地壳脆塑性转化带非稳态流变与震后松弛变形机制

大陆浅源地震密集分布层称为地震层,该深度处于石英脆塑性转化带,其变形除受温度控制外,地震周期各阶段变形随应变速率和应力发生变化,从间震期的稳态蠕变转化为同震破裂和震后松弛阶段非稳态蠕变。与间震期长期蠕变相关的野外塑性变形和稳态流变实验研究非常多,而与震后松弛相关的地壳深部脆塑性转化和非稳态蠕变研究非常有限,更缺少非稳态流变的本构方程。震后松弛阶段的断层滑动研究和基于GPS观测数据反演地壳形变研究都依赖于非稳态蠕变实验数据及其流变模型。本文介绍了野外断层脆塑性转化带非稳态流变和高温高压非稳态流变实验研究进展,分析震后松弛阶段断层脆塑性转化带的变形特征与变形模式,讨论了非稳态流变与脆塑性转化带强度定量化研究中存在的问题。     

Carrara大理岩高温高压变形实验研究

利用高精度的Paterson高温高压流变仪对Carrara大理岩在高温(873~1173K)高压(~300MPa)以及约10-6~10-3s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。结果表明,在等应变速率条件下,其强度随着温度的升高而降低;在等温和等压条件下,其强度随着应变速率的增加先快速增加而后缓慢增加。在应变速率对差应力的双对数投图中,我们发现随着温度的升高拟合直线的斜率减小,并且在873K和高应变速率时973K温度下Carrara大理岩的流变本构方程服从指数律变化关系;而在高温(1073K和1173K)和973K低应变速率条件下Carrara大理岩的应力指数n为5.3~7.7,且服从幂次律变化关系。因此,Carrara大理岩在本研究的实验条件下主要有两种变形机制,一种是用指数律表示的高应力变形机制;另一种是用幂次律表示的中等应力变形机制。     

长春东南劝农山地区早二叠世范家屯组岩石变形组构及流变学特征

劝农山地区位于长春市东南部,处于佳-伊断裂和西拉木伦河缝合带交汇处.详细野外调查发现,该区曾遭受强烈韧性剪切变形,剪切带内岩石普遍糜棱岩化,主要由下二叠统范家屯组（P₁f）钙质糜棱岩与侵入其中的燕山期花岗质糜棱岩组成,变形程度处于初糜棱岩至糜棱岩之间,多具有糜棱结构.岩石应变类型主要为压扁型应变,偏一般压缩,为L=S型构造岩,指示其形成于挤压型剪切带的构造环境.多种宏微观韧性剪切变形标志,指示明显的左行剪切运动.电子探针方解石-白云石地质温度计、方解石和石英EBSD组构特征、方解石e双晶形态以及石英长石变形行为等均显示岩石具有低温塑性流变特点,变形环境不超过绿片岩相.剪切带内应变速率偏高,应变集中带应变速率最大,在10-6.95~10-8.89之间,远离强变形带应变速率在10-9.25~10-12.17之间,糜棱岩化作用过程中差异应力下限应大致为51.27~65.46 MPa,代表剪切带糜棱岩化作用为低温中等强度应变,在稍快的应变速率条件下形成.压溶扩散和双晶滑移为劝农山韧性剪切带变形初期的主要变形机制,随着递进变形,逐渐以双晶滑移和晶内滑移为主,递进变形晚期,局部强变形域内发生了粒间滑移.劝农山韧性剪切带形成与早白垩世中晚期伊泽纳崎板块NNW向高斜度斜向俯冲于欧亚大陆之下有关,是佳-伊断裂带左旋走滑事件的局部表现.      

宿县矿区祁南矿中煤级煤高温高压变形实验研究

为了深刻揭示构造作用下煤中孔、裂隙结构演化特征与机理,采集淮北宿县矿区祁南矿原生结构煤煤样,开展煤的高温高压变形实验(围压50 MPa,温度100～200℃,应变速率1×10~(-3)～5×10~(-6)/s,应变量10%～20%)。通过对温度、应变速率和应变量对煤变形的影响和实验变形煤孔裂隙结构特征分析,结果表明:温度增高,煤的塑性增强,温度达到200℃时,煤变形发生脆-韧性转变;煤的强度随着应变速率降低而减小,从而更容易发生变形;应变量增大加剧了煤脆性或韧性变形程度。同时,温度、应变速率和应变量也影响着煤的孔裂隙发育。随着煤变形程度的增强,显微裂隙越发育且组合越复杂,总孔容呈波动式变化,微孔孔容和比表面积在脆性变形时不断增大,后在韧性变形初级阶段时有减小的趋势。     

辉绿岩脆-塑性变形转化的高温高压实验研究

以天然叶腊石为传压介质, 在温度800~100 0℃、围压0.6~1.0 GPa和应变速率10-4~10-5 s-1条件下, 对Maryland辉绿岩的脆性-塑性转化进行了实验研究.实验结果表明, 在10-4~10-5 s-1应变速率和固定围压1.0 GPa条件下, 当温度低于800℃时, 岩石变形为典型脆性破裂; 温度高于1000℃时岩石变形以准稳态蠕变为主; 温度在800~950℃之间, 岩石变形从脆性破裂向准塑性流动转化.温度变化对岩石脆-塑性转化影响敏感度高于压力变化对变形的敏感度.显微构造观察显示, 辉绿岩脆-塑性转化以稀疏弥漫状共轭塑性流动网络为特征.      

胶东新城金矿床控矿构造变形环境：显微构造和EBSD组构约束

新城金矿床是典型的"焦家式"破碎带蚀变岩型金矿,矿体形态和规模都严格受到断裂破碎带控制,是探讨复杂构造-流体耦合成矿系统控矿构造变形环境研究的理想选区。断裂破碎带中构造岩既是构造变形行为的载体,也是相应变形环境的受体。论文在新城金矿详细露头构造解析的基础上,系统采集该矿床控矿断裂破碎带定向构造岩样品,进行显微构造和EBSD组构分析。研究区构造岩显微构造特征主要表现为韧性变形和脆性变形。韧性变形有波状消光、带状消光、亚晶粒、动态重结晶、核幔构造、丝带构造、碎(残)斑系、扭折带、变形纹、机械双晶、蠕英结构、云母鱼等;脆性变形有书斜构造和显微裂隙等。长石(残)斑系、扭折带、变形纹、蠕英结构和石英颗粒边界迁移动态重结晶、丝带构造等矿物变形特征表明断裂带成矿前以高温韧性变形为主;石英波状消光、亚晶粒、亚颗粒旋转和膨凸动态重结晶、方解石机械双晶、长石显微裂隙充填物等矿物变形反映成矿期兼有中低温韧性变形和脆性变形;压剪性穿晶裂隙则反映出成矿后主要是低温脆性变形。根据差应力、应变测量和EBSD组构分析,将新城金矿床控矿构造变形环境可以分为3个构造期:成矿前在NW-SE向挤压作用下发生韧-脆性左行剪切变形,600~700℃,差应力61.37~111.09MPa,应变测量轴比a/c为2.295~3.978,动态重结晶石英颗粒边界分维值为1.466~1.599,反映矿区为高温中高压高应变带变形环境,应变速率较大;成矿期为NW-SE向逐渐NEE-SWW向转变的挤压作用,发生压剪性脆性变形,200~500℃,差应力65.91~135.68MPa,应变测量轴比a/c为1.403~2.204,动态重结晶石英颗粒边界分维值为1.321~1.378,反映矿区成矿期为中低温中高压低应变带变形环境,反应速率较小;成矿后在NWW-SEE向挤压作用下发生压剪变形,150~300℃,反映低温低压脆性变形环境。     

鞍本地区前寒武纪铁建造中阳起石的变形显微构造研究

研究表明鞍山-本溪地区前寒武纪铁建造中的阳起石经受了褶皱或剪切变形作用,在相当于绿片岩相的温压条件下可形成波状消光,(001)裂理,扭折、机械双晶,重结晶等显微构造.由裂理及扭折带推导的一组滑移系为(001)[100],扭折造成的机械双晶具有S=0.57的剪切值,其双晶系统为(100)[001].     

青海可可西里北缘韧性剪切带的显微构造特征

在可可西里北缘发现的糜棱岩化带,经显微构造研究确定为韧性剪切带。此带发育流劈理及拉伸线理。糜棱岩化花岗岩和糜棱岩化石英脉中的石英发育亚晶粒构造、位错构造和动态重结晶,长石主要发育机械双晶。石英c轴组构属韧性剪切带中的典型形式,石英变形以位错蠕变机制和位错滑移机制共存为特征,石英的动态重结晶作用是由亚晶粒旋转机制形成。长石的变形主要是通过机械双晶实现的。此韧性剪切带形成时的温度约400℃,差异应力约30MPa,应变速率约1.9×10^-13s^-1.     

江南造山带东段璜茅-五城-屯溪韧性剪切带塑性变形及流变学研究

江南造山带东段皖赣相邻区璜茅-五城-屯溪韧性剪切带野外现象、室内显微构造特征表明其经历了较为强烈的韧性剪切变形。岩石经历了NNE向右行剪切改造,变质变形程度为初糜棱岩-糜棱岩阶段,少量达超糜棱岩阶段。结合石英普遍发育边界迁移重结晶、长石多以塑性拉长和少量膨凸重结晶的变形行为特征、石英C轴组构显示出中-高温柱面和菱面滑移为主、重结晶石英颗粒大小-频数及分形维数(1.1646～1.2007),Kruhl温度计测算,揭示了璜茅-五城-屯溪韧性剪切带以中高温位错蠕变变形为主,变形和糜棱岩化环境在450～600℃的中深地壳范围,相当于中高绿片岩相-低角闪岩相。同时,岩石变形的古差异应力为20.76～30.04 MPa,估算所得应变速率主要介于10~(-14)～10~(-11) s~(-1),指示了中高温、低应变速率的韧性变形条件。已有的变形年龄显示,该韧性剪切带为加里东构造事件产物,主要的动力来源与江山-绍兴断裂带发育的陆内俯冲作用主应力在远离造山带的转变相关。     

五莲拆离断层带动态重结晶石英颗粒的分形特征及流变参数估算

五莲拆离断层带中石英韧性变形明显,在野外主要表现为条带状、拔丝状,显微镜下主要表现为多晶石英条带,发育亚颗粒旋转重结晶和膨凸重结晶,剪切带经历了中低温条件下的变形,变形温度为300～450℃。利用分形方法对石英颗粒边界的研究表明,发生动态重结晶的石英颗粒边界具有统计学意义上的自相似性和明显的分形特征,亚颗粒旋转重结晶石英颗粒分维数介于1. 260～1. 319之间,均值1. 276;膨凸重结晶石英颗粒的分维数为1. 217～1. 297,均值为1. 256;根据石英粒径估算出亚颗粒旋转重结晶和膨凸重结晶作用变形阶段的古差异应力,分别为7. 84～21. 58MPa和18. 51～56. 65 MPa;基于分维值计算的应变速率计算公式,获得亚颗粒旋转与膨凸重结晶石英颗粒的应变速率分别为10-8. 4～10-7. 7s-1、10-10. 5～10-9. 7s-1;基于石英流变率计算,亚颗粒旋转重结晶的石英应变速率介于10-12. 88～10-11. 73s-1之间,膨凸重结晶的为10-13. 72～10-12. 46s-1。本地区韧性变形的应变速率大于一般性韧性剪切带应变速率,可能与拆离断层带的快速拆离伸展作用有关。     

大理岩脆-韧性转换变形实验研究

本文利用两组大理岩岩样进行脆-韧性变形有实验，一组在室温条件，围压变化范围为20-400MPa；另一组围压为50MPa，温度变化范围为15-200℃。前者发生脆-韧性转换的围岩范围为50-400MPa，其中变形最敏感的围压为50-150MPa，脆-韧性转换过程表现为应变硬化作用；后者发生脆-韧性转换的温度为50-200℃，其中变形最敏感的温度为100℃左右，脆-韧性转换过程表现为应变软化作用为主。在变形（实验）岩样宏观变形行为和微观构造特征分析的基础上，讨论了岩石脆-韧性转换变形的若干标志（包括力学性质、宏观变形行为和显微构造标志等），并阐明了大理岩脆-韧性转换变形方式是以微破裂、晶内滑移和碎裂流动作用为主。这些实验研究结果对于地壳中浅层次构造变形及表层构造软弱带成因研究肯有重要意义。     

上地壳断层带的低温韧性破裂作用机制

应用多种分析方法对采自西南非那米比亚Ｄａｒｍａｒａ区Ａｕｔｓｅｉｂ断层带内的变形方解石质大理岩进行了显微和亚显微构造研究,发现在上地壳环境中碳酸盐岩的变形具有其特殊性,表现为形成的构造岩所特有的两种结构反差,即①极细粒（微米级）基质与极粗粒（厘米级）残斑;②宏观碎裂状结构与微观糜棱状结构。宏观脆性变形组构和微观韧性变形组构的共存是一系列不同变形机制综合作用的结果,包括晶内双晶作用和扭折作用、晶内和晶间韧性破裂作用以及沿颗粒边界的压溶作用等。韧性破裂作用,即由双晶作用、位错蠕变和动态重结晶作用诱发…     

汉诺坝新生代玄武岩中下地壳麻粒岩包体的变形显微构造特征及其地质意义

新生代玄武岩中的下地壳包体,由于从下地壳被快速携带至地表,因此保留了下地壳的直接信息.华北北部汉诺坝新生代玄武岩中除了含有丰富的幔源包体之外,还含有许多下地壳麻粒岩包体.本文的主要目的是通过对该区下地壳麻粒岩包体的变形显微构造和位错亚构造特征的详细研究,探讨下地壳的变形特征和变形机制.光学显微镜下观测表明,下地壳麻粒岩包体的低温(＜800℃)样品中确实发育显微破裂,但变形双晶、变形条带、扭折带也同样发育,动态重结晶作用也开始出现.随着温度、压力的升高,变形双晶、变形条带、变形纹、扭折带和重结晶新晶粒等塑性变形特征占主导地位,而显微破裂则主要表现为由塑性失配引起的显微破裂以及流体包裹体面.而明显不同于Ivrea带地体麻粒岩,在这些包体中未发现与韧性剪切有关的变形显微构造特征.透射电镜观测表明,包体中的斜长石和辉石颗粒普遍发育自由位错、位错列、亚晶界、新晶界、变形双晶、包裹体列和出溶片晶等位错亚构造.上述观测结果表明,下地壳变形作用以塑性变形为主而不是准脆性变形,其变形机制主要为位错的滑移和攀移机制,其中包括机械双晶作用和动态重结晶作用.     

辉长岩脆-塑性转化及其影响因素的高温高压实验研究

本文利用高温高压多功能三轴实验装置,以NaCl为固体围压传压介质,在围压为450MPa~800MPa,温度区间为600℃~1150℃和应变速率为1×10-4~3.125×10-6/s条件下,对攀枝花辉长岩进行了流变学实验研究。实验结果表明,辉长岩围压在450MPa~800MPa条件下,温度在600℃时为脆性变形,700℃~850℃时为半塑性流动,含微破裂,大于900℃时为塑性流动。辉长岩的脆-塑性转化温度为700℃~900℃,主要影响因素为温度、围压和应变速率,同时存在双相流变学问题。      

长乐-南澳韧性剪切带中糜棱岩变形微构造研究

 长乐-南澳韧性剪切带糜棱岩的显微变形机制有粒间滑动、粒内滑动、位错及其滑移和蠕变、应变的局部恢复等。石英丰富的韧性变形和位错特征以及长石的脆一弹性变形说明糜棱岩形成于绿片岩相条件,变形时的温度约为300-350℃。石英塑性变形处于重结晶一软化阶段和热加工一恢复阶段。由位错密度和动态重结晶颗粒粒径计算了差异应力和应变速率,分别为56.8-99.7MPa,(0.35-1.61)×10^-13s^-1和175.8-406.9MPa,(0.7-7.2)×10^-12s^-1,二者较大的差值表明糜棱岩是缓慢上升至地表的,这一结论与应变局部恢复现象一致。该韧性剪切带是闽粤沿海早白垩世末碰撞造山的产物。     

桐柏杂岩北界剪切带的构造变形特征研究

桐柏杂岩北界剪切带是桐柏—大别造山带发育的一条大型的左行走滑韧性剪切带,发育糜棱岩、超糜棱岩以及强直片麻岩等强变形岩石。通过对剪切带内岩石的矿物共生组合、剪切带的位移量计算、石英的分维数计算、石英颗粒的差异应力以及应变速率的估算等多种方法分析结果显示:桐柏杂岩北界剪切带的位移量为38.3~41.1km;动态重结晶石英颗粒边界统计数据的相关系数R均大于0.96,动态重结晶颗粒边界具有统计意义上的自相似性;分维数为1.207~1.302之间,从剪切带的核部向边部,颗粒粒径和分维值的变化是逐渐变大的。石英的分维值反映出石英的动态重结晶与剪切带密切相关,变质变形由剪切带核部向边部逐渐减弱。桐柏杂岩北界剪切带的差异应力值为23.583~46.983 MPa之间,应变速率为1.70×10~(-11)~9.74×10~(-11)s~(-1)。通过对比剪切带内动态重结晶石英颗粒的粒径、差异应力和应变速率可以发现,差异应力与应变速率表现出一定的正相关性,都随着从剪切带的核部到边部慢慢变小;而石英的粒径则与差异应力和应变速率表现出负相关性,从剪切带核部到边部,随着石英粒径的变大,差异应力和应变速率变小。差异应力越大,导致石英颗粒的受力强度越大,变形越强,表现出来的就是应变速率越强。从显微构造变形角度来研究认识该剪切带,对揭示桐柏—大别造山带的构造演化以及构造模型的建立有着重要的构造意义。     

运用显微构造分析方法讨论西秦岭某铀矿床矿化活动的构造环境

本文运用显微构造分析方法,讨论成岩期后铀矿化活动的构造环境。文中指出:矿化活动的首要条件是构造扰动;铀源质量改善和其后的叠加富集是矿化过程中的两次重要事件;吸附着铀的炭经构造重结晶作用从晶体中排出,从而改善了铀源质量;获释的炭和铀沿张性、张扭性裂隙聚集形成矿体;构造的作用在于提供了改变铀源的动力条件和矿化富集的空间场所。 方解石变形双晶、压溶缝合线等显微构造分析结果,一致表明区内引起变形的主应力近于水平。由压溶和重结晶前后矿物总表面积的变化推算的矿物表面能的变化为0.133J/cm3,以衡量应力强度。由动态重结晶颗粒粒度法估算的贮存着矿体的断裂的差异应力(σ_1-σ_3)为24—51MPa,且铀量随差异应力的增大而增加。     

白云石有序度与流变特征的研究进展

白云石CaMg(CO3)2常见于白云岩、灰岩及大理岩中,其稳定的温压范围很广,是研究俯冲隧道变形、全球碳循环和地幔交代作用的重要矿物。白云石的有序度可能与重结晶过程相关,温度是影响白云石有序度的关键因素,压力对白云石有序度的影响较弱。在1~3 GPa 下白云石完全无序的转变温度为1150~1200℃,Fe、Mn、Cd 离子含量的增高可显著降低白云石结构无序化的转变温度。天然变形的白云石常发育由底面c 滑移控制的晶格优选定向。根据白云石的流变律,在天然 应变速率下（10-15~10-12 s-1）,>400℃细粒白云石以扩散蠕变为主;而粗粒白云石以位错蠕变为主,只有在高温下（>600~700℃） 扩散蠕变才成为主控变形机制。分解反应或者动态重结晶可导致白云石流变强度的显著下降,应变集中。白云石c滑移的临界剪应力随温度升高而增大的现象可能与白云石有序度的变化有关,而围压、水逸度和成分对白云石流变的影响尚不清楚,定量研究白云石的有序度与流变学性质的相关性将为追踪碳酸盐岩和大理岩的成岩和变形历史提供新的信息。     

上地壳环境中的流体作用与灰岩的脆—韧性转变

对取自西南非纳米比亚Damara造山带Waterberg断层带中的细粒灰岩的变形结构与亚微结构开展的多方面综合研究 ,揭示出在流体相遍布的上部地壳环境中 ,细粒灰岩的变形属性具有双重性 :脆性与晶质塑性。这种双重性突出表现在破裂与微破裂构造的广泛发育 ,以及细粒动态重结晶颗粒沿着破裂带 (面 )的出现。导致这种双重过程的主要因素在于岩石变形作用过程中流体相的介入。破裂与微破裂的出现 ,为流体相介入岩石变形提供了通道 ,使得流体相能够弥散于高应变带及高应变晶体内。水解弱化是流体相影响岩石变形的重要机理。流体相促进位错滑移与攀移 ,并加速应变颗粒的恢复作用 ,以协调破裂过程。     

舒兰韧性剪切带应变分析及石英动态重结晶颗粒分形特征与流变参数估算

舒兰北东向韧性剪切带位于佳木斯-伊通断裂带(佳-伊断裂带)中南段, 剪切带内糜棱岩具有明显左行走滑特征, 片麻理产状近NNE向.糜棱岩中长石有限应变Flinn图解判别岩石类型为L-S型构造岩, 属拉长型应变.石英C轴EBSD组构分析表明, 石英组构以中低温菱面为主, 滑移系为{0001} < 110>.剪切带内糜棱岩的剪应变为0.44, 不同方法计算所得运动学涡度值均大于0.95, 指示剪切变形以简单剪切为主.综合矿物变形温度计、石英C轴EBSD组构、石英的粒度-频数图及Kruhl温度计综合估计该韧性剪切带变形机制以位错蠕变机制为主, 变质相为低绿片岩相, 发生韧性变形和糜棱岩化温度范围在400~500 ℃之间.糜棱岩内石英动态重结晶新晶粒边界普遍具有锯齿状或港湾状结构, 利用分形方法对其重结晶新晶边界研究表明, 这些晶粒边界具有自相似性, 表现出分形特征, 分形维数值为1.195~1.220.根据石英重结晶粒径估算差应力值为24.35~27.59 MPa, 代表了舒兰韧性剪切带糜棱岩化作用过程的差异应力下限.使用不同实验方法估算、比较和分析了该剪切带古应变速率, 认为该速率应为10-12.00~10-13.18 s-1, 与区域性应变速率10-13.00~10-15.00 s-1对比, 说明舒兰韧性剪切带的应变速率与世界上大多数韧性剪切带中的糜棱岩应变速率一致, 是缓慢变形的结果, 其形成可能与早白垩世伊泽纳崎板块向欧亚大陆俯冲发生转向有关.