粒至隐晶质状，称为糜棱质），并在应力作用下形成矿物的韧性流变现象；糜棱质呈明显的定向排列，形成明显糜棱面理、片理或条带状、条纹状构造等；其中可残留少量稍大的矿物碎粒（即碎斑，常为具粒内变形的石英、长石等）。
当碎斑较多时，可称为初糜棱结构；当碎基粒径<0.02mm时，可称为超糜棱结构。
滇西哀牢山变质杂岩中含石墨岩石的变形-变质温度、构造特征及流
第９ ４卷 第２期２ ０ ２ ０年２月 地 质 学 报 ＡＣＴＡ ＧＥＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ Ｖｏｌ．９４Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２ ０ ２ ０注：本文受国家重点研发计划（批准号２０１７ＹＦＣ０６０２４０１）、优秀青年基金项目（批准号：４１７２２２０７）及国家自然科学基金面上项目（批准号：４１４７２１８８，４１４３０２１１）联合资助。
收稿日期：２０１８－１２－２４；改回日期：２０１９－０２－２７；网络发表日期：２０１９－０４－１９；责任编辑：黄敏。
作者简介：吕美霞，女，１９９４生。
博士在读一年级，研究方向构造地质学。
中国地质大学（武汉）地球科学学院；Ｅｍａｉｌ：ｌｖ－ｅｒｉｃｓ＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ。
通讯作者：曹淑云，女，１９７８年出生，教授、博导，构造地质学专业，中国地质大学（武汉）地球科学学院；Ｅｍａｉｌ：ｓｈｕｙｕｎ．ｃａｏ＠ｃｕｇ．ｅｄｕ．ｃｎ。
引用本文：吕美霞，曹淑云，李俊瑜，程雪梅．２０２０．滇西哀牢山变质杂岩中含石墨岩石的变形－变质温度、构造特征及流变弱化意义．地质学报，９４（２）：４９１～５１０，ｄｏｉ：１０．１９７６２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｉｚｈｉｘｕｅｂａｏ．２０１９１３８．ＬüＭｅｉｘｉａ，Ｃａｏ Ｓｈｕｙｕｎ，Ｌｉ Ｊｕｎｙｕ，Ｃｈｅｎｇ Ｘｕｅｍｅｉ．２０２０．Ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒａｐｈｉｔｅ－ｂｅａｒｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ｉｎ ｔｈｅ Ａｉｌａｏｓｈａｎ ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃ ｃｏｍｐｌｅｘ，ｗｅｓｔｅｒｎ Ｙｕｎｎａｎ．Ａｃｔａ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，９４（２）：４９１～５１０．滇西哀牢山变质杂岩中含石墨岩石的变形－变质温度、构造特征及流变弱化意义吕美霞，曹淑云，李俊瑜，程雪梅中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室，地球科学学院，武汉，４３００７４内容提要：前人研究表明石墨化作用与变质温度具有良好的相关性，同时室内摩擦实验研究认为少量石墨就能够有效地降低断层摩擦阻力，进而被认为对断层弱化起着重要的固体润滑作用而开始受到大家的关注。
岩石显微构造分析现代技术――EBSD技术及应用
第21卷第10期2006年10月地球科学进展A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC EV o l.21 N o.10O c t.，2006文章编号：1001-8166（2006）10-1091-06岩石显微构造分析现代技术———E B SD技术及应用曹淑云，刘俊来（中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083；中国地质大学岩石圈构造、深部过程及探测技术教育部重点实验室，北京 100083）摘 要：E B SD技术的发展，为岩石显微构造分析开辟了一个全新的领域。
它与现代扫描电子显微镜和能谱分析等设备配合，可以同时对块状样品进行晶体结构与成分分析，从而使显微构造、微区成分与结晶学数据分析有机结合起来。
E B SD技术可以精确、快速定量标定包括各种晶系晶体颗粒的晶格方位和描述晶体颗粒的边界、形态等特征，对于具有低角度边界的晶体颗粒提供精确数据，为阐述岩石变形机制提供重要约束，并为高级晶族和不透明矿物结晶学组构与变形机制研究提供了有效的手段。
E B SD尤其使获取微米级甚至纳米级尺度上颗粒（亚颗粒）或相之间的定向差别（达到20n m的空间分辨率和0.3度角度分辨率）成为可能。
E B SD技术在矿物相鉴定、亚微域内的应变分析、矿物出溶作用等方面的应用，进一步证明了这一新技术在显微构造分析及相关领域的应用前景。
其广泛应用必将带来岩石显微构造研究的新突破，也将成为未来岩石变形机制与岩石圈流变学研究取得飞速发展不可或缺的技术手段。
关 键 词：E B SD技术；岩石；显微构造中图分类号：P585.1 文献标识码：A1 序 言E B SD（即电子背散射衍射）的原理早在20世纪50年代就已经清楚，但只是随着计算机技术、计算软件和照相技术的发展，直到20世纪80年代现代E B SD技术才真正问世，并广泛应用于材料科学分析与研究中［1］。
E B SD技术的发展经历了初期由手工标定菊池带到自动标定过程，从而实现了由几秒标定1个取向颗粒到1秒标定几十个取向颗粒的标定速度的飞跃，花样标定速率提高了约300倍。
岩石变形的微观分析机制
（1）早期方法是观察自由长大的螺形式晶体表面，例如验证了弗兰克 关于“位错台阶式”晶体长大方式设想。
（2）化学浸蚀或电解质浸蚀显示晶体表面的位错“露头方法”。由于 位错中心和附近的晶体点阵发生了畸变，因此杂质等溶质原子偏聚在这里， 显示位错蚀抗。
（3）缀饰法—溶质（或杂质）原子趋向于偏聚在位错线及其附近。缀 饰法是选择具有一定光学特性的沉淀粒子做溶质，以它缀饰位错，使位错 在光学显微镜被直接观察。橄榄石氧化法就是最典型的例子。
（4）透射电子显微镜分析法（TEM） 电子衍射显微分析法—利用位错对电子入射波的衍射强度不同，直接 观测位错的组态特征和测定位错取向和伯格斯b矢量大小和方法，从而准 确测定矿物塑性变形的滑移体系（即滑移面和滑移方向的指标化）。
iii. 扩散蠕变（Diffusion creep）—在高温低应力的变形条件下，通过 矿物中点缺陷（空位和杂质）和质点（原子和离子）沿颗粒内部或颗粒边界 产生物质扩散和运动，而导致蠕变。
2.1 晶体的缺陷（crystal defects）
晶体缺陷－－理想完整晶体中原子往往做周期性规则排列。 而偏离规则排列的晶体，常引起晶体缺陷。晶体缺陷包括点缺 陷、线缺陷和面缺陷。晶体的缺陷对晶体结构性能（强度、塑 性、相变、扩散、重结晶、氧化还原）产生重大影响。
2.2 扩散蠕变（Diffusion creep）
点缺陷
点缺陷在晶体点阵内的 迁移导致物质扩散和运 动、晶体变形，这个过 程即是扩散蠕变。
iii. 扩散蠕变（Diffusion creep）的分类，扩散蠕变按其 控制因素和作用方式不同可分为二类：
（a）晶内扩散蠕变，即纳巴洛—赫林（Nabbro-Herring creep）：在一定温度和应力作用下空位沿着晶粒内部从高密 度部位向低密度部位扩散而引起岩石或矿物的塑性变形。
5第五章II 岩石变形的微观机制
晶体缺陷（crystal defects）
1．点缺陷（Point defects）—是指晶体中空间点阵各个方向有很小的 缺陷，即空位、填隙原子和不纯交代组分。
空位（Vacancy）—是晶体点阵失去一个原子或离子，因而形成晶格点 陈中的空缺。
填隙（interstitial）—当原子从晶体正常点陈位置转移到点阵间隙位置， 叫Frenkle缺陷。空位和填隙原子的形成和运动会引起点阵畸变，造成原子 迁移，促使金属晶体自扩散和塑性变形。
2.2 扩散蠕变（Diffusion creep）
点缺陷
点缺陷在晶体点阵内的 迁移导致物质扩散和运 动、晶体变形，这个过 程即是扩散蠕变。
iii. 扩散蠕变（Diffusion creep）的分类，扩散蠕变按其 控制因素和作用方式不同可分为二类：
（a）晶内扩散蠕变，即纳巴洛—赫林（Nabbro-Herring creep）：在一定温度和应力作用下空位沿着晶粒内部从高密 度部位向低密度部位扩散而引起岩石或矿物的塑性变形。
位错理论的确定和发展，是与位错观测技术的发展密切相关的。位错 观测技术方法主要有：
（1）早期方法是观察自由长大的螺形式晶体表面，例如验证了弗兰克 关于“位错台阶式”晶体长大方式设想。
（2）化学浸蚀或电解质浸蚀显示晶体表面的位错“露头方法”。由于 位错中心和附近的晶体点阵发生了畸变，因此杂质等溶质原子偏聚在这里， 显示位错蚀抗。
第03讲_2010 变质岩的基本特征和分类
3、五大化学类型成分特点的化学图解表示
(p. 320 Fig. 20-6,矿物代号见附录一,p387-388)
二、变质岩的矿物成分
1。特点
• 复杂多样
原因：化学组成范围宽；变质作用特点（等化学/ 异化学）；应力和溶液参与.
• 变质矿物的成因类型
（1）贯通矿物；
（2）特征变质矿物（变质条件）； （3）稳定矿物/峰期矿物（组合）； （4）残余矿物； （5）矿物世代概念
•
•
2.2.2.2 晶内和晶界变形的结构表现
（１）晶粒脆性变形
• a.裂纹石榴石； • b.碎裂石榴石； • c.角闪石大晶体破碎成细小晶体集合体
• • • • •
（２）晶内塑性变形 a.石英的波状消光和变形纹； b.变形带； c.扭折黑云母； d.具变形双晶的斜长石。
• （３）扩散流动 • （a）亚颗粒、（b）压溶颗粒和 c、d（压力影） • a.糜棱岩中一纹带石英被亚颗粒（SG）替代； • b.受压溶的石英颗粒，尘点显示原颗粒轮廓； • c.围绕黄铁矿的压力裾；
第三讲 变质岩的基本特征和分类
Basic Characteristics, Classifications and Nomenclature of Metamorphic Rocks
岩石的化学成分、矿物成分、结构和构造构 成岩石的主要特征，矿物成分是化学成分的 宏观体现和直接反映。 变质岩与岩浆岩和沉积岩的区别，除宏观尺 度上即产状上的区别外，在矿物成分、结构 和构造特征上都有区别，必须扎实掌握。
• 结构（成因划分：变质[变晶+变形]，变余）
• 构造（成因划分：变质，变余） • 显微构造和组构
2. 结构类型
2.1变余结构
岩石学-动力变质岩
Dynamic Metamorphic Rocks
动力变质岩是以变形作为主要变质机制形成的岩石
通过学习，让同学们了解到： ●动力变质岩基本概念 ●动力变质岩的变形机制和显微构造 ●动力变质岩的结构构造特征 ●动力变质岩的类型和成因
动力变质岩基本概念
动力变质岩是动力变质作用的产物。是原有各种岩石在应力作用下发生不 同程度的破裂、粉碎、或者塑性变形及重结晶所形成的岩石。
晶内塑性滑移与压溶现象比较 (Best,1982;转引自王仁民等，1989) a.原始颗粒；b.晶内塑性滑移；c.压溶， 其中C代表溶解表面，O代表原始颗粒轮廓
动力变质岩的结构构造特征
一、变形结构 1 脆性变形：粒度的划分
0.01mm
0.1mm
0.5mm
碎粉
碎粒
2mm
碎斑
碎块（构造角砾）
结构类型： ●压碎角砾结构：90％以上为碎块； ●碎裂结构：碎基10～50％，其余为碎块； ●碎斑结构：碎基10～50％，其余为碎斑； ●碎粒结构：碎基50～90％，其余为碎粒； ●碎粉结构：碎基>90％。
（ 2）变形机制和变形方式：与外界条件特别是深度密切相关。 （ 3）岩石、矿物的变形行为（能干性）决定了动力变质岩石
的多样性。 （4）影响的因素：应力及其强度，原岩，时间，环境，
流体。
格陵兰西南部太古代片麻岩区Graede 峡湾地区有限应变图 （Passchier et al., 1990）
1. 低应变域；2．中应变域；3．高应变域；4．很高应变域
以塑性变形为主，其显著特征是具明显的面理（往往有线理） 构造、糜棱结构或变余糜棱结构。根据基质含量和重结晶强 度分为糜棱岩、千糜岩、变余糜棱岩等类型。
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图 !" 仰口地区构造地质图 #$%& !" ’()*+(*), -./ %,010%2 3-4 05 6-.%70* 矿物： 如石英、 斜长石、 云母、 角闪石和辉石等， 转变为柯石 兰晶石和多硅白云母等在上地幔 英、 石榴石、 绿辉石 8 硬玉、 环境下稳定的超高压变质矿物。研究这些超高压变质矿物 的变形机制和显微构造特征是深入了解其流变学行为的关 键。在过去的二十年， 尽管构造地质学工作者在已经发现的 超高压变质带开展了大量的构造地质研究， 揭示了大量的角 闪岩相和绿片岩相变质岩构造， 然而却未找到超高压变质岩 构造 （ 9,.)2 !" #$& ， !::; ；<$+=-)/ !" #$& ， !::> ；9-+7,) !" #$& ， ?@@@ ；A*, !" #$& ， !::B ； #-*,) !" #$& ， ?@@; ； ’(0+7=,)( C D,..,)， !::E ；’(0+7=,)(，?@@? ；D,..,) !" #$& ，?@@! ） 。与此 同时， 在超高压变质岩中发现了许多原生岩浆岩和火山岩构 造 （ F=-.% -./ G$0*，!::H ；I)*.0 !" #$& ，?@@! ；JK,)=L.M1$ !" #$& ， ?@@? ） 。因此， 有的研究人员提出在深俯冲带内， 应力强 度较低， 只有几个兆帕 （ <N- ） ， 小于位错蠕变所需的应力强 度 （ ’(O+7=,)( C D,..,)， !::E ；’(O+7=,)(， ?@@? ） 。我国地质工 作者在苏鲁超高压变质带的仰口地区首次发现了超高压韧 性剪切构造岩， 并开展了详细的构造地质填图和研究工作， 揭示了在超高压变质条件下， 位错蠕变仍然是矿物和岩石的 主要变形机制， 在大陆深俯冲带内应力强度应在几十个兆帕 以上 （ F=-0 !" #$& ，?@@> ） ， 而高应变主要集中在韧性剪切带 内 （ 赵 中 岩 等， ?@@? ；方 爱 民 等， ?@@P ；F=-0 !" #$& ，?@@; ， ?@@> ） 。本文重点描述该地区超高压韧性剪切构造岩的显微 构造并探讨其变形机制。
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