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桂東巖體中的微觀結構現象

通過對桂東巖體不同類型巖石在不同時空的顯微構造觀察研究,動力變形巖石常見的顯微構造現象有:微裂隙、礦物光學性質異常、消光帶、扭曲帶、變形晶粒、機械孿晶、亞晶、動態再結晶新晶粒、靜態再結晶新晶粒、核幔結構、碎片系統、書-斜結構、砂鐘結構、雲母魚、條帶狀結構和S-。根據對這些微觀結構現象及其與主體結構關系的理解,為揭示主體結構形成的動力學過程和性質豐富了論據。下面簡要介紹這些微觀結構現象的基本概念和特征。

微斷裂通常指微觀尺度上的裂紋。它的特點是不會破壞巖石或礦物的完整性。根據斷口的力學性能,可分為拉伸斷裂和剪切斷裂。前者為沿晶斷裂,後者為晶內和穿晶斷裂。拉伸裂紋是壹種垂直於斷裂面的微裂紋,通常呈鋸齒狀並被填充(表4-1)。剪切斷裂的斷裂面總體平坦閉合,充填物少,有孿晶、解理或斷裂位移,但部分礦物成分發生了變化(表4-2),如660礦床11號坑ne向斷裂帶側緣的變形細粒花崗巖中發育左旋扭轉微裂隙,酸性斜長石錯位。電子探針能譜分析結果如表4-0所示。

從表4-1可以看出,斜長石中的鈣離子在扭轉應力作用下容易遷移,導致斜長石中K2O、Na2O和SiO2含量略高,CaO和Al2O3含量略低。因此,壹般來說,被置換的巖石或礦物的成分會發生或多或少的變化,而這種變化壹般發生在鍵合力較弱的Al-O鍵和相關陽離子Ca2+的遷移。

表4-1酸性斜長石不同變形部位的化學成分(%)

在識別微裂縫時,應註意不同巖石和礦物中裂縫的表現形式。例如,當裂縫穿過微斜長石和應時時,方解石填充在微斜長石中發育的裂縫中,但它在應時中以光的形式變化,這與巖石或礦物的力學性質和化學成分有關。

巖石和礦物中形成的微裂縫可以用各種方法加固或愈合。根據劉瑞勛(1988)的研究,固結方法有三種:(1)將裂縫愈合為成分相同、晶格取向相同的愈合固結;(2)成分相同、晶向不同的微裂紋固結,稱為焊接固結;(3)微裂隙被不同礦物成分固結,稱為充填固結。

礦物光學異常是指原巖中光學性質正常的礦物在應力作用下晶格畸變或光學指標發生變化。常見的礦物光學異常如下:

(1)不均勻消光又稱波消光,是晶體塑性變形的重要標誌之壹。它們有多種形式,例如風扇熄火和鼓式熄火(圖版4-3和4-4)。

(2)光學異常,即礦物光學指標的變化,如應時從單軸正晶變為雙軸正晶或負晶;堿性長石中的雙軸負晶體變成雙軸正光。

(3)X射線性質的變化,未變形的完整礦物晶體的衍射斑點近圓形,而變形礦物(應時等)的X射線斑點近圓形。)被拉長或出現棱角。

消光帶又稱變形帶,是指礦物中的條帶消光現象。在帶狀消光礦物中,不同的消光帶是突兀而明顯的(插圖4-5)。

扭結區是指標記表面(解理或雙晶面等)的現象。)急劇彎曲。扭結區通常出現在雲母(圖版4-6)、斜長石和其他礦物中。扭結帶現象可以反映礦物所處的地質環境和應力狀態。扭轉過渡中的變形現象是指礦物解理和孿晶等彎曲現象(圖版4-7)。這種彎曲現象通常化學成分變化很小或沒有變化。也就是說,斜長石僅在扭曲後發生重結晶,而被置換的斜長石成分保持不變。它是晶內滑移的塑性變形現象。

變形晶粒是指礦物晶體中的扁平或透鏡狀細晶粒層,壹般不會切穿晶粒。在正交偏振鏡下,光線可以像雙晶壹樣被消除,這可能伴隨著高角度的帶狀消光(圖板4-8)。

機械孿晶是由礦物晶體中的孿晶滑移形成的,因此它是塑性變形的標誌之壹。在相對較低的溫度和相對較快的應變速率下,礦物容易發生機械孿晶。在方解石中常見,在斜長石和微斜長石中也可見(插圖4-9)。機械孿晶的研究不僅可以用於動力學分析,還可以反映變形過程中的劣化程度和溫度條件。

在交叉偏振器下,亞晶被分成許多不同的具有規則邊界的近等軸消光區,這些消光區彼此連續,但在單個偏振器下它仍然是完整的顆粒。這種變形現象稱為亞晶(圖版4-10)。

新晶粒的動態再結晶是指變形過程中形成的新晶粒。這些新顆粒具有不同的形狀,通常以齒狀鑲嵌聚集體的形式存在(圖版4-11)。在大多數情況下,它是細長的,很少是等軸的。根據Hobbs(1968)的研究表明,這種長軸新晶粒的取向與骨料的整體取向成20 ~ 40°的夾角。根據這個方位可以判斷剪切運動的方向(圖版4-12)。新晶粒中不存在波消光、帶消光和亞晶等形變現象。新顆粒和舊顆粒之間存在壹些不平等的成分差異,因為在變形過程中,也有帶入和帶出的成分。

靜態重結晶當新顆粒巖石的動態變形趨於靜態時,當巖石在應力作用下仍處於高溫時,就會發生靜態重結晶,從而使礦物的表面能最小化以達到穩定狀態。靜態重結晶的結果是礦物顆粒的橫截面為多邊形(具有許多六邊形),三個礦物邊界的交點形成三個三相點(圖版4-120+03)。靜態再結晶與純熱再結晶的區別在於仍然存在不完全的靜態再結晶顆粒,並且還可以發現殘余動態再結晶顆粒的鋸齒狀應時(圖4)

核幔結構位於交叉極化層之下,變形的礦物顆粒被其細亞顆粒和重結晶的新顆粒所包圍。這種微觀結構稱為核幔結構,其核可以位於中心(板塊4-15)或偏離中心(板塊4-16)。核幔結構發育波消光、帶消光和形變線。如果繼續應變,核心逐漸收縮直至消失,全部成為再結晶新的晶粒聚集體。核幔結構的形成和發展表明糜棱巖的顆粒形成主要是通過動態恢復和重結晶作用完成的。

在相同的溫度和壓力條件下,不同礦物的變形行為不同。例如,長英質巖石中的長石(框架結構)堅硬而堅硬,形成殘余斑點(有時應時也形成殘余斑點),而應時、伊利石和糜棱巖是塑性變形基質,堅硬的殘余斑點經常形成細長的尾巴,形成殘余斑點,也稱為眼球結構(表4-650)殘余斑點是堅硬的,裂紋經常在其內部發展或斷裂成幾塊,並且還表現出壹些塑性變形現象,例如消波、消光帶或解理彎曲或解理彎曲。根據殘斑系統的尾部形狀,判斷剪切應變率和運動方向。

書籍斜結構的本義是指壹堆垂直豎立的書籍或卡片在剪切應力作用下的歪斜。內部部件的相對滑動與外部部件的剪切運動相反。在這裏,它是指相鄰礦物(雲母、應時等)之間的滑移。)或沿解理或沿裂縫的碎片(圖版4-18)。如雲母和斜長石沿解理滑動,形成書斜構造。

沙鐘結構是指古代西方國家計時器的形狀。兩個圓錐體對接在壹起,縱剖面是兩個三角形頂部的對接。在這裏,它指的是受應力影響的礦物的物質組成,或光形成的沙鐘效應。礦物在應力場中受到壓力、張力和剪應力的作用。在壓縮方向上,顆粒間距減小,顆粒密度相對增加,但在拉伸方向上則相反。在剪切方向上容易滑移、開裂或產生微裂紋,因此在拉伸方向上相反;在剪切方向上,容易滑移、開裂或產生微裂紋。因此,由於共軛剪切裂縫面內的交代蝕變、雜質吸附、固溶體分離或置換、壓力溶解等作用,其化學成分和光學取向與鄰近區域完全不同,形成砂鐘狀構造(圖版4-19)。

雲母魚是指變形巖石中的大雲母片沿解理開裂或破碎成若幹小顆粒,形成類似魚的σ形尾巴的現象,稱為“雲母魚”。雲母魚的尾巴和頭部壹般與剪切方向平行。根據雲母魚的不對稱性,可以判斷剪切運動的方向(圖版4-20)。

條帶狀構造在構造變形巖中,同壹礦物集合體或單晶體常呈條帶狀分布。條帶可以是直的,也可以是圍繞斑晶彎曲的。在糜棱巖中,應時在條帶結構的基礎上通過靜態重結晶形成矩形應時帶(圖版4-21)。

S-C面理S面理是指礦物(伊利石)長軸的定向排列,C面理為剪切面理或條帶(石影),壹般與剪切帶邊界平行。具有S面理和C面理的變形巖石稱為S-C糜棱巖(表4-22)。剪切帶中的S-C面理可以指示剪切運動的方向。

構造變形巖石中的微觀分層現象,不同的礦物表現出不同的特征。那些具有高絕對熔融溫度(Tm)的礦物往往表現出剛性,而那些低Tm的礦物則表現出塑性,因為基質首先形成,剛性礦物在變形過程中被包裹在其中。隨著變形過程的繼續,基質越來越多,條帶狀結構越來越清晰,巖石分層現象越來越明顯。基質構成條帶,而那些相對堅硬的礦物和聚集體往往呈層狀排列,形成微分層。壓力溶液和剪切溶液也可以形成微分層(圖版4-23)。

在壓應力作用下形成的壓溶構造現象。如壓影、壓溶葉理、壓溶縫合線、微裂縫填充物等。

(1)壓力影是指在壓應力的作用下,變形巖石中比基質硬的斑狀礦物晶體因載荷而阻礙變形,從而在其周圍產生環形拉伸裂紋(孔隙),這些孔隙被基質中的壓力可溶性物質填充。由於充填物質的作用,斑狀礦物沿壹定方向沈澱再結晶,因此常形成橢圓形、眼球狀等形狀應力變形組構現象。這種現象被稱為壓力陰影。在織物方面,壓力陰影可以分為內部堅硬的“成核”礦物和兩側的新“陰影”礦物。常見的核是黃鐵礦,而“陰影”是伊利石和應時。

(2)壓溶縫合線壓溶縫合線是不溶性物質在壓溶過程中局部集中形成的不連續面,如泥質和鐵氧化物。它在變形巖石剖面上呈鋸齒狀和縫合線狀,並具有類似地震波曲線的波峰和波谷。峰谷與壓應力方向相反,可多期復合,以追蹤多期構造活動的痕跡。

(3)微裂隙充填脈常彌散於礦物和巖石的布丁狀構造或張裂隙中,沿裂隙壁結晶纖維礦物,與裂隙壁垂直。

出溶構造是壹種新的礦物集合體系統,稱為出溶構造。當溫度達到熔化線時,從固體礦物中分離出的重結晶物質形成。出溶構造包括應力條帶構造、出溶面理構造和應力蠕變構造。

(1)應力條紋結構在應力作用下,鉀長石或斜長石中的鈉溶解或沈澱形成條紋長石,這些條紋多沿剪切面線分布,呈雁形、火焰形、棋盤形和不規則形(圖版4-24)。條紋在壹定條件下可以指示剪切方向。

(2)出溶葉理的兩種成分的礦物相互平行,類似於鉀長石中鈉長石的出溶葉理(圖版4-25)。

(3)應力蠕變結構壹定的壓應力可使斜長石或鉀長石(雲母)的摩爾體積減小,導致二氧化矽從晶格中溶解或析出,形成蠕變結構,因其與應力有關而稱為應力蠕變結構(圖版4-26)。

微褶皺壹般是指在顯微鏡下看到的微尺度褶皺。

上述簡述的顯微構造,特別是塑性變形的顯微構造現象在桂東巖體中廣泛發育,特別是在下莊礦田。這些微觀結構現象為該巖石中構造應力場的強度、時間、影響範圍和熱力學(熱點)作用提供了豐富的信息。