通过构造岩鉴别岩石动态重结晶的机制

岩石如书,包含着丰富的地球演化信息。通过破解这本天书,地质学家得以了解发生在地球内部的地质过程。构造岩中的显微构造是“写在岩石中的变形过程”。通过显微构造观察,可以了解岩石矿物的变形机理。以天山造山带内发育的糜棱岩为具体实例,介绍了中、下地壳层次变形岩石动态重结晶的机理及形成的相关显微构造的特点。由于构造岩均是经历过重结晶作用的产物,显微观察只能揭示变形矿物重结晶的机制。在中、下地壳层次,矿物动态重结晶的主要机理分为3种（从低温到高温）：膨胀鼓出(BLG,又称膨凸)、亚晶粒旋转(SGR)和高温颗粒边界迁移(GBM)。这3种方式形成各具特色的显微构造：BLG形成近等粒交叉舌状构造;SGR产生定向排列的拉长新颗粒条带;而GBM造成典型的具不规则状颗粒边界、大小悬殊的新颗粒组合、颗粒内部波状消光不明显的显微构造。除了温度条件外,应变速率对动态重结晶机制也有明显的影响。在显微构造观察过程中,详细、全面应该是最重要的原则。     

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。     

糜棱岩的重结晶作用及其显微组构

重结晶作用在糜棱岩中广泛存在,是与应变硬化相反的一种软化作用。依据形成机制和过程可以划分为动态重结晶和静态重结晶作用。动态重结晶发生在韧必菜过程中,消除晶粒内应力,并改变其大小和形态。其作用方式有颗粒边界迁移重结晶和亚晶粒旋转重结晶两种。静态重结晶发生在韧必菜晚期或期后温度升高环境中,消除晶内变形组构减少颗粒边界区域,形成稳定多边形大粒晶体。     

北喜马拉雅穹隆带然巴韧性剪切带石英动态重结晶颗粒的分维几何分析与主要流变参数的估算

位于北喜马拉雅穹隆带东段的然巴构造穹隆外围发育环形韧性剪切带,带内岩石经韧性剪切形成各类糜棱状岩石。石英为带内变形岩中最为常见的造岩矿物,在不同的温度、应变速率下产生不同的显微构造,其中动态重结晶最为常见。重结晶新晶颗粒边界普遍具有锯齿状或港湾状结构,是应变和变形环境的天然记录。新晶粒分维几何统计分析表明:带内动态重结晶石英颗粒边界形态具有自相似性(1≤D≤2),表现出分形特征,分维数值为1.14～1.19,变形温度大约500℃。同构造变质环境属中——高绿片岩相;初步估算古应变速率可能低于10^-9.5S^-1;根据重结晶粒径估算变形古应力6.2～58.8MPa。     

阿尔泰造山带内韧性剪切带的显微、超显微构造和变形机制

阿尔泰造山带的剪切带中发育大量S-C糜棱岩,其内云母产生云母鱼和扭折构造并发生边界重结晶。长石发生不同性质的系列变形,并以出熔成核为主的动态重结晶为主要变形机制,同时伴有强烈的扩散作用,属Naborrow-Herring蠕变。石英的变形呈条带状并发生完全的旋转和边界迁移动态重结晶。石英晶内变形以位错运动和动态恢复为主,形成亚颗粒构造及动态重结晶,以致产生应变弱化和超塑性变形,定量分析确定的石英变形机制主要为低温幂指数蠕变。     

伸展作用过程中石英变形与重结晶的微观机制

在伸展作用过程中，石英的变形主要表现为三种不同类型变形石英的出现：SGR-R型以中高温条件下的亚颗粒旋转与动态重结晶为主要特点；GBM-R型以中低温条件下的局部颗粒边界迁移与重结晶过程为主；FC型以低温条件下破裂和碎裂作用为主要特点。三种石英变形类型及其变形机制主要受三方面的影响：区域伸展环境的存在；伸展抬升作用过程中变化的p-T条件；变形岩石中的微量流体的参与。     

华北克拉通基底花岗质片麻岩变形和流变学研究——以辽西寺儿堡地区为例

辽西寺儿堡镇新太古代花岗质片麻岩内发育的宏观、微观构造变形特征表明该地区曾遭受了强烈的韧性变形改造。花岗质岩石变形程度在初糜棱岩–糜棱岩之间,岩石经历了SWW向左行剪切作用改造。岩石中石英有限应变测量判别结果表明,构造岩类型为L-S型,为平面应变。岩石的剪应变平均值为1.43,运动学涡度值为0.788~0.829,指示岩石形成于以简单剪切为主的一般剪切变形中。此外,石英颗粒以亚颗粒旋转重结晶和颗粒边界迁移重结晶作用为主,长石颗粒塑性拉长,部分发生膨凸式重结晶作用;石英组构特征(EBSD)揭示石英以中–高温柱面滑移为主;石英颗粒边界具有明显的分形特征,分形维数值为1.151~1.201,指示了中高温变形条件。综合石英、长石的变形行为、石英组构特征以及分形法Kruhl温度计的判别结果,推断辽西寺儿堡镇新太古代花岗质片麻岩经历过480~600℃的中高温变形,其同构造变质相为高绿片岩相-低角闪岩相。花岗质岩石的古差异应力为10.62~12.21 MPa,估算的应变速率为10~(–11.67)~10~(–13.34) s~(–1),即缓慢的变形,可能记录早期中高温、低应变速率的韧性变形过程,反映华北克拉通基底中下部地壳变形特征。     

糜棱岩化过程中锆石的稳定性——以西南三江高黎贡、西盟地区花岗质糜棱岩为例

自然条件下锆石的稳定性对于合理解释锆石年龄及深入理解锆石同位素年代学有重要意义。本文对西南三江造山带高黎贡山和西盟地区的花岗质糜棱岩进行了显微构造和锆石U-Pb年代学研究。高黎贡山和西盟糜棱岩中主要造岩矿物长石、石英、云母发生了明显的变形和重结晶,而锆石则以独立晶体或以残留核的形式保存了原始的岩浆结构。高黎贡山和西盟糜棱岩锆石U-Pb年龄分别为513±8 Ma和459±2 Ma,代表花岗质原岩的时代。受新生代构造变质影响,锆石边部发育有窄的海绵状结构和溶蚀结构,指示变质重结晶作用发生在有少量流体参与条件下。石英变质机制为颗粒边界迁移重结晶,指示变形温度为500~700°C。石英C组构EBSD分析表明,糜棱岩经历了早期550~650°C和晚期400~550°C的递进变形作用。岩石显微构造、锆石结构及年代学研究结果表明,岩石糜棱岩化过程中,还有少量流体参与的情况下,温度在550~650°C时锆石晶体结构就受到破坏,发生变质重结晶作用。这为解释自然界复杂条件下锆石年龄提供了重要约束。     

断层岩中变形矿物的镶嵌状消光及其成因

本文研究了断层岩中变形矿物内部常见的显微构造现象——镶嵌状消光的特征及其产出状态、形成条件和机制。具镶嵌状消光的矿物实质是由若干细粒级的、互相紧密嵌合的碎裂消光亚晶粒组成,它们在形态、粒级以及产出、分布等方面都具一定的特征。该微构造现象是在相对低温、较高差异应力条件下形成的,为岩石脆性或韧脆性变形的结果,为一低温动态回复现象,属位错作用下的亚晶粒旋转形成机制。依据研究结果,作者将矿物在低温条件下碎裂作用的演化过程划分为位错→位错壁→碎裂亚晶粒→碎裂新晶集合体等四个阶段,并确定了镶嵌状消光现象的判別准则。     

断层岩中变形矿物的镶嵌状消光及其成因

本文研究了断层岩中变形矿物内部常见的显微构造现象——镶嵌状消光的特征及其产出状态、形成条件和机制.具镶嵌状消光的矿物实质是由若干细粒级的、互相紧密嵌合的碎裂消光亚晶粒组成,它们在形态、粒级以及产出、分布等方面都具一定的特征.该微构造现象是在相对低温、较高差异应力条件下形成的,为岩石脆性或韧脆性变形的结果,为一低温动态回复现象,属位错作用下的亚晶粒旋转形成机制.依据研究结果,作者将矿物在低温条件下碎裂作用的演化过程划分为位错→位错壁→碎裂亚晶粒→碎裂新晶集合体等四个阶段,并确定了镶嵌状消光现象的判别准则.     

辽河群变质序列再讨论

辽河群的原岩以泥质和泥砂质岩石为主,其经历了绿片岩相至角闪岩相变质作用,产生了丰富的变质矿物（矿物组合）.不同变质级别的矿物组合,是各自在变质作用峰期生成的,它们是空间上的并列关系,绝非时间上的先后关系,不能依此划分变质阶段和幕次,更不能用它们来做P-T-t轨迹.同一矿物组合内,通过滑动反应和综合反应,矿物之间达到一定温压条件下的平衡共生关系,各种矿物变质程度是相同的,形成时间是同时的或交错的.有的研究者认为,变质矿物形成序列为Chl→Bt→Gt→Stau→And（Ky）→Sill（Cord）,这种观点是值得商榷的.     

深层次构造岩中矿物多晶条带的塑性流动及对大陆岩石圈的构造意义

通过深层次构造岩中不同粒度矿物多晶条带塑性流动的比较和形成机理的探讨，得出矿物多晶条带的流度规律：在深层次构造岩中加工状态下生成的数种矿物多晶条带共生时，其晶粒较小着塑性流动的流度较大。结合单矿物多晶条带的粒度规律得出：在深层次构造岩中由动态重结晶所生成的数种单矿物多晶条带共生时，其中脆－韧性转化点温度较高的矿物，其多晶条带的塑性流动的流度较大。根据温压条件由低至高矿物的脆－韧性转化序列和岩石圈大陆部分各圈层的主要组成矿物，可知岩石圈大陆部分各圈层的塑性流动具有协调性。     

构造动力变质作用初论

本文提出了构造动力变质作用的基本概念。即在构造动力及其引发的动力热流共同作用下,岩石、矿物在构造运动中发生的形变、相变而呈现的变质作用。按构造动力变质作用的物理化学条件,动力变质岩的结构构造、动态重结晶和混合岩化作用、应力矿物共生组合关系及其空间分布等特征,将构造动力变质作用由弱到强划分为4个发展阶段和相应的4种基本变质类型——脆性、脆-塑性、塑性和动力热流变形变质,并论述了它们各自的基本特征。      

苏鲁榴辉岩在俯冲峰期-折返早期的递进塑性变形过程及对超高压变质岩石折返动力学的启示

榴辉岩的变形特征严重影响俯冲板片的流变学行为,而石榴石的变形机制又直接制约着榴辉岩的变形属性。本文在结合前人研究的基础上,通过对中国大陆科学钻探（CCSD）主孔榴辉岩中石榴子石的典型变形特征的详细对比和分析,进一步证明了榴辉岩在俯冲峰期条件下可以发生强烈的塑性变形。且俯冲峰期-折返早期经历了从以恢复作用主导的位错蠕变,到动态重结晶、扩散蠕变,再到静态重结晶和矿物生长的连续递进变形过程。其中,从动态重结晶到高温静态重结晶的转换,结合短时增温、局部熔融等证据,共同证明了在苏鲁超高压变质岩石折返过程中存在一个短暂的低应力“热”区间,在此前后,折返机制和驱动力发生了转变,由浮力作用下的快速折返转为以挤压透入性剪应力作用下的缓慢抬升阶段。     

深部地壳镁铁质岩石(斜长角闪岩)叶理的组成及形成机制分析--以辽东海城地区变质镁铁质岩石为例

高级变质镁铁质岩石叶理形成于地壳深部环境，对其组成及形成机制的深入研究有助于讨论在深部地壳(下地壳)环境中岩石的表现与流动过程。以辽宁海城马风地区广泛出露的斜长角闪岩为例，对变质镁铁质岩石中几种不同类型叶理的组成及形成机制进行初步探讨。显微构造分析结果表明，变质斜长角闪岩中主要发育三种具有不同特点的叶理构造型式：条带状、糜棱状和片麻状。作为岩石叶理的主要组成矿物。角闪石对叶理的形成贡献最大。斜长石在不同类型岩石中对叶理的形成作用不同。组成叶理的斜长石和角闪石矿物对的温压测算结果表明，它们形成于426～532MPa和58l℃～639℃之间。变质基性岩中叶理的形成是这种温度和压力条件下多种机制(包括晶体的定向重结晶作用、应力作用下的变质分异、晶质塑性变形、亚颗粒旋转动态重结晶)共同作用的结果。     

阿尔泰海西造山带区域变质作用类型与地壳演化

新疆阿尔泰海西造山带主要发育两期区域变质作用.第一期变质作用属于区域低温动力变质作用类型,以形成低绿片岩相矿物组合为特征,变质温度较低,而应力作用较强,是造山作用初期热流活动较弱,构造变形强烈环境下的产物.第二期变质作用属于区域动力热流变质作用类型,以形成典型的递增变质带为特征.这一期代表造山作用主期热流活动强烈,伴随有构造变形和岩浆活动.不同的变质作用类型代表了不同的大地构造环境,记录了造山带的演化历史和动力学过程.     

徐武家麻粒岩相糜棱岩

内蒙中部土贵乌拉南徐武家早前寒武纪麻粒岩地体中发育北东向韧性剪切带,其中发现有宽达5km 的麻粒岩相糜棱岩剖面,成分相当于紫苏辉长岩、钠质花岗岩和泥质岩的麻粒岩相糜棱岩出露齐全,保存完整。二辉斜长麻粒岩中紫苏辉石、斜长石、钾长石和透辉石斑晶普遍发育强烈的塑性形变;细粒重结晶相矿物组合 Hy+Di+Pl+Kf+Hb+Bi+Scap+Q 显示糜棱岩形成于麻粒岩相变质条件,二辉石矿物对给出温度 T=710℃。该糜棱岩带与麻粒岩相变辉长岩和地壳熔融型石榴子石花岗岩密切共生,这一事实既确证了韧性剪切带在麻粒岩变质过程中发育,为研究该区麻粒岩相岩带构造演化找到了一个构造标志,同时,也为深入探讨下地壳的实际构造过程,包括麻粒岩相条件下剪切形变发生的饥理以及克拉通化提供了地质实例。     

Deformation of granitic rocks across the brittle-ductile transition

A microstructural analysis has been carried out on mylonites and mylonitic gneisses of the Eastern Peninsular Ranges Mylonite Zone, which were formed over a range of metamorphic conditions from lower greenschist to amphibolite facies. Composite planar fabrics in the form of C and S planes are found at all metamorphic grades. Fractured feldspars, kinked biotites and ductile deformation of quartz characterize the lower greenschist facies mylonites. At mid-upper greenschist grade orthoclase grains show dynamic recrystallization textures whereas plagioclase exhibits low temperature plasticity with only minor recovery. Biotite ribbons form by progressive rotation and coalescence of kink band segments to produce chevron fold patterns. At epidote-amphibolite grade and above, recovery processes and annealing recrystallization predominate in all minerals. Residual orthoclase porphyroclasts show strain-related myrmekite formation along those sides of the grains that face the instantaneous shortening direction. Myrmekite formation due to replacement reactions cannot explain this geometry. It is proposed that the myrmekites formed due to a combination of exsolution, replacement and strain-enhanced diffusion.     

青海察尔汗盐湖现代沉积中的变质变形规律

应用基础资料从温度、压力、物性及物源诸方面阐明了盐湖成岩作用,从湖水演化及析盐过程讨论了矿物沉积序列。以卤水、盐类矿物、原生矿物、细菌活动以及岩石分带为特征阐明了盐湖沉积中的变质和变形现象。以结构面的力学性质及变形规律、应力矿物及矿物变质规律表征了应力条件下盐湖沉积中不同物质组分的变质变形状态及演变规律。从盐湖沉积物的“生长型组构”阐明其受力变化以及与新构造运动相连系的变质变形机制。