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1、显微构造及其在矿田构造研究中的应用第1页/共34页一、引言 在矿田构造研究中显微构造主要的任务是研究在构造动力作用下岩石矿物变形相变与元素聚散的规律研究工作的程序通过对构造岩相成矿带内变形岩石或矿石结构构造演化特征及其组构的运动学动力学机制的分析，甚至进行原子尺度下变形与成矿迹象的观测进而确定控矿的构造带及构造型式恢复其构造应力场演化及元素迁移聚集成矿的过程划分变形成矿阶段找出矿产富集和分布的规律因此，显微构造研究可以提供构造应力活动导致元素迁移聚散的实验证据，是将构造应力场演化与物质运移研究相结合的桥梁，也是动态成岩成矿理论和构造地球化学新领域研究的基础在研究中尽力引入各种先进的测试技术方法
2、，使之步入定量化，为矿产预测提出量化的实施方案 第2页/共34页二、岩石变形及断层岩分类 1、塑性变形 （1）变形形态变形形态特征可以定性地恢复应力作用的方式与方向，大致有压扁或拉长构造，柱状矿物弯曲，片状矿物柔曲和旋转构造等石榴石内包体呈“S”或反S”形，角闪石呈雪球状等等 (2)光性特征波状消光、变形纹及变形带扭折亚颗粒构造变形双晶应力沙钟构造第3页/共34页2、脆性变形表现为在矿物颗粒内或粒间出现不同力学性质的显微破裂纹（张、压、扭性）3脆一韧性变形岩石的脆韧性变形，既可包括脆性的显微破裂机制，又可有品质塑性变形机制同一矿物相中脆、韧性变形共存不同矿物相及不同尺度内脆、韧性变形共存矿物粒
3、内或粒间的显微破裂纹和显微破碎带都很细小，甚至在透射电镜下观测才能发现 第4页/共34页 4断层岩分类按照断层的变形特征可分为韧性和脆性两种，同时将断层岩相应分为两大系列（1）糜棱岩系列 糜棱岩是岩石韧性变形的产物，其特征是粒度相对围岩减小在相对狭窄带内产出（有时也宽达数千米）发育强烈的叶理或线理构造在韧性剪切带中，由边缘向中心，随应变量加大，定向构造越发育，残斑含量减少，粒度减小，长石解离而绢云母、石英含量增加（2）碎裂岩系列第5页/共34页第6页/共34页第7页/共34页三、应变量的测定 Ramsay和Huber(1983）对应变量测量方法曾做系统阐述。在对韧性剪切带的位移量及挤压带的缩短
4、量估算时，首先选定适当的变形构造的标志体，如螗粒、近等轴的晶粒集合体、等轴晶系矿物等测定它们变形后的轴比，以及S-C组构面理的交角，按照各种适宜的公式来估算总的位移量和缩短量。第8页/共34页 四、运动方向及应力作用方向的确定 1岩石变形的结构构造分析 主要指示运动方向及应力作用方向的显微构造有：S-C面理构造、云母鱼、碎斑系、斜式构造、压力影（单斜对称和斜方对称）、不对称褶皱、眼球构造和扭折等。2岩石组构和变形亚组构的动力学分析 目前常用某些矿物的变形页理亚组构的型式来确定主压应力的方位，有以下几种 （1）双晶页理的动力学分析 将实验得出的某些矿物的双晶页理与主压应力（1）间的夹角为某一定值
5、的结果外推自然界，以确定岩石变形期最大主应力方位（1）。常用矿物有方解石、白云母、透辉及斜长石等 （2）变形页理的动力学分析 以石英为例，有锐角法、小圆环带法、C1-C2法及箭号法等，用以确定主压应力（1）的方位。第9页/共34页锐角法：斜方对称的变形纹极点图解中，两个极密部之间所夹钝角平分线看成是1方向。小圆环带法：没有重结晶作用发生塑性流动石英光轴（C轴）图解，C轴接近1方向。有重结晶作用发生塑性流动的石英光轴图解中，C轴优选方位平行于1的点极密部始分散，形成小圆环带，开角45。C1-C2法：在有变形纹的石英粒内，将变形纹未变形部分的光轴（C1）和变形部分轴（C2）分别测定，在吴氏网上投影
6、为一系列大圆小段（将C1，C2联结而成），变形部光轴C2接近于1方位 箭号法：在发育有变形纹的石英粒内，将变形纹极点为箭头，光轴为箭尾的箭号，箭头指向3方向。(3)扭带的动力学分析 如以云母扭带界面极点的分布型式来确定1的方位。(4）显微破裂纹极点于3方向趋向分散。(5)组构的不对称性确定剪切运动方向。如方解石和石英的光轴图解及云母解理极点图解沿ab面的不对称性，可以确定剪切运动方向 第10页/共34页五、变形显微构造古应力计 金属物理学家较早地发现（Bird等1969,Luton和Sellars 1969,Glove：和Sellars 1973,Bromley和Sellars 1973)，由
7、热加工而变形的金属显微构造表明，重结晶颗粒大小，亚颗粒大小以及位错密度随稳态流动应力具有系统变化的函数关系。Goctzc,Kohlstedt和Durham等(1973,1974,1976,1977）从高温变形橄榄石单晶实验研究结果，指出流动应力与位错密度之间存在的恒定关系；Post(1973,1977),Mcicie：等(1977)通过实验证明了橄榄石亚颗粒大小和重结晶颗粒大小都随流动应力大小而变化；Twiss(1977)从理论上推导出橄榄石和石英亚颗粒大小、重结晶颗粒大小与流动应力之间的函数关系；Goetze(1978）以试验证实了上述理论；Goctzc和Kohlstedt(1977)建立实
8、验变形尤其大理岩中方解石位错密度的实验数据。这些实验研究表明，一定差应力下位错导致了岩石变形，变形所引起的位错密度、亚颗粒及颗粒大小是由差应力的量级决定的。将这一定量关系外推到自然界变形岩石的研究中，建立了地质古应力计。第11页/共34页五、构造古应力大小估算（1）变形岩石显微构造发育特征 在应力下岩石的变形过程，可以经历变形、回复及重结晶三个阶段。变形：在应力作用卜岩石发生塑性变形，矿物粒内有大量位错增殖和堆置透射电镜下观察到大量自由位错分布，光学显微镜下可见波状消光、变形纹和变形带等亚构造发育 回复：是指变形晶体回到未变形状态的过程。在这过程中，由于位错攀移作用，位错密度和变形储存能降低，
9、形成了低角度边界组成的亚颗粒构造光学显微镜下见到，在一个颗粒内可以划分出无数消光稍有不同的区域，即许多亚颗粒，它们互相迭置分布，也称之为多边形化构造。在透射电镜下观察，亚颗粒边界是由位错壁所组成，它是回复作用的重要标志。鉴定动态恢复成因的亚颗粒的标志是：（1）常见滑动多边形化产生的不均匀发育的亚颗粒，位错不一定具有均匀的间距；（2）光学显微镜下常见光性应变现象，如波状消光、变形带及其他变形页理 1变形显微构造古应力计的基本原理 第12页/共34页动态重结晶：是指回复以后剩余的储存应变能消除的过程，为动态下发生的重结晶初始重结晶以应变晶体内无应变晶粒紧密接触的形成和生长为特征。动态重结晶形成的机
10、制有两种：一是在低温低应力下，新颗粒边界由亚颗粒边界的旋转所形成，称亚颗粒旋转重结晶。这是由于：连续变形加大，横切亚颗粒边界的方位偏离也随之增大，当方位偏离角接近15时，边界能达到最大值，而形成颗粒边界。亚颗粒常呈迭波状分布。另一种情况是在高温高压力下，新颗粒边界由原来颗粒边界迁移形成。颗粒边界迁移的驱动力为边界两侧位错密度的差异。随变形加大，锯齿状边界的外凸部分被割断成新颗粒。第13页/共34页动态重结晶有以下几个特点可与静态重结晶相区别：1）动态重结品颗粒首先在原颗粒内的高应变区出现，如变形带、扭带和变形双晶的界面上，以及拉长颗粒的边界上2）晶粒内常残留有应变现象，如波状消光、变形带及亚颗
11、粒等3)颗粒的形态大多呈压扁状或拉长状4)颗粒边界形态复杂，从原始状态向平衡态过渡可出现三种形态破坏了的原始边界阻止边界，可呈不规则状、锯齿状及缝合线状平衡边界，常具三结点结构5)岩石一般具有明显的优选方位6）颗粒大小不取决于温度变化而取决于应力大小 第14页/共34页（2）位错密度、亚颗粒大小及重结晶颗粒大小与差应力之间的关系 只有在岩石稳态流动条件下产生的变形显微构造才能做为古应力计岩石的稳态流动是指应变速率为常数，变形过程中应力保持不变的状态此时变形导致位错产生的速率和由于回复导致位错消失的速率达到平衡常用的古应力计算经验公式见表第15页/共34页第16页/共34页2变形显微构造的观测技
12、术 对变形显微构造的观测，日前常用的方法有化学浸蚀法、缀饰法、透射电镜法及兰格照相法本文只介绍前三种方法。化学浸蚀法和缀饰法操作简单易行且省钱省时，在普通光学显微镜下即可观察，便于将变形显微构造的光性特征与位错组态特征相对比。但在位错密度较大的情况下，容易出现位错的迭置，造成位错密度统计的困难。透射电镜法对深入研究变形岩石内位错组态演化是非常必要的，但因放大倍数太大，位错密度所代表的范围较小。同时由于仪器及制样设备条件所限，费用较大，故在许多地区目前开展该试验困难较大。第17页/共34页(1)化学浸蚀法 将品体浸于适当的化学试剂中，在位错出露点处产生浸蚀坑。这是因为在位错线附近比远离位错处晶休
13、储存的弹性能密度要高，晶体的化学储存能也高，因此位错显现点的溶解速率也较快。在选择浸蚀剂和浸蚀时间时需注意：（1）浸蚀剂决定了晶体表面的浸蚀和抛光的优选面，对同一矿物的不同晶面浸蚀有时需选用不同的试剂；(2)矿物的浸蚀率取决于结晶学方位，故结晶学方位对于浸蚀坑的形态和深度有很大的影响；（3）同一矿物用同一浸蚀剂，随浸蚀时间变化而所揭示的显微构造类型也有所变化表列出常见几种矿物所用的浸蚀剂。第18页/共34页样品制备样品经抛光制成光薄片或光片，要严格洁净无刻痕然后用石蜡将玻璃部位封住再选用适当的试剂滴人光片的抛光表面，或将光片或光薄片浸人装有浸蚀剂的容器中浸蚀时间据观测现象的要求而定，浸蚀要在室
14、温下进行浸蚀后的抛光面用20%合成柠檬酸溶液煮沸5分钟，或浸泡半小时然后再将该片放在流动的蒸馏水中冲洗5分钟烘干，把抛光面镀铝膜或金膜，置人扫描电镜下或反光镜下观察测定有关数据常用的浸蚀剂见表第19页/共34页第20页/共34页（2）透射电镜法 透射电子显微镜是直接观测变形晶体显微构造十分有效的仪器，具有很高的分辨率。当前它在变形显微构造领域内的应用已是相当普遍，用它来观察晶格位错通常要在100kv电压电子加速运动条件下进行，联合波长=0.037埃，布格角约在10-3，范围内。可以用电子衍射型式来确定人射电子束与薄品箔的结晶方位，同时可运用衍衬技术来获得线缺陷（位错）及面缺陷的图像，将各种位错
15、组态类型清楚地显示出来。这些图象主要赖于运用晶体电子衍射理论基础上的缺陷反差理论来论述和解释。第21页/共34页样品制备：晶体薄箔的厚度取决于矿物的吸收系数和电子能在100kv电压下，晶体薄箔的厚度为1000-3000埃，若用1 Mev或3Mev电子束的HVEM，晶体薄箔的厚度约lm。使样品减薄的方法有劈开、化学减薄和离子轰击减薄。目前在岩石矿物研究范围内常用离子轰击方法来减薄。样品进行离子减薄之前，先把样品制成很薄的岩片（不加盖、载玻片），其厚度要小于光学显微镜观测所用的岩片。为避免在离子轰击时岩片碎裂，应尽量选取成分单一的岩石做分析样品且先要在光学显微镜下选好有代表性的观测减薄部位。为使晶
16、体薄箔厚度较均匀，不宜使离子束与样品表面夹角过大。在透射电镜下观察样品时要迅速。第22页/共34页（3）通过人工加温氧化方法注入某种带颜色的质点，在温度降低时这些质点进入稳态发生优选沉淀，即沿应变能较高的位错线的位置沉淀下来，使位错缀饰起来。Kohlstedt等（1976）首次在实验室内利用人工氧化方法缀饰含铁镁橄榄石中的位错构造，使橄榄石中Fe2+在加热后氧化为Fe3+离子在位错线上沉淀下来。这种方法可将位错及亚颗粒缀饰起来。样品制备选择变形构造发育的样品，抛光后放进高温炉加热到900，至1-2h（小时）当样品冷却到室温，再将抛光面粘到载玻片上制成光薄片。这种方法简便易行，可以使三维空间的位
17、错构造较好地显现出来但不是任何矿物都可用此方法，此外由于高温淬火，回复作用可能改变原岩的位错构造。因光学显微镜放大倍数所限，只能对位错密度较低的岩石使用这种方法 第23页/共34页六、变形温度计 1石英组构样式指示韧性构造岩的变形温度 韧性构造岩中石英的组构具有四种基本形式，它们分别对应于石英晶格的四种重要的滑移方式：(0001)、1011,10101a和于10101，所有其他样式的组构都是由这四种基本样式组合而成的主要滑移系随温度的变化而改变，见表和表可以利用石英的组构样式及倾转亚晶界的类型粗略地估计构造岩的变形温度。第24页/共34页第25页/共34页第26页/共34页2.斜长石变形温度计
18、 1962年Cristie提出斜长石晶休131-131的间距可做为温度计使用，并提出了相应的图由于131-131和菱面角都由晶胞值决定，汪训一将该温度计移植到斜长石肖钠双晶菱切面角()的上（菱切面角是菱切面与(001)之间的夹角）张诩钧1985年指出菱面角温度代表斜长石的退变质温度。1987年他又指出肖钠双晶通常是一种次生双晶，它是应力作用于斜长石晶休而产生的，因此次生肖钠双晶菱切面角温度计是一个变形温度计。第27页/共34页七、构造应力场演化和变形一成矿阶段的划分 1根据岩石结构构造的演化特征，确定岩石变形历史注意不同类型变形之间的迭加关系，成生顺序。2根据岩石组构迭加型式，确定不同时期构造
19、应力场迭加关系。注意后期变形岩石组构表现较早期变形岩石组构明显。特别对单斜对称组构型式进行分解解释。3编制构造应力场演化图。根据实际测量应力方向及大小，运用计算机编制不同时期的构造应力场图。4.根据变形与矿化富集过程的关系，划分变形一成矿阶段注意岩石变形过程和矿石结构构造演化之间关系，揭示变形与元素迁移聚散的关系第28页/共34页 5.变形一成矿阶段定年 1.测定变形一成矿不同阶段生成的应力矿物的同位素年龄。2研究矿石矿物在不同变形一成矿阶段形貌演变特征，例如黄铁矿在不同变形一成矿阶段形貌不同，因此可以通过对不同形貌黄铁矿生成的同位素年龄，来确定以上各阶段的地质年龄。第29页/共34页八、构造
20、动力作用下元素迁移聚散的微观形变相变机制 1.提出了岩石流动是导致元素活化迁移聚散的重要机制。在构造动力作用下，岩石可以发生流动（包括期性流动和碎裂流动），并相伴产生相变和有用元素的活化、迁移和聚散。岩石的塑性流动导致有用元素活化，并向高应变区迁移聚集；当岩石向碎裂流动转变时，这些有用元素进一步向应力集中区、相对扩容区集中成矿。岩石从塑性流动向脆性流动转变的过程即属元素迁移聚集成矿过程，主要通过儿素赋存形式和矿石结构构造及矿物组合的变化、矿物反应迹象来反映。2指出岩石塑性流动的晶格位错是导致元素活化，并向高应变区迁移聚集的超微机制。原子尺度下高分辨晶格像，揭示变形一成矿过程中，晶休结构状态或发
21、生相变时，使有用元素析离出并聚集成矿的迹象。3.重建构造动力作用r变形一成矿过程及其物理环境（P.T.）演变的历史。第30页/共34页2 2、岩石组构和磁组构2.1 2.1 岩石组构岩石组构分析(又称岩组学或岩组分析)是用统计的方法研究天然岩石及其组成单位在空间上的向量性质，恢复岩石变形时的应力方位和运动型式以岩组图的形式来表达岩石组构空间方位和排列特征，并可籍此来研究控矿构造形成和演化历史，恢复古构造应力场 2.2 2.2 磁组构磁组构(magnetic fabric)是指岩石磁化率的各向异性岩石磁组构分析就是利用岩石磁化率各向异性来研究岩石的组构特征第31页/共34页2.1 岩石组构工作步骤取样磨片观测成图分析系统性，定向构造样a、b（c）成套薄片费氏台吴氏网，极密图第32页/共34页2.2 2.2 磁组构工作步骤野外取样岩心取样观测成图分析系统性，定向构造样a、b（c）成套岩心卡帕桥（HKB-1型）测量15组参数 弗林图解、参数关系图、赤平投影第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页