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1、显微构造地质学显微构造地质学Microtectonics内 容 提 要第一章第一章 绪论绪论一、显微构造定义、研究内容一、显微构造定义、研究内容二、显微构造研究意义二、显微构造研究意义.三、怎样进行显微构造研究三、怎样进行显微构造研究四、显微构造学发展历史四、显微构造学发展历史六、主要参考文献六、主要参考文献显微构造显微构造第一章 绪 论一、显微构造定义、研究内容一、显微构造定义、研究内容构造地构造地质学质学1.全球构造全球构造2.区域构造区域构造3.狭义构造狭义构造4.显微构造显微构造1.显微构造定义：显微构造定义：研究岩石和矿物晶体内部组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
2、境和成因机制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的一门多学科交叉边缘性学科。显微构造（显微构造（microstructure、microtectonics)也也可以叫做组构可以叫做组构(fabrics)或者显微组构或者显微组构(microfabrics)或者叫岩组或者叫岩组Mark Jessell&Paul BoneWe can define microstructures(based in part on a Hobbs,Means&Williams 1976 definition)to be:the small-scale arrangement of geo
3、metric and mineralogical elements within a rock.显微构造地质学的性质：显微构造地质学的性质：是构造地质学与岩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化学等不同学科知识，是一门多学科交叉的边缘学科。边缘学科。2.研究内容研究内容：用显微镜、扫描电镜、透射电子：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、
4、构造运动学、动为、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区域大地构造，乃至探讨岩石圈的组成和演化。化。q二、显微构造研究意义二、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。变形作用变形作用显微构造显微构造构造环境构造环境,T,P,流体 流变流变2.确定在变形过程中起主导作用的变形机制；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、变形阶段和构造变能够提供构造变形期次、变形阶段和构造变形演形演 历史的证据；历史的证据；4.定量
5、研究地壳构造变形动力学和运动学过程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）；（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；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）确定构造变形环境（温度、围压等）。三、怎样进行显微构造研究三、怎样进行显微构造研究How do we study microstructures 1.野外工作（field work)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c.采集定向标本2.室内分析（Lab analysis）a.定向薄
6、片制作、2.室内观察分析（Lab analysis）b.显微镜下薄片组构分析；(Scanning Electron Microscope)组构分析；d.TEM(Transmission Electron Microscope)位错研究；3.室内定量分析室内定量分析A.结晶优选方位测量（Crystallographic Preferred Orientations(CPO)）；B.形态组构（Shape fabrics）,颗粒边界特征；C.颗粒粒度分布（Grain size distributions）；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；4.
7、实验模拟实验模拟A.高温高压岩石变形实验；B.数值模拟（numerical simulation）四、显微构造学发展历史四、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岩石构造学Petrotectonics和和构造岩石学构造岩石学Structural petrology显微组构分析方法，使显微构造得到快速发展。20世纪5060年代:岩石实验变形研究阶段Terner(19
8、53):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20世纪7080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。20世纪7080年代召开了一系列国际会议
9、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。五、显微构造学发展对构造地质学影响五、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
10、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。六、主要参考文献六、主要参考文献1-何永年，林传勇，史兰斌，何永年，林传勇，史兰斌，1988，构造岩石学基础，构造岩石学基础，地质出版社（北京地质出版社（北京）；霍布斯，霍布斯，W.D.米恩斯，威廉斯著，米恩斯，威廉斯著，1982，刘和甫，刘和甫 吴正吴正文等译文等译构造地质纲要构造地质纲要，石油工业出版社
11、（北京），石油工业出版社（北京）3-刘瑞询，刘瑞询，1988，显微构造地质学，北京大学出版社，显微构造地质学，北京大学出版社（北京）（北京）4-郑亚东，常志忠，郑亚东，常志忠，1985，岩石有限应变测量及韧性剪，岩石有限应变测量及韧性剪切带，北京：地质出版社（北京）切带，北京：地质出版社（北京）5-胡玲胡玲-1997，显微构造地质学，北京：中国地质大学出，显微构造地质学，北京：中国地质大学出版社；版社；6-王嘉阴，王嘉阴，1980，应力矿物学，北京：地质出版社，应力矿物学，北京：地质出版社 思考问题思考问题1 显微构造定义、研究内容显微构造定义、研究内容2怎样进行显微构造研究怎样进行显微构造研
12、究第二章第二章 岩石变形及影响因素岩石变形及影响因素一岩石矿物变形的基本概念1.弹性变形弹性变形与塑性变形；与塑性变形；一、岩石矿物变形的基本概念一、岩石矿物变形的基本概念2.脆性行为与韧脆性行为与韧性行为；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；10-3/s),脆性变形、玻化岩脆性变形、玻化岩2）中应变速率（）中应变速率（10-4/s 10-9/s)，塑性变形和碎裂变形共存；，塑性变形和碎裂变形共存；3）低应变速率（）低应变速率（10-9/s)明显发生了塑性变
13、形，形成了糜棱岩。明显发生了塑性变形，形成了糜棱岩。6.岩石的成分及结构构造岩石的成分及结构构造1）在相同的变形条件下，不同成分的岩石和矿物其变形行为有很大差异。2）具有相同化学成分和矿物成分岩石的结构不同，其变形方式也不同。粒度可以导致矿物和岩石的变形机制的不同：对花岗岩变形实验表明，粒度在1050m样品中长石变形以位错蠕变为主，当粒度减至210m时，长石变形转变为颗粒边界扩散蠕变为主。3）岩石中的矿物组成、粒度、结构构造等因素决定了岩石的能干性的差异，进而影响了岩石固态流变的形态、样式、变形机制不同。白云岩-长石砂岩-石英砂岩-岩屑砂岩-粗粒灰岩-细粒灰岩-粉砂岩-页岩-岩盐基性岩-粗粒花岗岩和花岗片麻岩-细粒花岗岩-云母片麻岩-石英岩-大理岩-片岩