岩石的晶体粒度分布(CSD)和结晶作用的动力学与力学(Ⅰ.理论)

结晶岩的晶体粒度是生长速率与年龄的主要量度。而当成核作用在短时期内产生大量晶体时,则有可能在结晶作用过程中出现大范围的晶体粒度。以各种粒度的晶体数量密度为根据的布居平衡,一般预示随粒度增大的对数线性分布。这样分布的负斜率是衡量整个布居生长速率与平均年龄乘积的尺度而零粒度截距为成核密度。当这样绘图而且能用Randolph和Larson(1971)在化学工程方面建立的CSD理论加以解释时,对许多熔岩观察到的晶体粒度分布(CSD)如果不是线性的也是圆滑而有规律的。根据这样的数据可以估算出成核密度,成核速率与生长速率和动力学反应的等级而且通过解析模型则能精确计量影响CSD的物理作用过程(例如,晶体分离作用和晶体堆积作用,布居的混合,变质岩和深成岩中的退火作用以及晶核的破坏)。CSD理论对影响结晶作用的动力学和物理作用过程的宏观研究提供一种形式,能分析并检验化学和物理作用过程对CSD的明显影响。这是一种能把岩相学资料与结晶作用动力学定量地联系起来的方法,而且在这些基础上CSD对实验室研究提供主要的补充资料,在这三部分连载的文章中,第1部分提供在地质学范围内的一般CSD理论,在第1和第1部分中分别提出对火成岩及变质岩的应用。     

安徽沙溪含和不含铜(金)矿斑岩斜长石斑晶粒度统计及其岩浆结晶动力学和成矿意义

通过对沙溪矿区含矿与不含矿斑岩中斜长石斑晶的粒度统计，计算出平均矿物粒度（Ｓ）、矿物分布密度（Ｄ）及矿物分布均匀度（Ｈ）；再根据晶体大小分布理论（ＣＳＤ），计算出斜长石的晶体生长速率、成核密度及成核速率等岩浆结晶动力学参数；发现含矿斑岩较无矿斑岩有高的成核密度和成核速率，而晶体生长速率则较低；指出成分相近的斑岩在岩浆结晶动力学特征上的极细差别可能造成岩体含矿性明显不同     

岩石中晶体粒度分布(CSD)和结晶动力学与力学(Ⅲ 变质结晶作用)

在变质岩中测定的晶体粒度分布(CSD)得出有关变质作用过程中晶体成核和生长速率,生长时间以及反应叠加程度(△T)的定量资料。采用布居密度函数n=dN/dL描述CSD,式中N为每单位面积晶体累积数,L为线性晶体粒度。斯凯岛高温(1000℃)玄武质角岩的橄榄石+辉石和磁铁矿的ln(n)与L的关系曲线决定了线性排列,这就证明变质作用过程中的连续成核作用与晶体生长。利用这些线性的斜度和截矩与生长速率估计值相配合可推断出在△T<10℃条件下小于100年的最小矿物生长时间和10~(-4)～10~(-1)/cm~3/s之间的成核速率。缅因州中南部区域变质泥质岩中的石榴石和磁铁矿具有钟形的CSD。我们把这种形状解释为两种作用过程的结果:1)最初的连续成核作用和晶体生长。2)以后由于退火作用造成的小晶体的损失。区域变质岩中的大晶体保持原来的粒度频率分布并可将其用于获得关于晶体成核与生长的原始条件的定量资料。退火的程度随变质级的升高而增大,而且当己知速率常数值时,可将其用于估计退火条件的持续时间。最后,不同形式的晶体粒度反映区域与接触变质岩的热历史方面的差异:因为接触变质作用涉及持续时间短的高温,最后产生的CSD是线性的,且不受退火作用的影响,类似于由熔体结晶的情况;因为区域变质作用涉及从高温拖长的冷却过程,原来的线性CSD受到以后退火作用改造成为钟形。     

五大连池老黑山火山钾质玄武岩结晶动力学研究

本文模拟了五大连池地区老黑山火山钾质响质碱玄岩熔岩在不同降温速率下从1150℃冷却到700℃橄榄石的结晶动力学过程,并从晶体粒度、晶体数量和晶体形态三方面研究了晶体结晶特征与降温速率之间的关系。结果表明:(1)晶体粒度分布(CSD)显示七组不同降温速率下的晶体粒度与布居密度均呈现较好的幂率关系,且幂律指数相近,斜率范围在3.69～4.42之间,这说明了晶体粒度分布对降温速率的依赖性并不显著。(2)随着降温速率由快变慢,晶体数量总体增长。当降温速率为0.0468℃/min时,晶体数量达到峰值。随后,结晶进入以退火合并为主的晶体粗化过程,直至结晶动力学达到平衡。(3)各降温速率下晶体形态呈现出分形特征,分形维数界于1.39～1.62之间,反映了新生晶体生长的自组织临界性。不同降温速率下的晶体边界复杂程度出现较大无规波动,显示出晶体形态对降温速率的高度敏感性。当降温速率为0.1℃/min时,晶体边界形态最复杂,当降温速率变慢到0.0468℃/min后,晶体边界形态的复杂程度趋于稳定。本项动力结晶实验对于深入了解五大连池新期火山熔岩流的运动机制以及动力结晶过程有重要的科学意义。     

安徽沙溪含和不含铜（金）矿斑岩斜长石斑晶粒度统计及其岩浆结晶动力…

通过对沙溪矿区含矿与不含矿斑岩中斜长石斑晶的粒度统计，计算出平均矿物粒度（Ｓ）、矿物分布密度（Ｄ）及矿物分布均匀度（Ｈ）；再根据晶体大小分布理论（ＣＳＤ），计算出斜长石的晶体生长速率、成核密度及成核速率等岩浆结晶动力学参数；发现含矿斑岩较无矿斑岩有高的成核密度和成核速率，而晶体生长速率则较低；指出成分相近的斑岩在岩浆结晶动力学特征上的极细差别可能造成岩体含矿性明显不同。     

岩石的晶体粒度分布(CSD)和结晶作用的动力学与力学(Ⅱ Makaopuhi熔岩湖)

已把晶体粒度分布(CSD)理论用于夏威夷Kilauea火山Makaopuhi熔岩湖的岩心标本,采用稳态晶体布居平衡方程式: n=n~0exp(-L/Gr)测定了斜长石和Fe—Ti氧化物粒度分布范围并计算和分析了布居密度(n)ln(n)与晶体粒度(L)曲线的斜率确定参数Gr,即平均晶体生长速度(G)和平均晶体生长时间(r)的乘积;截距为J/G,J为成核速率。已知温度—深度分布为实际生长时间(r)提供了估计值,使我们可以确定与任何动力学模式无关的成核与生长速率。斜长石生长速率象斜长石成核速率那样(33.9～1.6×10~(-3)/cm~3)随结晶度增高而降低(9.9～5.4×10~(-11)cm/s)。铁铁矿生长与成核速率也随结晶度升高而降低(分别为4.9～3.4×10~(-10)cm/s和15—2.2×10~(-3)/cm~3s,J=7.6×10~(-2)/cm~3/s)。把布居密度函数矩用来检查结晶速率随时间的变化。初步结果暗示在接近50%结晶作用之后总晶体体积和时间近似呈线性关系;为了确定整个结晶史,对晶体<50%的物质必须有完整的一套样品,计算的结晶速率和实验数据对比说明熔岩湖的结晶作用发生于过冷却值极小的条件下。这种解释与以前提出岩浆冷却的热模型是一致的,该模型的热耗是通过保持平衡冷却的潜热产量平衡的。     

确定岩石中矿物成核速度,成核密度,晶体生长速度和结晶时间的CSD理论及应用

结晶岩类的热力学研究是岩石学研究的重要内容之一。本文介绍了结晶岩石中矿物 结晶过程，包括矿物成核密度、成核速度、晶体生长速度、结晶时间与晶体大小分布的关系即CSD理论以及岩浆冷却、喷发、混合，接触变质、区域变质等过程各自具有的CSD特征;并对CSD理 论、方法及其地质应用进行了评价:指出复杂的自然过程对CSD的影响，在定向构造发育较好的 岩石巾由二维晶体测定转向三维计算的改进方法以及GSD所具有的重要的年代学意义。     

内蒙古霍各乞矿区含矿富石榴石岩晶体定量化结构分析及其意义

晶体粒度分布（CSD）是定量化分析火成岩和变质岩结构的重要手段。在变质岩中测量的CSD提供了有关变质过程中晶体成核和生长速率、生长时间的定量信息。文章选取内蒙古霍各乞二号矿床含矿富石榴石岩样品中石榴子石晶体为研究对象，在GIS软件和R语言的支持下，应用空间点模式分析、CSD分析、空间最邻近分析、空间多距离分析、Fry分析等综合方法，探讨了晶体空间数据和点空间数据表征的微结构变化特征，将CSD曲线分段变化记录的信息与地质演化历史联系起来。分段的CSD曲线记录了变质事件的叠加。不同形式的晶体粒度分布直接反映了区域变质岩与接触变质岩演化历史的差异。由于接触变质作用的高温阶段持续时间较短，因此产生的CSD曲线是线性的，不受退火的影响。而区域变质作用涉及长时间升温及其之后的冷却阶段，所以最初的线性CSD后来被退火改造为钟形曲线。含矿富石榴石岩样品的核密度和CSD分析结果显示了两个晶体群密度。分析认为一类晶体群可能与造山过程中的区域变质活动有关，另一类晶体群可能与大面积区域变质期后发生在特定位置的岩体侵入迅速升温的接触热变质事件有关。      

陕西丹凤秦岭群石榴子石变质结晶动力学研究

本文运用晶体大小分布理论对陕西丹凤秦岭群石榴子石进行了变质结晶动力学的研究,通过对石榴子石在岩石中出现的频率及其大小值的系统测定,有关变质结晶动力学的分析计算,最终得出了丹凤秦岭群石榴子石的变质结晶初始成核密度、成核速度、晶体生长速度、生长时间及冷却过程中体积转移量等诸动力学要素,并从晶体大小分布研究中获得了多期复杂变质这一与地质事实一致的重要地质信息。     

在高P/T变质岩中石榴石的奥斯特瓦德成熟化

本文提出石榴石奥斯特瓦德成熟化的理论公式,并讨论了在高压低温(高P/T)下这种作用的重要性。对于由矿物和粒间介质组成的系统,已系统地描述奥斯特瓦德成熟化引起的石榴石生长速率。测定了石榴石晶体大小分布(CSD),并与按奥斯特瓦德成熟化理论得出的晶体大小分布相比较,划分出两种类型。一种是与理论预算相一致的窄分布,另一种是比理论值更宽的分布。前一种晶体大小分布适用于石榴石呈均匀分布的样品,后一     

浅成岩浆体系结晶机理研究

随着岩浆体系结晶机理研究的不断深入，火山岩和侵入岩岩浆动力学理论已经进入到模型建立阶段。本文试图通过对安徽沙溪斑岩体进行实例研究，先求出斜长石斑晶的存储时间，再算得晶体成核速率和生长速率，进而建立起浅成岩浆体系冷却的热模型     

准噶尔盆地老山沟火山岩晶体粒度分布及其结晶动力学意义

摘　 要　 阐述了火山岩晶体粒度分布的基本原理和研究方法‚分析了老山沟火山岩斜长石、 辉石、橄榄石、铁钛氧化物的晶体粒度分布。前3种矿物在中间粒度处发生了有意义的弯折‚ 原因是岩浆上升时过冷度增大。估算了岩浆房中斜长石、橄榄石的成核速率、结晶时间及上 升过程中处于结晶带的时间。研究表明‚在岩浆的演化过程中‚晶体的分离和累积作用及岩 浆的混合和对围岩的同化作用可以忽略。     

定量化火成岩结构分析与岩浆固结的动力学过程

定量化火成岩结构分析将传统的定性或半定量化的岩相学研究提高到了与岩石地球化学分析相比拟的定量化程度,实现了诸如晶体粒度分布、晶体空间分布、晶体定向程度分析和二面角测量等方面的定量化研究。集中介绍了以上4种国际上应用广泛的定量化火成岩结构分析方法,包括各种研究方法的基本理论公式、岩浆动力学意义和实现方式。详细介绍了定量化火成岩结构分析中处于核心地位的晶体粒度分布理论,概括了二维岩石薄片法、三维连续剖面法和X射线层析技术,在定量化火成岩结构分析中的应用原理和现状。对晶体粒度分布分析中数据的封闭性和有效性检验进行了简要论述。综合阐述了晶体成核生长,晶体的聚集、分离和分解,岩浆混合,压滤、压熔和岩浆流动,结构的调整和平衡等一些基本的岩浆动力学过程中晶体粒度分布特征的表现。结合一些已发表的晶体粒度分布和晶体空间分布数据,简要概括了重要的基本定量化火成岩结构参数所表达的封闭和开放岩浆体系的特征,以及参数间协变关系所反映的岩浆固结动力学过程。最后给出了二维岩石光薄片分析法的基本流程和注意事项,认为今后定量化火成岩结构分析和地球化学分析结合在一起的综合方法,将成为研究成岩成矿动力学过程的重要手段,也将会逐步扩展到岩浆相关矿床中成岩成矿机制分析和成矿预测的方向。     

地质速率计—矿物氧扩散的应用

概述了同位素封闭体系内的矿物氧扩散和同位素交换机制及其在地质速率计上的应用。火成岩从高温冷却或变质岩从高峰主质温度冷却过程中，由于冷却速度不同，扩散作用导致的矿物晶体内部及晶粒间氧同位素再平衡也有所不同。通过实测岩石中各组成矿物氧同位素比值，模式含量和颗粒半径，据矿物氧扩散和同位素交换模型，可以估算出岩石的冷却速率。     

豫西新生代玄武岩中橄榄石粒度分布研究

运用晶体大小分布理论并结合岩石学和矿物学的资料，讨论了豫西伊川－－汝阳新生代碱性橄榄玄武岩中的橄榄石晶体大小分布的成因，补液为研究区碱性橄榄玄武岩中的橄榄石晶体大小分布形式很可能不是岩浆混合形成的，而是岩浆演化造成的。它对应着岩浆演化的三个阶段：岩浆主心演化阶段、岩浆上升阶段和岩浆淬火阶段。分析了岩浆房演化阶段和岩浆上升阶段橄榄石晶体生长的动力学条件。     

火成岩结构的二维定量化分析方法

近些年,定量化火成岩结构研究表明,利用常规的岩矿鉴定设备,获取不同尺度的火成岩二维岩相学照片,通过肉眼识别矿物颗粒,并借助图像处理和结构分析软件,可以准确地量化火成岩的结构特征。本文结合近些年国内外同行的研究成果,对火成岩二维定量化结构分析方法中常用的多种观测方式优缺点进行了总结。粒度在毫米级以下的火成岩的定量化结构参数,可以用偏光显微镜下的透射光、反射光、阴极发光和电子探针背散射成像中的两种或两种以上观测方式进行分析,并具有较高的精度和准确度。粒度小于0.03 mm的各种镁铁质矿物可用反射光和背散射图进行分析,灰度近似的镁铁质矿物可以利用图像处理软件赋予不同的彩色,提高颗粒间的辨识度。常规偏光显微镜下不易区分的长英质矿物和多数副矿物可用偏光显微镜阴极发光进行分析。粒度在毫米级以上的造岩矿物可以用光片或野外测量的方式进行定量分析。为了方便相关领域学者使用火成岩二维定量化结构分析方法,本文详细列出了具体的分析步骤,并结合一个玄武岩样品中的橄榄石斑晶数据结果,重点分析以下4个方面的问题:(1)如何准确识别矿物颗粒边界;(2)矿物含量和形态的确定;(3)分析区域面积和颗粒数的确定;(4)不同晶体群的区分。分析结果表明,颗粒数100~500颗时,晶体粒度分布(CSD)的截距和斜率、矿物含量、定向程度和粒状矿物的三轴比在误差范围内没有显著区别,但颗粒最大长度和聚集程度会被低估。当颗粒数小于300颗时,晶体空间聚集程度的R值会被高估0.05~0.2,这一点在以往的研究中没有得到充分重视。当颗粒数大于500颗时,所有结构参数都趋于稳定,且精度和准确度都会显著提高。目前多数研究者提供的结构参数往往与观测和统计方式有关,缺乏对应的原始数据,不方便同行间的对比研究,建议学者今后发表相关成果时,提供详细的分析步骤和最原始的数据。分析步骤重点说明包括:(1)聚集矿物边界的识别和处理方式;(2)晶体三维形态的确定方法,样品间CSD参数的变化是否是由形态参数变化引起;(3)能够准确识别的矿物颗粒最小粒度;(4)利用颗粒数较多的样品选取较小的不同区域重复分析3到5个不同区域,评估样品的均一性,并据此估计样品的分析精度。原始数据方面包括:(1)提供同一个样品至少一个不同区域的分析结果,如果是多个作者的研究成果,建议提供至少两人独立分析的结果用来评估数据的精度和准确度;(2)文章正文或附件中应该提供每个样品不同粒度间隔的颗粒数,样品原始的高分辨率矿物轮廓描绘图或图片分析的相关原始参数。火成岩出现复杂晶体群时,定量化的结构参数往往体现的是多种晶体群的混合特征,并且与不同晶体群的比例有关。未来的研究需要结合多种观测方式和微区成分分析重点识别不同晶体群的结构参数,对粒度和成分近似的多种晶体群的识别,还需要开发更多有效的方法,这对准确认识火成岩结构多样性的成因和岩浆作用过程都有重要意义。     

蒙特卡洛方法与逆冲构造变形速率的限定

变形速率是衡量构造活动强弱的重要参数,对其准确限定一直是构造地貌、活动构造研究的重点。以河流地貌作为参考面限定构造变形速率是目前研究中最常用的手段。基于近年来的研究体会和具体的研究案例分析认为,虽然目前已能获得可靠的变形量和地貌年龄数据,但若想获得合理、可靠的变形速率,需要关注这两类数据之间的匹配关系与由其构建的断裂滑动历史的合理性。相较于通过位错量与构造变形时间的比值,或利用两者进行线性回归的方法来限定变形速率,从模拟合理的断裂滑动历史的角度出发,蒙特卡洛方法可有效减小变形速率估计的不确定性,使变形速率估计更加合理,从而为地震风险评价等提供可靠的基础资料。     

拟合三参数对数正态分布时第三参数c的优选方法探讨

在地质数据中，许多数据常呈正偏或负偏分布，但并不服从对数或反对娄正态态分布。这时可考虑它们是否服从三参数对数或反对数正态分布。本给出一种估计第三参数ｃ的方法。它可快速、客观、较优地确定此参数，弥补以往凭经验多次选择、反复试算等缺陷，为检验地质数据的统计分布型式，掌握分布规律，从而用于统计预测等提供了方便。     

用沉降速率比值法计算固结系数的探讨

目前确定固结系数的常用方法是时间对数法和时间平方根法,这两种方法均为作图法,受人为因素的影响较大。从太沙基一维固结理论出发,推导出了任意相邻两时刻地基固结沉降速率之间的关系式,并通过用最小二乘法处理数据,得到了一种计算地基土体固结系数的方法。最后,通过工程实例应用对其合理性和可行性进行了验证,结果表明,该方法计算效果良好,且无需作图,简便易行,可以对试验数据进行快速处理。同时,该方法只需试验前期1 h之内的数据,可以减少测读次数,加快试验进程。