弱片理化石英砂岩构造微区特征

采自韧性剪切带外侧的弱片理化石英砂岩不同构造微区特征,显示岩石的片理化受到多方面因素的制约和影响,如岩石中砂粒的含量和砂粒的粒度。片理化过程砂粒有旋转和拉伸变形,粒度较小的颗粒优先旋转并有较大的拉伸应变量,颗粒粒度敏感变形机制是该岩石的主要变形机制。      

上部地壳岩石流动与显微构造演化--天然与实验岩石变形证据

岩石流动性和变形显微构造的发育直接受温度、压力、应变速率和流体相等制约 ,致使在不同地壳层次岩石的流动性表现出很大的差异。对上部地壳环境条件下天然和实验变形岩石的显微构造分析揭示出一系列具有不同特点以及由不同的成核、扩展和联合方式形成的破裂与微破裂型式的存在。讨论了在上部地壳环境中 ,温度与围压的变化对岩石破裂的影响 ,并阐述了高压破裂与低压破裂及其力学、流变学和显微构造特点 ,提出高压破裂对应于天然变形环境下出现的剪切 (挤压 )破裂 ,而碎裂岩带是典型的天然低压破裂 ,其低压环境的出现可以是浅部低围压或深部高流体压力所致。流体相的存在不仅可以引起石英 ,也可以引起方解石类碳酸盐岩矿物的水解弱化 ,并进而导致岩石流动机制的转变。岩石变形及流体等因素所致的岩石粒度变化 ,则从另一个方面影响着上部地壳岩石流动性的变化。从变形环境考虑 ,随着深度的加大 ,温度和压力升高 ,导致岩石由脆性向韧性转变 ;转变域内岩石的变形是一个复杂过程 ,是多种不同脆性和晶质塑性机制的综合。     

多相糜棱岩内第二相对应变局部化的影响——以秦岭群花岗质糜棱岩为例

糜棱岩韧性变形发生的应变局部化过程,尤其是多相糜棱岩第二相对基质相变形的影响一直是显微构造研究难点.研究表明糜棱岩借助颗粒边界滑移实现多相混合,形成多矿物相集合体.在多相糜棱岩内,第二相在基质相颗粒边界施加齐纳阻力,牵制基质相颗粒边界的迁移速率,破坏基质相颗粒的动态平衡过程,使基质相颗粒位于古应力计对应的颗粒粒度以下,导致基质相整体的表面积增大,促进扩散交换过程,提高了扩散蠕变,降低了基质相位错蠕变和结晶学优选方位(CPO)形成的效率,使变形机制从颗粒粒径不敏感蠕变机制(GSI)过渡为颗粒粒径敏感蠕变机制(GSS).另外,多相糜棱岩内的第二相具有诱导应变局部化的效应,使塑性应变局部化更为强烈,引起物质强度的变化,进而引起岩石变形过程和岩石圈流变行为的改变.选取秦岭群花岗质糜棱岩进行多相矿物糜棱岩定量化研究,结果显示花岗质糜棱岩伴随着云母含量的增多以及各相混合程度的增大,石英的颗粒粒度明显减小,CPO强度显著降低,基质相显微变形受第二相控制逐渐增强.     

论韧性剪切带研究及其地质意义

系统研究韧性剪切带变形岩在天然强剪切应力作用条件下常量元素迁移机制及活化转移的应力排序、微量元素迁移的动力控制、稀土元素配分变化和变形矿物晶体化学变异的应力制约等构成了当代韧性剪切带研究的前沿课题,也是当前糜棱岩岩石地球化学研究难点和精华所在。其研究成果将对动力成岩（成矿）机理的认识有重要的突破,具有重要的理论意义和潜在应用价值。对韧性剪切带及其变形岩石的研究现状和研究意义进行系统的综述,提出了未来韧性剪切带及其糜棱岩的研究方向和目标: ①系统研究糜棱岩中主要造岩矿物组合及其变形特征,计算剪切变形岩石的应力—应变参数,搞清韧性剪切带所处的应力应变环境;②系统研究韧性剪切带岩石在天然分强剪切应力作用条件下常量元素迁移机制及活化转移的应力排序问题;③系统研究剪切变形作用过程中岩石化学组成的微量和稀土元素变化,讨论强变形条件下岩石中微量元素活化和迁移规律,深入探讨微量元素迁移的动力控制,包括稀土元素配分变化的应力制约以及应变矿物晶格化学变化行为及其对其寄主的变形岩石元素（组分）在应变过程中迁移变化的制约和影响;④从理论上探讨天然强剪切应变条件下岩石中组分活化、转移与应力（应变）的因果联系,为深入探讨韧性剪切带动力成岩（成矿）作用提供理论的科学依据,为探讨中、下地壳中韧性剪切带的形成和演化提供科学依据（如韧性剪切带金的富集）,同时为韧性剪切变形作用条件下成岩、成矿地球化学作用提供理论和实验依据;⑤现代分析技术如激光同位素原位分析以及激光ICP MASS分析技术对研究变形域内的岩石（矿物）的元素和同位素的活化迁移规律,对深刻揭示糜棱岩化过程中的元素活化迁移机制提供更高质量的地球化学证据具有重要的作用。     

粒度对韧性剪切带岩石变形的影响

构造模拟研究表明, (1) 粒度是控制岩石流变性质的重要因素之一, 粒度越粗, 岩石粘度越高; (2) 粒状矿物含量与基质的比值越低, 粒度对岩石流变性质的影响就越小, 反之则越大; (3) 岩石的粒度差异对韧性剪切带的发育程度有着重要影响, 粒度越细, 韧性剪切带中有限应变越大.这些结果与野外所观察的地质现象及应变测量结果完全一致.      

应变软化在甘肃红柳河辉长质糜棱岩形成中的作用

本文论述的辉长质糜棱岩发现于甘肃北山红柳河蛇绿岩套中。在简单说明了糜棱岩的地质背景及特征、描述了变形岩石的显微构造特征之后，重点对糜棱岩形成过程中的应变软化机制作了论述。探讨了软化岩的存在、组构调整、粒度缩小，长石的动态重结晶，水以及主导变形机制的不断调整与转化等应变软化机制，在应力作用下使岩石逐步软化过程中所起的作用，得出这种糜棱岩是在拆离剪切作用下，应力在蛇绿岩中的软化岩石辉长岩中集中，从而形     

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。     

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。     

低应力区岩石变形记忆效应形成机制及失忆性

地应力信息储存于开挖后的岩石中,变形率变化法(DRA)是基于岩石变形记忆效应测量地应力的方法,正确的机制是认识变形记忆效应与推广、改进DRA法的基础。传统推测的机制并不能解释低应力区存在变形记忆效应及失忆性等现象。首先进行火山沉积岩试样的物理试验,证明低应力区仍然存在变形记忆效应,记忆信息可同时采用侧向应变及轴向应变测量,两者精度一致。提出在低应力区,岩石变形记忆效应机制为微裂纹接触面及颗粒接触面的摩擦滑动。基于此机制,采用弹性元件、黏性元件和圣维南体构建相应的轴对称理论基本单元模型及多接触面理论模型。进行不同放置时间下的单轴循环压缩试验。结果表明,由轴对称理论模型可以得到低应力区岩石变形记忆效应、侧向DRA曲线与轴向DRA曲线准确度一致且在记忆信息处向上弯曲等、并对失忆性现象进行了初探。理论模型与物理试验结果一致,由此证明微裂纹接触面及颗粒接触面的摩擦滑动可以得到低应力区岩石变形记忆效应。同时,理论模型及物理试验结果为提高DRA法的测量准确度提供了依据。     

鲜水河断裂带康定段雅拉河断裂深部应力应变状态及其孕震环境

鲜水河断裂带位于青藏高原东缘,是中国大陆内部地震活动性最强的大型左行走滑断裂之一,揭示其深部应力状态与应变是认识孕震环境和评估断裂带地震危险性的重要依据。本文选择鲜水河断裂带未来强震危险性较高的康定段作为研究对象,聚焦雅拉河断裂带内的糜棱岩,通过光学显微镜和扫描电镜（SEM）的显微构造分析、粒度统计、石英组构和Ti含量测试,确定石英递进变形过程中差应力的变化和不同阶段的变形温度,构建鲜水河断裂带康定段的地壳强度剖面。观测结果显示,糜棱岩在抬升过程中石英发生颗粒边界迁移（GBM）、亚颗粒旋转（SGR）和膨凸重结晶（BLG）三种类型的变形机制。构建的地壳强度剖面显示,雅拉河断裂带应变速率约为6.08×10^-13~1.62×10^-11s^-1,脆韧性转化带发生在~12.5±2.5km深度,该处岩石极限强度~145.5MPa。实际岩石强度（μ=0.383）小于理论破裂摩尔圆（μ=0.85）的岩石强度发育应变弱化。当韧性变形阶段由位错蠕变形成的应变局部化以及细粒化等机制降低岩石的强度至临界条件时,会导致破裂频次的增强,应力释放发生地震。同时,位错蠕变引起的应变弱化导致岩石强度降低,使高应力无法积累。     

The influence of stress history on the grain size and microstructure of experimentally deformed quartzite

Deformation of middle crustal shear zones likely varies with time as a result of the stress build-up and release associated with earthquakes and post-seismic deformation, but the processes involved and their microstructural signature in the rock record are poorly understood. We conducted a series of experiments on quartzite at 900 °C to characterize microstructures associated with changes in stress and strain rate, and to investigate the feasibility of carrying out grain size piezometry in natural rocks that experienced analogous changes. Differential stress (referred to simply as “stress”) was varied in two-stage experiments by changing strain rate and by stopping the motor and allowing stress to relax. The two-stage samples preserve a microstructural record that can be interpreted quantitatively in terms of stress history. The microstructure associated with a stress increase is a bimodal distribution of recrystallized grain sizes. The smaller grains associated with the second deformation stage accurately record the stress of the second stage, and the surviving coarse grains remain similar in size to those formed during the earlier stage. The transient microstructure associated with stress decrease is a “partial foam” texture containing a larger concentration of stable 120° triple junctions than occur in samples deformed at a relatively constant strain rate. Our results indicate that microstructures preserved in rocks that experienced relatively simple, two-stage deformation histories can be used to quantitatively assess stress histories.Grain growth rates during deformation are similar to rates observed in previous isostatic growth experiments, supporting theoretical approaches to recrystallized grain size, such as the wattmeter theory (Austin and Evans, 2007), that incorporate static growth rates. From an analysis of the experimental data for quartz recrystallized grain size, we find: 1) Recrystallized grain size quickly reaches a value consistent with ambient deformation conditions. We argue that this explains a good match between average grain sizes predicted by the wattmeter after complete recrystallization and the recrystallized grain sizes of the experiments. 2) The present formulation of the wattmeter overestimates the rates at which porphyroclasts recrystallize by as much as an order of magnitude, and 3) owing to problems with extrapolation of grain growth data for quartz, the wattmeter is not presently applicable to natural samples deformed at low temperatures. We present a simplified flow law for quartz, and suggest that the change in slope of the quartz piezometer at high stress (regime 1) is related to a switch to a linear viscous rheology.     

岩石圈的流变性与大陆动力学的科学基础

地球是一动态系统,其各层圈的构造运动归根究底就是多矿物复合岩石及其中各主要造岩矿物在变化的物理条件(例如,温度、围压、差应力、应变速率、应变方式等)下和化学环境(例如,氧逸度和水含量)中的形变。岩石流变学是一门研究岩石力学性质和变形行为的科学,现已成为定量大陆动力学和构造地质学发展的一个瓶颈,超越这个瓶颈,学科才能大踏步前进。本文对过去四十年来岩石流变学的实验和韧性变形域内古应力研究成果做了简明扼要的总结,特别关注尚存的问题与急需克服的困难。强调运用现代材料学、地球物理学和地球化学的新理论和新方法,改进与完善高温高压实验设备,提高其力学测量的灵敏度和准确度。而且必须采用大应变的实验途径解决稳态蠕变与稳态显微构造的问题,保证实验所获流动律外延至自然界的合理性与稳定性。鼓励那些有坚实积累、开阔视野和科学思维的青年学者,开拓进取,在岩石圈流变学与大陆动力学领域做出经得起时间淘洗、实践检验的原创性成果来。     

岩石颗粒度测量

岩石颗粒度是岩石学研究的一个重要内容,矿物颗粒大小及其分布特征与岩石形成的环境有密切的关系,也是岩石的结晶作用、重结晶作用、沉积作用乃至变形过程的物理化学条件的一种标志。本文介绍了三种岩石颗粒度测量的方法:直线截距法、单位面积/颗粒数法和标准圆量板法。测量结果的对比研究表明,三种方法之间存在系统的差别,其中单位面积/颗粒数法相对最好,能比较客观地反映实际的颗粒大小。     

Influence of sedimentary environments on mechanical properties of clastic rocks

The sedimentary environments are the intrinsic factor controlling the mechanical properties of clastic rocks. Examining the relationship between rock sedimentary environments and rock mechanical properties gives a better understanding of rock deformation and failure mechanisms. In this study, more than 55 samples in coal measures were taken from seven different lithologic formations in eastern China. Using the optical microscope the sedimentary characteristics, such as components of clastic rocks and sizes of clastic grains were quantitatively tested and analyzed. The corresponding mechanical parameters were tested using the servo-controlled testing system. Different lithologic attributes in the sedimentary rocks sampled different stress–strain behaviors and failure characteristics under different confining pressures, mainly due to different compositions and textures. Results demonstrate that clastic rocks have the linear best-fit for Mohr-Coulomb failure criterion. The elastic moduli in clastic rocks are highly dependent upon confining pressures, unlike hard rocks. The envelope lines of the mechanical properties versus the contents of quartz, detritus of the grain diameter of more than 0.03 mm, and grain size in clastic rocks are given. The compressive strength or elastic modulus and the grain diameter have a non-monotonic relation and demonstrate the “grain-diameter softening” effect.     

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。     

岩石颗粒度测量方法的研究及其应用

本文介绍了三种不同岩石颗粒度的测量方法,点计法,线计法,带计法及两种不同计算程序。颗粒度测量结果研究表明三种不同测量方法及两种不同计算程序之间存在着差別,其中结合野外的实例,其应用结果带计法为最好,线段长度百分比要比颗粒的频率百分比计算程序要好,前者能较客观地反映颗粒的实际搬运时水介质动力条件和沉积物的沉积环境。     

碎屑石榴石地球化学物源分析与解释:粒度的影响

单矿物地球化学分析是沉积物源分析研究的重要手段,运用广泛。沉积物中碎屑矿物的粒度组成,即水动力分选作用,是否影响到基于这种方法的物源解释,目前尚不清楚且受到的关注不多。通过研究柴达木盆地北缘地区第三系沉积物中的680颗碎屑石榴石(0.068~0.557 mm)的主量元素地球化学组成数据,解释了不同粒度的碎屑石榴石物源。结果显示,0.063~ 0.125 mm的碎屑石榴石的地球化学结果中Fe^2+与Mn^2+含量更高,表明其母岩的变质结晶程度较弱,故物源解释结果更可能为中—低级角闪岩相变沉积岩,而其他粒径的碎屑石榴石Ca^2+与Mg^2+含量更高,这说明其物源区的温压条件较前者高,因而物源解释结果为低级变质相,中酸性火成岩,榴辉岩等宽泛结果。这种碎屑石榴石粒度差异导致的地球化学组成的不同,说明碎屑石榴石的颗粒大小在一定程度上会影响物源解释结果。因此,在进行单矿物地球化学物源研究时,选取特定粒径(0.063~ 0.125 mm或0.125~ 0.25 mm)组成的碎屑矿物进行分析,可以消除水动力分选作用的影响,有助于获得更为准确的物源解释结果。     

岩石变形对粘土矿物结晶生长影响的初步研究——以江西金山金矿为例

作为流体作用过程中水—岩反应的产物，粘土矿物可以帮助人们认识水—岩反应的机制和流体活动的特征。本文以江西金山金矿为例，通过对热液蚀变粘土矿物伊利石和绿泥石结晶度、平均结晶大小和晶格应变的测定，讨论了岩石变形对伊利石和绿泥石结晶生长差异的影响。在岩石应变较弱、水／岩比较小的糜棱岩带，伊利石的平均结晶大小与结晶度成负相关，而在岩石应变较强、水／岩比较大的超糜棱岩带，绿泥石的平均结晶大小与结晶度成正相关。由应变较弱的蚀变糜棱岩带到应变较强的蚀变超糜棱岩带，伊利石的结晶度有变小的趋势，而绿泥石的结晶度则基本保持不变。认为在成矿流体作用过程中，粘土矿物的形成和特点不仅受水／岩比的影响，而且在岩石变形过程中，岩石的应变和恢复速率也影响粘土矿物的结晶大小；伊利石和绿泥石平均结晶大小与其结晶度之间的关系可以反映岩石变形的机制和行为。     

Transfer zones and fault reactivation in inverted rift basins: Insights from physical modelling

Carbonate mylonites with varying proportions of second-phase minerals were collected at positions of increasing metamorphic grade along the basal thrust of the Morcles nappe (Helvetic nappes, Switzerland). Variations of temperature, stress, and strain rate, changes in chemistry of solid and fluid phases, and differing degrees of strain localization and annealing were tracked by measuring the shapes, mean sizes, and size distributions of both matrix and second-phase grains, as well as crystal preferred orientation (CPO) of the matrix. Field structures suggest that strain rate was constant along the fault. The mean and distribution of the calcite grain sizes were affected most profoundly by temperature: Increased temperature, presumably accompanied by decreased stress, correlated with larger mean sizes and wider size distributions. At a given location, the matrix grains in mylonites with more second-phase particles are, on average, smaller, have narrower size distributions, and have more elongate shapes. For example, mylonites with 50 vol.% of second phases have matrix grain sizes half that of pure mylonites. Changes in calcite chemistry and the presence of synkinematic fluids seemed to influence microfabric only weakly. Temporal variations in conditions, such as exhumation-induced cooling, apparently provoke changes in temperature, stress, and strain rate along the nappe. These changes result in further strain localization during retrograde conditions and cause the grain size to be reduced by an additional 50%. The matrix CPO strengthens with increasing temperature or strain, but weakens and rotates with increasing second-phase content. These fabric changes suggest differing rates of grain growth, grain size reduction, and development of CPO owing to variations in the deformation conditions and, perhaps, mechanisms. To interpret natural mylonite structures or to extrapolate mechanical data to natural situations requires careful characterization of the microfabric, and, in particular, second-phase minerals.