构造岩石学全册配套最完整精品课件2.ppt

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: 020-84110807; 13682205728 E-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、

2、地质灾害、地震地质、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

3、 可能引起了一些化学变化如形成新生矿物；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

4、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

5、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：

6、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、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

7、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

8、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（

9、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 mi

10、crostructures 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 *Microtectonics, 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

11、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

12、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

13、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

14、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。

15、 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 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

16、）, 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. 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.

17、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; Tectonophysics; 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）

18、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

19、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 produced 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）

20、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

21、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

22、（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： 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

23、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

24、、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 方解石解理纹扭曲，同一晶体其消光不一致不同方解石颗粒受应力

25、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物晶 体光率体的变形。体光率体的变形。

26、 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。 矿物的化学全分

27、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

28、产出条件进行了考察，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

29、 有发现这一方向的构造线。北京地区是否有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

30、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

31、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：

32、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

33、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，

34、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

35、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，

36、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

37、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。 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。

38、 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

39、 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

40、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

41、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

42、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，

43、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

44、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（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

45、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 （

46、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）。

47、 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 A B 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

48、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

49、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。 （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