岩石显微构造分析现代技术——EBSD技术及应用

EBSD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。 EBSD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。EBSD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20 nm的空间分辨率和0.3度角度分辨率）成为可能。EBSD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。     

电子背散射衍射（EBSD）技术在大陆动力学研究中的应用

电子背散射衍射（Electron backscatter diffraction,简称EBSD）技术可以快捷准确地进行物相鉴定,确定矿物晶体的晶格优选定向和多相岩石中各矿物的空间分布,使其成为定量研究岩石显微构造的理想工具。将岩石组构测量、野外地质观察与矿物的变形实验研究相结合,可以判别物质运动的剪切指向和变形的温压条件,从而进行运动学和动力学机制的分析。本文首先介绍了EBSD技术的原理和主要矿物组构的实验研究进展,然后以国土资源部大陆动力学重点实验室5年来的成果为例,总结了EBSD技术在研究大陆深俯冲和折返的动力学机制和大陆造山带动力学研究中的应用。结果表明：橄榄石和绿辉石的组构揭示了板块深俯冲阶段的组构运动学特征,而石英、斜长石和夕线石的组构可以用来研究地壳内大型韧性剪切带的变形历史,如与苏鲁超高压变质岩折返相关的韧性剪切带、龙门山逆冲剪切带、西昆仑康西瓦走滑剪切带和喜马拉雅造山带的康马拆离剪切带。因此,EBSD技术的应用有助于实现显微构造与宏观构造相结合,建立变质-变形-运动学相统一的地球动力学模型。     

岩石电子背散射衍射（EBSD）组构分析及应用

电子背散射衍射（EBSD）技术是现代构造地质学与显微构造分析领域一项崭新的技术,它与现代高分辨率扫描电子显微镜和能谱分析设备结合,可以对块状样品中微米或纳米级尺度的颗粒进行晶体结构分析, 从而使微观结构、微区成分与结晶学数据结合起来,能够更精细地对比研究矿物和岩石显微构造,为岩石显微构造分析开辟了一个全新的领域。分析了EBSD技术的基本原理、系统构成、样品制备和工作程序。介绍了石英组构测量,极细粒物质（微角砾岩）的组构特点,二轴晶矿物（角闪石）的组构、变形机制和金属硫化物组构分析的应用实例,对于应用EBSD系统开展研究存在的一些问题进行了讨论。     

应用电子微探针-扫描电镜-拉曼光谱-电子背散射衍射研究一种未知Ti-Zr-U氧化物的矿物学特征

本文应用电子微探针(EPMA)、扫描电镜(SEM)在阿尔金地区的榴闪岩中发现了一种微米级含铀氧化物矿物,结合光学显微镜、拉曼光谱和电子背散射衍射(EBSD)技术对该矿物的化学成分、赋存状态、物理及光学性质、晶体结构等矿物学特征进行了研究。结果表明,该矿物在空间上与钛铁矿关系密切且主要产于其边部,为一种不透明矿物;主要化学组成为TiO2、ZrO2和UO2,实验化学式为(Zr,U)Ti2O6,其中U与Zr互为类质同象替代;具独特的拉曼光谱特征,初步确定为斜方晶系且具有序的铌钙矿结构。通过电子微探针U-Th-Pb定年获得等时线年龄为451±49Ma,可能代表了寄主岩石的退变质年龄。将该矿物与化学成分类似的晶体进行对比,发现与斯里兰卡石等已知天然矿物存在差异,而与一种人工合成晶体Zr5Ti7O24在化学成分和晶体结构上较为相似,可以初步推断Ti-Zr-U氧化物为一种未被人们发现的新矿物。     

红河-哀牢山剪切带角闪岩中角闪石变形特征及地震波各向异性

角闪岩作为中下地壳的重要物质组成,其岩石和矿物的变形行为及力学强度表现直接制约着中下地壳力学属性与状态,因此开展对其中重要组成矿物角闪石的变形行为和地震波各向异性研究,具有重要地质意义.以红河-哀牢山剪切带中出露的变形角闪岩中角闪石为研究对象,其中显微构造分析表明,变形角闪岩分别呈现出粗、中粒条带状糜棱岩和细粒条带状超糜棱岩.分别对这3种变形岩石中的角闪石矿物颗粒进行了EBSD晶格优选定向分析和地震波各向异性计算,结果表明3种变形角闪岩中的角闪石呈现出不同取向及典型晶质塑性变形特征,(100)[001]主要滑移系发育,同时发育不同程度的(010)[001]和(110)[001]次级滑移系.我们认为在剪切变形过程中,角闪石双晶滑移和解理面滑移共同作用致使角闪石细粒化.从粗粒到细粒条带状角闪石,随着角闪石颗粒粒度减小,角闪石中AV_p也有逐渐变小的趋势,表明角闪石变形行为、形态优选定向及晶格优选定向共同影响着地震波各向异性.     

云南高黎贡山典型斜长角闪岩地震波速、各向异性及其晶格优选定向的研究

斜长角闪岩和角闪岩相变质岩石是大陆中—下地、岛弧深部地壳以及俯冲大洋地壳中最重要的组成岩石之一,查明目前地壳中斜长角闪岩的体积含量、空间分布及其应变状态对于深入研究大陆地壳的形成与演化过程极其重要.笔者等实验测量了云南高黎贡韧性剪切带典型变形斜长角闪岩7个关键性方向上的地震(P和S波)波速随静水围压(0～600 MPa)的变化规律,并利用电子背散射衍射(EBSD)技术测定了主要造岩矿物角闪石、斜长石和石英的品格优选方位,查清斜长角闪岩中地震波速各向异性与剪切波分裂的成因,确定斜长角闪岩中有限应变椭球与波速椭球的对应关系,为今后利用原地地震波速的各向异性调查地壳深部区域构造应变场提供必要的实验和理论基础.     

超高压榴辉岩中绿辉石组构和变形机制研究进展

榴辉岩中绿辉石晶格优选方位(LPO)类型主要有S型(压扁型)组构、L型(收缩型)组构、L-S中间型组构、退火型组构,其中L型和S型组构是绿辉石在超高压岩石中最发育的组构类型.矿物组构的产生与变形机制密切相关,目前还无法解释绿辉石LPO产生和变化的原因.对天然绿辉石变形机制的最新研究进行了评述,包括位错蠕变产生变形绿辉石LPO的传统观点,以及扩散蠕变伴随晶体各向异性生长和空间群转换两种新观点.使用费氏台对大别山双河地区榴辉岩中的绿辉石组构进行了测量,并用电子背散射衍射技术(EBSD)对测量结果进行了验证.结合榴辉岩的显微构造和绿辉石组构特征对大别山双河超高压榴辉岩中绿辉石的变形机制进行了初步探讨,认为其变形机制以位错蠕变为主.     

滇西哀牢山深变质杂岩新生代多期变质、剪切变形及地质意义

造山带内大型走滑断层带的运动、变形及变质事件的精细厘定,对研究造山带演化具有重要意义。沿着红河-哀牢山走滑断裂带出露大量深变质杂岩体,这些深变质杂岩保存了极其丰富的变形-变质以及热-构造演化信息。本文重点以红河-哀牢山走滑断层带中的变基性岩和变泥质岩为研究对象,开展了详细的宏观和显微构造、岩相矿物组合、变形温压条件及年代学的综合分析。所有的结果表明哀牢山深变质杂岩经历了至少三个阶段的变质以及依次的变形,即早期进变质阶段(M1)、峰期麻粒岩相变质阶段(M2)(T=780～840℃,P=～0. 95GPa)以及峰后近等温减压阶段(M3),具有明显的顺时针PT演化轨迹。获得片麻岩中的锆石边的变质或熔融年龄为35. 2±0. 9Ma～33. 9±0. 8Ma。同时结合EBSD变形矿物晶格优选定向分析,可以确定峰后近等温减压阶段(M3)与区域左行剪切变形阶段相一致。     

辽东鞍山齐大山韧性剪切带运动学解析及形成机制

关于太古宙早期地壳演化构造机制的争论已经持续了数十年,其焦点主要集中于水平构造还是垂向构造两大经典构造模式的探讨.对于早期地壳构造演化方面的研究,将会有助于我们更好地理解早前寒武纪的地球动力学机制.本文对华北克拉通东北部鞍山地区花岗-绿岩带内齐大山韧性剪切带的构造变形特征进行了详细的解析,揭示了该区新太古代垂向构造作用样式.研究结果表明,齐大山韧性剪切带内花岗质岩石长英质矿物塑性拉长特征明显,条带状构造发育,面理向NWW方向陡倾,不对称组构特征和矿物拉伸线理产状指示向NWW的陡倾正滑移剪切作用.变形岩石中的长英质矿物均发育中低温显微变形特征,石英C轴电子背散射衍射（EBSD）组构分析揭示石英以菱面＜a＞和底面＜a＞滑移系为主,岩石经历了中低温非共轴变形.根据矿物的变形行为以及石英的结晶优选方位推测变形温度约为400~500℃,岩石变形特征以位错蠕变为主.有限应变分析结果表明,靠近铁矿带方向,构造岩类型由L=S构造岩过渡为LS构造岩,岩石应变强度呈明显增强趋势.运动学涡度测量结果显示齐大山韧性剪切带内大多数岩石样品的W_k值大于0.75,岩石形成于以简单剪切作用为主的一般剪切作用.对比花岗-绿岩带西侧的白家坟韧性剪切带,显示二者均具有相向的陡倾正滑移运动学特征,表明新太古代时期鞍山地区地壳构造演化模式以垂向构造作用为主.      

阿尔金山喀腊大湾地区变形岩石EBSD组构分析

岩石组构是指组成岩石的矿物在岩石中分布的各向异性,EBSD(Electron Back Scattered Diffraction)岩组分析就是运用电子背散射衍射技术测定岩石结构要素——岩石中矿物分布的规律性。本文作者运用EBSD技术方法,对阿尔金山喀腊大湾地区变形岩石的组构分析显示,花岗质糜棱岩和蚀变变形花岗岩中,石英变形机制是以中温I级柱面(10-10)0001和中高温II级柱面(10-10)0001滑移为主,少量为中低温底面(0001)11-20滑移;而在变形火山岩中,石英变形机制是以中低温底面(0001)11-20滑移系为主。在区域南北向剖面分布上,接近阿尔金北缘断裂和白尖山断裂的中北部变形温度较高,向南变形温度有逐渐降低的趋势。从岩石组构特点结合宏观构造分析,可以认为本区北段属于中—中深层次(15~25km,t=350~550℃,P=0.40~0.60GPa)的韧性变形,而中南段为中浅层次(10~15km,t=250~350℃,P=0.25~0.40GPa)的韧脆性变形。结合不同变形特点花岗岩的年代学资料,确定构造变形的时代为早古生代。上述特征与区域上发育板块碰撞带,且北部发育高压榴辉岩和蓝片岩的构造部位以及该构造变形带的演化历史相吻合。     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

土钉支护失稳分析

某基坑采用复合土钉墙支护,开挖至坑底后,基坑北侧发生失稳事故。本文就其事故发生原因作一探讨。     

地震次生地质灾害风险评估集对态势分析

5．12四川汶川8级强震引发了大量次生地质灾害,加剧了灾情并严重影响抗震救灾。地震次生地质灾害受多重因素制约,其孕育与致灾过程具有不确定性。利用集对分析原理与方法,对地震次生地质灾害进行同异反态势分析,拟定了风险评估的集对分析同一度、差异度、对立度等指标体系的构建原则与赋值标准,对承灾体系统的不确定性及其作用作了刻画与分析,建立了不同风险分区代表性的集对分析联系度表达式,为地震灾害研究提供了可资借鉴的新思路和技术方法。     

下扬子区三叠纪古地理演化

下扬子区在三叠纪期间接受了早-中三叠世海相碳酸盐沉积、中-晚三叠世海陆交互相和陆相湖沼沉积.沉积相带的空间分布和古地理格局的变迁明显地受到区域构造的控制.区内盆地发育与演化是在华南板块与扬子板块、扬子板块与华北板块相互作用的背景下进行的.早-中三叠世末期的印支运动是下扬子区构造-古地理格局改变的决定性因素,使下扬子海盆闭合,沉积类型由海相沉积变为陆相沉积.下扬子区三叠纪古地理的演化特征也为板块碰撞提供了沉积证据.     

多年冻土融沉性分类研究

在冻土工程中,冻土的融沉性评价是工程地质勘察的主要内容之一,融沉性分类是冻土地基基础设计施工的重要依据．根据345个冻土原状样品融沉压缩试验数据,提出了细砾、砂土、粉土、黏性土、泥炭化黏性土和泥炭质土等6类土的融沉系数一含水量或融沉系数一超塑含水量线性回归方程式,得到与各融沉性分级相应的界限含水量或界限超塑含水量．最后...     

Kinetics of dehydration of Ca-montmorillonite

Isothermal thermogravimetric experiments have been carried out to determine the reaction kinetics of the dehydration processes in fuller's earth, a natural Ca-montmorillonite. Dehydration in swelling clays is a complex reaction, and analysis of the thermogravimetric data using empirical rate equations and time-transformation analysis reveals that the nature of the rate controlling mechanism is dependent upon both the temperature regime of the sample as well as the extent of reaction. For fuller's earth, we find that the dehydration kinetics are dominated by a nucleation and growth mechanism at low temperatures and fractions transformed (stage I), but above 90 °C the last stages of the reaction are diffusion controlled (stage II). The activation energy for dehydration during stage I is around 35 kJ · mol⁻¹, whereas the removal of water during stage II requires an activation energy of around 50 kJ · mol⁻¹. These two stages of dehydration are associated with primary collapse of the interlayer (stage I) and movement of water that is hydrated to cations within the interlayer (stage II). Received: 28 August 1998 / Revised, accepted: 27 January 1999