第八章成因礦物學(xué)在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)上的應(yīng)用第一節(jié)概述第二節(jié)不同力學(xué)性質(zhì)斷裂帶應(yīng)力礦物的應(yīng)變特征第三節(jié)古應(yīng)力值得估算第四節(jié)郯廬斷裂帶南段深層次塑性變形中應(yīng)力礦物的超微構(gòu)造特征第五節(jié)糜棱巖的化學(xué)成分及物質(zhì)組分標(biāo)型特征1、主要研究內(nèi)容

成因礦物學(xué)在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)中主要涉及：1）在構(gòu)造的作用下，不同力學(xué)性質(zhì)斷裂帶的應(yīng)力礦物的應(yīng)變特征；2）礦物物性(光性、密度、磁性、電性、彈性波、導(dǎo)熱性等)的變化標(biāo)志；

第一節(jié)概述3）礦物的化學(xué)成分(主成分、微量元素、同位素等)變化特征；4）礦物的波譜學(xué)參數(shù)以及礦物的顯微構(gòu)造和超微構(gòu)造的變化特征；5）與板塊構(gòu)造有關(guān)的標(biāo)型礦物特征；6）有用礦物(礦產(chǎn))在各種構(gòu)造環(huán)境下的賦存規(guī)律的研究。2發(fā)展歷史1）哈克爾最早提出“應(yīng)力礦物”一詞，但末完全被地學(xué)界所接受。2）李四光先生認(rèn)為“應(yīng)力礦物的研究是一種與地質(zhì)力學(xué)有關(guān)的專業(yè)，值得進(jìn)一步探索”；3）王嘉蔭先生發(fā)展了應(yīng)力礦物的概念，并把應(yīng)力礦物與地應(yīng)力作用和構(gòu)造運(yùn)動聯(lián)系起來，出版“應(yīng)力礦物概論”專著，此后國內(nèi)巳無專人從事研究。近幾年來也只有少數(shù)論文涉及到有關(guān)內(nèi)容。4）國外提出了“板塊礦物”的概念，在室內(nèi)模擬實(shí)驗和野外研究兩方面部取得了一些進(jìn)展。但國外目前進(jìn)行的實(shí)驗大多屬于變形機(jī)制，而將實(shí)驗結(jié)果應(yīng)用到解釋地學(xué)實(shí)際問題還需要時間。3、研究意義根據(jù)應(yīng)力礦物應(yīng)變特征的研究，可以1）確定礦物或巖石的應(yīng)變類型：塑性變形與脆性變形；2）確定斷裂帶應(yīng)力的性質(zhì)；3）確定宏觀地質(zhì)構(gòu)造動力的方向；4）確定斷裂活動次數(shù)，從而建立所研究斷裂帶的演化史。1、變形紋變形紋是塑性變形的產(chǎn)物，它是由于礦物晶格發(fā)生錯動，而形成的一種滑移現(xiàn)象。變形紋能用來反映不同期次的構(gòu)造活動。變形紋與斜長石雙晶極為相似，但不那么規(guī)則，條紋數(shù)和方向也不固定，有的與c鈾平行或斜交，有的與底面平行。第二節(jié)不同力學(xué)性質(zhì)斷裂帶應(yīng)力礦物的應(yīng)變特征變形紋在石英顆粒中最發(fā)育，在其它礦物中也可見到，如碳酸鹽礦物、白鎢礦等。在石英晶格中，可見到一組變形紋或兩組相交的變形紋，有時也能見到三組不同方向的變形紋和一組變形紋穿透相鄰的不同方向的石英晶粒。王嘉蔭先生認(rèn)為“石英的變形紋可以反映壓扭性的應(yīng)力性質(zhì)”，從而可以幫助確定斷裂帶的性質(zhì)，并且變形紋需要較高的壓力才會出現(xiàn)。

2.波狀消光與變形條帶這兩種消光現(xiàn)象都是塑性變形的產(chǎn)物，也是由晶內(nèi)滑移所引起。波狀消光具有連續(xù)的過渡關(guān)系，轉(zhuǎn)動物臺時，消光顯示波狀。變形條帶是帶狀消光現(xiàn)象，類似雙晶，但不如雙晶那樣明顯和規(guī)則，它是一種不連續(xù)的消光現(xiàn)象。這兩種消光觀象在石英、長石、輝石、碳酸鹽礦物、白鎢礦中均可見到，有時這兩種消光可在同一晶粒中出現(xiàn)。3．呂對爾線呂對爾線即交滑移，交滑移就是兩組滑移相交。交滑移發(fā)生在應(yīng)力集中處，往往是破裂發(fā)生的位置。石英中的呂對爾線是由次生的氣液包裹體充填一對交叉條紋構(gòu)成。許多斷裂帶中的石英，常順這兩種方向裂開。在石英晶體中，可以見到不只一組呂對爾線，表明巖石經(jīng)受不止一次的應(yīng)力作用。不同方向的呂對爾線的發(fā)育程度、包裹體大小與密集程度等都有差別。4．雙晶由應(yīng)力產(chǎn)生的雙晶叫做機(jī)械雙晶。在構(gòu)造運(yùn)動前、運(yùn)動中、運(yùn)動后的雙晶都存在，可根據(jù)形態(tài)、受力狀態(tài)、蝕變礦物及所處的位置區(qū)分原生雙晶和機(jī)械雙晶。如具有彎曲的雙晶紋的礦物，被絹云母細(xì)脈穿切和交代，其雙晶紋可能是運(yùn)動前形成的。細(xì)至0.0002毫米的雙晶紋可能在運(yùn)動中形成。沿扭裂面分布的雙昂紋方向和扭裂方向一致的雙晶可能是重結(jié)晶的結(jié)果，是運(yùn)動后形成，受殘余應(yīng)力控制。5．扭折

扭折是高壓下礦物為適應(yīng)應(yīng)力場而發(fā)生扭滑移，屬于塑性變形。扭折常成帶狀，稱扭折帶。扭折是發(fā)生在晶體內(nèi)部方位不同的條帶，這種作用使得如晶體上解理一類的標(biāo)志線被扭彎，但相互間并沒有失去結(jié)合力。黑云母的扭折比較常見，往往在黑云母扭拆帶內(nèi)有新的礦物生成，如有細(xì)小的屑石、綠簾石相，磁鐵礦等，新的礦物生成，表明這是應(yīng)力集中帶，應(yīng)力集中帶可以引起成分轉(zhuǎn)化。此外，扭折帶的出現(xiàn)也可以指示所處的斷裂帶屬于壓扭性。6．礦物的裂紋與破碎礦物的裂紋與破碎屬于脆性破裂，或?qū)儆谒苄晕镔|(zhì)繼續(xù)受力超過其極限強(qiáng)度而產(chǎn)生塑性破裂。如構(gòu)造角礫巖、壓碎巖等構(gòu)造巖。塑性破裂和脆性破裂的區(qū)別，在于前者破裂時伴有塑性形變，后者無明顯塑性形變．

7．亞穎粒邊界亞顆粒邊界是發(fā)育在晶粒內(nèi)的一種面狀界面。在正交偏光下，轉(zhuǎn)動物臺，出現(xiàn)不均勻消光現(xiàn)象；在一個顆粒內(nèi)可區(qū)分若干消光位稍有差異的區(qū)域，即為亞顆粒。它由位錯攀移作用所引起，可作為動態(tài)恢復(fù)的標(biāo)志。8．重結(jié)晶重結(jié)晶與上述礦物各種變形密切相關(guān)，礦物的各種塑性變形與脆住破裂使顆粒變細(xì)及產(chǎn)生晶內(nèi)位錯而積存了應(yīng)變能，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而形成重結(jié)晶。應(yīng)力場的研究，包括應(yīng)力方向和大小兩方面內(nèi)容，并且應(yīng)力大小的確定與應(yīng)力方向的確定具有同等重要性。但是由于構(gòu)造變形的長期性、多期性和復(fù)雜性，很難在變形的構(gòu)造體中直接觀測到古構(gòu)造應(yīng)力的大小。因而，對構(gòu)造應(yīng)力場的研究，國內(nèi)外曾長期停留在應(yīng)力方向和應(yīng)力場性質(zhì)的水平上。第三節(jié)古應(yīng)力值的估算

研究人員將由金屬物質(zhì)晶內(nèi)變形顯微構(gòu)造的某些參數(shù)，推算形變時應(yīng)力大小的理論方法，引伸到巖石的構(gòu)造形變上來。通過對變形構(gòu)造巖石的這些顯微構(gòu)造的觀測，以及巖石變形實(shí)驗資料的證實(shí)，晶內(nèi)自由位錯密度ρ、亞晶粒大小d、構(gòu)造重結(jié)晶顆粒粒大小D，以及變形雙晶百分比等參數(shù)基本能反映出構(gòu)造形變中應(yīng)力值大小。1．由變形石英位錯密度ρ進(jìn)行估算(1)理論及方法金屬物理學(xué)認(rèn)為，塑性變形是沿著線性晶格缺陷的滑動面運(yùn)動的結(jié)果。位錯是作為一種晶體內(nèi)的線缺陷而存在，位錯分布密度決定了巖石塑性的表象。在未遭受變形的天然石英巖石晶體內(nèi)大約具有103/cm3的位錯密度，而高度變形的石英，位錯密度可達(dá)1012/cm3。因此，位錯密度ρ取決于作用應(yīng)力，甚至強(qiáng)烈地依賴于差應(yīng)力。Takauchi等（1976）從位錯理論導(dǎo)出位錯密度(ρ)和差壓力(σ1-σ3)的關(guān)系式為：其中α是無量綱常數(shù)，b為布格斯向量；u為剪切模量。表8-1給出常見礦物的計算系數(shù)。表8-1位錯構(gòu)造一般可分為晶體顆粒內(nèi)部的自由位錯與邊界位錯，一般認(rèn)為晶內(nèi)自由位錯構(gòu)造，能較穩(wěn)定地反映古構(gòu)造應(yīng)力大小。

自由位錯密度ρ采用Smith-Guthman法，即將許多條隨機(jī)定向的總長為L的直線標(biāo)繪在顯微照片范圍內(nèi)，這些直線與位錯的交點(diǎn)數(shù)為N，經(jīng)換算得到：

ρ＝2N／Lt

其中t為樣品厚度，目前尚無法精確測定，一般取經(jīng)驗值t＝0.5um。2．由動態(tài)重結(jié)晶石英顆粒大小D進(jìn)行估算

石英重結(jié)晶顆粒大小D與差應(yīng)力呈反相關(guān)系。其表達(dá)式為：

上式中A、m均為常數(shù)。Twiss對比了金屬與礦物的物性資料，從理論上進(jìn)行了推算，得到常數(shù)m=0.68。不同礦茂物，A值不同，針石英為5.56，橄攬亮石為14.6每，方解石為7.5，鈣長石勸為7.8。采用鵝上述常黃數(shù)時，勒若應(yīng)力攔單位是Mp＝較10b凱ar，顆粒直徑擠單位為微毯米。此時解對石英，編計算公式閱為：重結(jié)晶揮顆粒大們小D的統(tǒng)計測觀量，通常深采用普通碧光學(xué)顯微課鏡下隨機(jī)掌直線測量保法：L為隨機(jī)直滴線的總長脆度，n為被直哄線所截煎的顆粒駛數(shù)?；朴谏鲜瞿抗接嫹滤愕囊惶澖M差應(yīng)泥力，其擔(dān)結(jié)果列謝于表8響-2。表8-2用動態(tài)重叢結(jié)晶顆粒管估算的古誦應(yīng)力值普杠遍低于位專錯密度法印所測值，吃而且重結(jié)息晶顆粒的腦大小隨進(jìn)腰入糜棱巖干帶內(nèi)的剪婚應(yīng)變的增浪加而減小叢。3．利用窗亞顆粒d估算應(yīng)匪力大小所謂亞舉顆粒是泥指在一略個晶粒似中被位消錯壁所魚分隔開納的、晶戰(zhàn)格方位煮略有偏艘離的區(qū)無域。在彩穩(wěn)態(tài)流架動過程優(yōu)中，位流錯增殖敬速率與誦位錯消格失速率始火終處于描動態(tài)平丸衡之中裹。位錯茫消失既停有符號欄相反的叉位錯相頃遇而消鈔失，還句有位錯繩被吸收恭到小角沸度亞晶乓界的位加錯壁中搜。這種企由位錯架壁所包非圍的亞早顆粒大畫小與差出應(yīng)力有拘關(guān)。亞顆粒是響動力回復(fù)祝作用在顯咳微構(gòu)造中落的良好標(biāo)男志，其如墾同在光學(xué)健顯微鏡下隙所見的變謀形帶和變朝形紋一樣朗，較好地秤反映了應(yīng)段力狀態(tài)。飯石英顆粒鼓中的亞顆疫粒能反映騾高應(yīng)力、淺高應(yīng)變速粒率的變形裂環(huán)境。在冶金學(xué)喉和陶瓷學(xué)捕中，亞顆嘩粒平均直據(jù)徑d與差稻應(yīng)力的關(guān)掩系：式中k為香無量綱常羊數(shù)，u為剪切生模量，b為布格斯臥向量，對栗于上式，Rele絡(luò)isb認(rèn)為石英皇的公式為辱：而Twis岸s認(rèn)為其南表達(dá)式摔為：式中亞顆弟粒直徑d為微米春，差應(yīng)趕力單位豈為千巴(kb)。1．石英貞的超微構(gòu)面造標(biāo)型特填征郯廬斷裂長石英超微低構(gòu)造表現(xiàn)阻為發(fā)育大毛量的位錯嚷。(1)默長和平助直的位域錯線這種位錯格形態(tài)在本驗區(qū)石英中報不多見。米單個位錯殿里呈平直發(fā)線條狀或爛微彎的弧烏線，有一叮定的排列妖方向，形巖成條帶。妖有時兩個仇方向的平傭直位錯相律交，構(gòu)成除方塊或菱弱形排列。薄前人認(rèn)為洲長和平直休的位錯可卸能是螺位輩錯。形態(tài)向上類似于氧低溫變形養(yǎng)組構(gòu)，為{11默0}滑動面{00磚1}螺型位錯終。第四節(jié)甚郯廬壁斷裂帶界南段深向?qū)哟嗡芴栊宰冃沃袘?yīng)滑力礦物的尋超微構(gòu)造累特征(2)鄉(xiāng)豐彎曲及陜扭曲的蔬位錯線這種形態(tài)敬位錯最為品發(fā)育，單浩個位錯呈蛾強(qiáng)烈的彎貼曲線、半攝環(huán)、多邊雄形及不規(guī)納則伏，甚峽至扭曲。腫有些過渡頃為{10舌0}螺型位錯覺和各種混普合位錯。(3)滑妙動環(huán)垂直超薄強(qiáng)片方向位撤錯呈圓、擋橢圓狀封麻閉的環(huán)，氣單獨(dú)或連月接成串珠爹狀、雙環(huán)亦狀出現(xiàn)，椒形態(tài)上類范似于高溫代變形組構(gòu)偶。(4)位付錯網(wǎng)絡(luò)(耽即扭轉(zhuǎn)壁們)不同方向兇滑動面內(nèi)朵的兩組螺園型位錯相軋互交叉，森交點(diǎn)形成迎結(jié)，當(dāng)位厲錯密集時認(rèn)，構(gòu)成面錢狀網(wǎng)格。虧本區(qū)糜棱遣巖中石英綿的位錯網(wǎng)勉絡(luò)十分發(fā)巾育。這種咱位錯形態(tài)表為高溫變注形組構(gòu)。(5)位胡錯列這種形鍬態(tài)的位雅錯很發(fā)脊育，以撲一系列豬點(diǎn)狀形墨態(tài)出現(xiàn)太。其形叨態(tài)類似切于高溫霧變形組系構(gòu)。(6)陣位錯纏吩結(jié)呈圓形河、核桃蘇狀、麥盜粒狀的余纏結(jié)常發(fā)出現(xiàn)在冬位錯壁距及其附溪近。形鏡態(tài)上類議似于低償溫變形聾組構(gòu)。(7)位崗錯壁位錯壁有代傾斜壁和圣扭轉(zhuǎn)壁之鑰分，由位怪錯攀移所呢引起。形取態(tài)上類似劈燕于高溫變風(fēng)形組構(gòu)。以上為石舍英晶內(nèi)位怒錯的標(biāo)型扮特征。此距外，該區(qū)柄石英的亞哈顆粒構(gòu)造炊也很發(fā)育晃，亞晶通歇常以(100腸)、(01淚0）和（00賽1）位錯壁賺為邊界尼，所以抵常見的見亞晶粒駱往往為池矩形(穗有時為旅條帶狀膝)。表8-共32．斜君長石超鴉微構(gòu)造放特征有關(guān)斜長擱石塑性特費(fèi)征研究資慮料很少。毫本區(qū)斜長填石的超微難構(gòu)造研究凱表明，斜役長石變形米的主要機(jī)門制是由于踐雙晶化及禍滑移作用咬。所形成夜的雙晶有嫌鈉長石格蛇子雙晶。妻觀察發(fā)現(xiàn)促，有些機(jī)年械雙晶紋扒受到后期慎的變形影迷響而發(fā)生霸彎曲。斜長石的爸晶內(nèi)位錯親現(xiàn)象很難被見到，表州明它可能肉不是變形巖的主要機(jī)狂制。斜長烤石以出溶前結(jié)構(gòu)(固帥溶體分離類)為主要迅結(jié)構(gòu)，僅氣在出溶結(jié)等構(gòu)中夾部指分缺陷(對位錯)結(jié)石構(gòu)。3．黑云散母超微構(gòu)右造特征黑云母的論變形大部惰分是通過克在(00續(xù)1)面上塑具輔助滑燈移的彎曲嗚和扭折而擁發(fā)生，沒聲有單獨(dú)的莖滑動。本櫻區(qū)黑云母猴的超微構(gòu)國造以微裂誤隙為主，贏并伴隨著枕(001棒)面上滑宮移的彎曲捐和扭折，使矛黑云母說發(fā)生變澤形。至廚于位錯麻則大大脫減少，櫻而且在桃組態(tài)上冠以層錯崗為主。綜上，石偶英比斜長彎石、黑云鬧母更容易鋒變形。其朝超微構(gòu)造沙現(xiàn)象為解兼釋糜棱巖密形成是高溫塑港性變形的結(jié)果提冊供了有力宴證據(jù)。盡管脆性層變形中也意可以出現(xiàn)順某些位錯利，但亞顆聰較大量出服現(xiàn)則是巖租石在塑性云流動過程膏中發(fā)生動蕩態(tài)恢復(fù)作茫用的結(jié)果號。在動態(tài)屯恢復(fù)過程犬中，經(jīng)位翠錯攀移形聞成位錯壁數(shù)-亞顆粒步邊界而構(gòu)揉成。因此失，根據(jù)礦土物超微構(gòu)舅造特征，踐可以判斷守糜棱巖形霞成條件。從物質(zhì)糧組成的舌觀點(diǎn)來婦看，糜睜棱巖帶袖是礦物擁組合和密化學(xué)成扣分發(fā)生役重要變花化的狹另窄面狀包地帶。失而且，改這種變判化隨剪奶應(yīng)變的接遞增而嚷增強(qiáng)。第五節(jié)脫糜扔棱巖的長化學(xué)成卷分及物痰質(zhì)組分留標(biāo)型特龍征1．糜張棱巖帶熟的化學(xué)沒成分標(biāo)陽型特征郯廬斷臺裂帶南遵端糜棱鍋巖帶變蟻形程度皆不同的盾樣品全器巖化學(xué)項分析表針明：各糜棱巖河帶的化學(xué)培成分的變仿化均有相誕似的規(guī)律賴，隨著巖瘋石的變形闖強(qiáng)度逐漸網(wǎng)增大，巖石中晨硅質(zhì)逐砍漸增加亦，鋁含辜量逐漸喜減少；鉀、鈉概含量的簡變化雖覽有個別姑樣品出閥現(xiàn)異常，但整條體上也祖隨糜棱匪巖的變梨形強(qiáng)度虛逐漸增脾加而減缺少。郯廬斷裂驢南端糜棱奇巖巖石化搜學(xué)成分發(fā)終生變化的癢主要原因臭：（1）動帳力分異作之用引起巖料石化學(xué)瓣成分變曠化的因紡素是充購填或交熄代作用套。但沒倉有任何虎證據(jù)表譽(yù)明本區(qū)恰糜棱巖嗽曾發(fā)生江過充填館或交代抖作用。挪因而其昌巖石化斯學(xué)成分虧變化，駱是由于們在形成陵糜棱巖營時巖石陽處于塑侵性狀態(tài)障，受擠確壓發(fā)生三動力分預(yù)異，從決而導(dǎo)致綱元素不御同程度棍逸出的旋結(jié)果。①從動涼力分異兔作用的搭化學(xué)物貞理過程墾來看，行分異作辣用的驅(qū)單動力可砌能是下炊面幾個艙因素的劃結(jié)合：(a)濱非均勻昆變形巖頁石不同題域之間宴應(yīng)變體迎積變化抗的部分距差異；(b)由蒙于帶內(nèi)的廟應(yīng)力差所牢引起的化掉學(xué)位梯度邪。體積變躺化能導(dǎo)樓致不同脖礦物集搖中或減勻少，最控大部分討克分子鐘體積的牢組分在益化學(xué)位鳥上受到難的變化禾最大，柄并且由傅于壓力條梯度而謝發(fā)生遷傘移。結(jié)踢果是相敵對較大展的離子爆和分子姨成為最旁活動的沙組分。②從礦拍物巖石恭的角度李來看，扇在硅酸莫鹽類礦價物中，均氧離子逮半徑較聯(lián)大，各鏡種陽離黃子充填秩于氧離凝子空隙假之間。聰因此，愚礦物或緒巖石的曉體積狀違態(tài)在很該大程度讀上取決騾于氧的鉛數(shù)量和挺排列方載式。當(dāng)秩受到擠褲壓時，秘巖石通寫過減少貿(mào)其體積劑以適應(yīng)俯外界條些件的變闊化。當(dāng)闊巖石體拴積減少丟，一方野面使部決分氧離坡子和陽紫離子逸搜去，另鬼一方面飽氧離子丙調(diào)整排扭列方式吼，趨于富最緊密扛排列，液從而要兼求陽離三子配位唱數(shù)降低服．在這燦種狀況路下，離億子半徑倘小、配御位數(shù)低艘、比重斗大的元懸素相對鳴穩(wěn)定，乒能保存艦下來，蓄而離子椒半徑大洋、配位捕數(shù)高、里比重小菠的元素奏相對活鎖躍，易玻于離去榨。本區(qū)糜卵棱巖的宜化學(xué)成鼻分的分折析表明超，它們弊的化學(xué)賠組分變裁化與動色力分異會序列是追一致的襲。Si最穩(wěn)定拋，隨變唇形加強(qiáng)押而逐漸腸增多；A1、K央、Na最活躍，當(dāng)隨變形作柏用加強(qiáng)而蛇減少；Mg、M掏n、Ca處于中間蓮位置，其兄變化不明加顯；Fe呈不規(guī)投則波狀頂變化，晝可能是玻受到退痛變質(zhì)作酷用以及竄后期地詳表的氧寬化還原含作用的重影響。(2)動袖力熱變質(zhì)洞作用本區(qū)表禿現(xiàn)為退尋變質(zhì)作濁用，它集與塑性嶄變形作稿用是同雖時進(jìn)行盯，并且襖隨變形服強(qiáng)度加亮大而增芽強(qiáng)。退勾變質(zhì)作召用的結(jié)結(jié)果是釋撤放出Si、Na(N桐a被遷移走耽)等元素叢，消耗Fe。S師i以石英把形式存迫在，從忽而使巖砌石中硅受質(zhì)增大挑。以上是控累制本區(qū)糜奇棱巖化學(xué)波成分變化呆的兩個主憑要因素。稻強(qiáng)烈的構(gòu)此造變動促捉使部分機(jī)穩(wěn)械能轉(zhuǎn)化炸為熱能，敞而溫度的滾升高又使