組構(gòu)

在巖組學中，引用單晶體點陣對稱性來描述和劃分組構(gòu)的幾何特征。組構(gòu)的對稱性取決于亞組構(gòu)的對稱性和組構(gòu)要素自身的對稱性。在巖石亞組構(gòu)中出現(xiàn)下列 5種對稱型（見上圖）:

①球?qū)ΨQ：由組構(gòu)要素的隨機定向而形成的對稱性，類似于球體所具有的對稱要素,為均質(zhì)亞組構(gòu)（圖a）。

②軸對稱：具有圓柱體或旋轉(zhuǎn)橢球體所具有的對稱要素：一個無限次的對稱軸，并是無限多個對稱面的交線，與其垂直的面也是一個對稱面。在垂直于這個無限次對稱軸的各個方向上，亞組構(gòu)相同（圖b）。

③斜方對稱：具有三軸橢球體所具有的對稱要素：三個互相垂直的對稱面（ab、bc、ac）和三個與其垂直的二次對稱軸（圖c）。

④單斜對稱：僅有一個對稱面(ac)和一個與其垂直的二次對稱軸（圖d）。

⑤三斜對稱：沒有對稱面，只有對稱心（圖e）。這種亞組構(gòu)不能借助對稱面或?qū)ΨQ軸來描述。如果巖組圖的形態(tài)與上述某一種對稱型相差約10度，則在這種對稱型之前冠以“似”字，如似球?qū)ΨQ、似斜方對稱等。

全組構(gòu)的對稱性不能高于它的任何一個亞組構(gòu)的對稱性。全組構(gòu)的對稱型也有上述5種。

蘇魯超高壓變質(zhì)帶是以片麻巖為主體的區(qū)域變質(zhì)帶，也是碰撞造山的山根出露帶，山根指的是由于三疊紀中朝與揚子克拉通相互碰撞形成的增厚的地殼底部。在中新生代，整個中國東部都發(fā)生過強烈的巖漿活動與火山作用，它們都引起地殼上地慢中巖石組成與構(gòu)造形態(tài)的變化，并在深反射地震剖面中留下痕跡。

組構(gòu)超高壓變質(zhì)巖片地震組構(gòu)的標定

在東海縣南部地區(qū)的反射地震剖面總長約20km，這些剖面充滿了幾何形態(tài)和傾向各異的反射體。在變質(zhì)基底中的眾多反射信號的產(chǎn)生，以往有多種推測，如主要由糜棱巖構(gòu)成的韌性剪切帶、片麻巖線理、面理、隱伏的基性或超基性巖體等，從關(guān)于工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與巖石物性的討論中可知，工區(qū)榴輝巖及橄欖巖與圍巖片麻巖有較大的波阻抗差異，而且工區(qū)韌性剪切帶與裂隙破碎帶發(fā)育，它們都是反射發(fā)生的可能原因。

地殼中大型韌性剪切帶以糜棱巖或其他構(gòu)造巖、平行造山帶方向的剪切面理和礦物拉伸線理為特征，在秦嶺-大別-蘇魯造山帶不同地層中都有廣泛的發(fā)育，在蘇魯東海縣超高壓變質(zhì)帶內(nèi)更是典型，圖1中各巖片之間的邊界基本上都是韌性剪切帶。一般認為，韌性剪切帶是垂直于造山帶方向的壓擠使物質(zhì)沿造山帶方向位移的結(jié)果，它們多形成于中下地殼，在造山作用之后才抬升到上地殼。在韌性剪切作用中，脆性破裂與非彈性蠕變并存，剪切構(gòu)造巖中還常常包含有尺度不等的未經(jīng)變形的巖塊，它們一起構(gòu)成了這一特殊的構(gòu)造帶。

組構(gòu)巖石圈的地震組構(gòu)

根據(jù)深反射地震資料還可推測，蘇魯?shù)貐^(qū)的巖石圈地幔具有多層結(jié)構(gòu)。用24s的深反射地震記錄揭示了在大別蘇魯?shù)貐^(qū)巖石圈地幔內(nèi)存在5組水平的反射體，它們可隨深度增加分別命名為M1到M5。這些反射體不僅可在地震疊加剖面上看到，有時還可在野外單炮記錄上看到。反射體M₁對應Moho面，而 M₅與現(xiàn)今華北及蘇皖多數(shù)地區(qū)巖石圈底界對應，根據(jù)地熱資料蘇魯熱巖石圈厚度約為76km。其他 3 個反射體可能是中生代巖石圈減薄誘發(fā)的殼幔作用的結(jié)果。

在雙程走時12s處的反射體M2可能是古生代的Moho面。反射體M3在14s前后，它與殘留的古生代上地幔有關(guān)。M4在18s前后，對應深度為55-60km，在平明山火山口下方或新生代裂谷帶內(nèi)，它反映了巖石圈底面，這里不存在新生代新增厚的巖石圈地幔。蘇魯超高壓變質(zhì)帶的中下地殼具有正常的波速與泊松比，巖石圈地幔具有分層結(jié)構(gòu)，反映了中國東部中生代巖石圈減薄作用。 2100433B

1902年B.桑德爾將“組構(gòu)”術(shù)語引入地質(zhì)學中，用于描述巖石中幾何性和物理性組構(gòu)要素的內(nèi)部幾何組態(tài)。

巖組學中，組構(gòu)一詞泛指巖石的組成要素，包括組成巖石的礦物及其晶格的質(zhì)點、鮞粒、礦物的集合體（如礫石）等，以及各種類型的線理、面理，也包括巖石的物理性質(zhì)。在某一特定域內(nèi)，巖石的組分在統(tǒng)計上遍及整個巖石體，其排列方式形成某種組構(gòu)。在這種意義上，巖石的組成要素又稱組構(gòu)要素。所有的組構(gòu)要素在某一規(guī)模上可以視為構(gòu)造不連續(xù)面和不連續(xù)線。組構(gòu)要素有兩種類型：結(jié)晶學組構(gòu)要素（礦物的晶面、晶棱、光率體主軸）和非結(jié)晶學組構(gòu)要素（集合體中可見的構(gòu)造不連續(xù)面和不連續(xù)線）。因此，組構(gòu)是指面和線在三度空間的無限排列。組構(gòu)分為幾何組構(gòu)和由幾何組構(gòu)所控制的物理組構(gòu)。在統(tǒng)計上，組構(gòu)具有類似于單晶體晶格構(gòu)造的幾何性質(zhì)、對稱性、無限延伸性、透入性以及統(tǒng)計均勻性。由所有組構(gòu)要素的空間排列而成的組構(gòu)稱為全組構(gòu)。由一種組構(gòu)要素而顯示的組構(gòu)稱為亞組構(gòu)。在特定的巖石中，亞組構(gòu)能代表該巖石的組構(gòu)特征。

組構(gòu)研究背景

巖石組構(gòu)是構(gòu)造地質(zhì)學研究的一項重要基礎(chǔ)工作 。組構(gòu)譯自德文Gefǜge，又稱為織構(gòu)(多用于冶金學和材料學)，是指一種集合體內(nèi)部的幾何形態(tài)和物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)在三維空間的分布規(guī)律。對于天然巖石，組構(gòu)包含結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和優(yōu)選方位三個方面的內(nèi)容，涉及礦物結(jié)晶程度、形狀、大小、相互關(guān)系和排布情況。研究巖石組構(gòu)的學科稱為巖石組構(gòu)學(簡稱巖組學)、構(gòu)造巖石學或者顯微構(gòu)造分析。巖組學的興起始于變質(zhì)巖形變的研究，其基本概念是Becker GF在1893年提出來的。1930年Sander B在奧地利學派實踐工作基礎(chǔ)上發(fā)表專著《Gefǜgekundeder Gesteine》(巖石的組構(gòu)學)，標志著巖組學以一門獨立分支學科出現(xiàn)。

巖組學的主要任務是借助光學顯微鏡、費氏臺、X射線衍射儀、中子衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡等技術(shù)手段，揭示構(gòu)造巖的顯微組構(gòu)特征，借以探討與巖石形成和變形相關(guān)的一些宏觀構(gòu)造應變規(guī)律、應力狀態(tài)、運動方式和形成機制等構(gòu)造信息。厘米到埃(angstrom)尺度的巖相學觀測是巖組學研究的主要內(nèi)容之一，涉及巖石中礦物相的組成及其內(nèi)部成分變化，礦物相的大小、形態(tài)和空間分布，礦物顆粒的結(jié)晶學方位及其內(nèi)部變化，顆粒或者亞顆粒邊界的幾何形態(tài)及其結(jié)構(gòu)，三聯(lián)點的幾何形態(tài)及其結(jié)構(gòu)等。這些微觀尺度的測量數(shù)據(jù)也是地球科學研究的基礎(chǔ)和支撐。巖組學研究的另一個重要方面是描述巖石中礦物的優(yōu)選方位特征，并闡述其形成機制和構(gòu)造環(huán)境。礦物有兩種優(yōu)選取向：形態(tài)優(yōu)選方位，描述具有各向異性顆粒形態(tài)的取向分布特征；結(jié)晶學優(yōu)選方位指的是礦物晶格的取向特征。變形或者定向生長造成巖石中礦物的定向性排列，并引起物理性質(zhì)的各向異性，例如地球中地震波分裂。對材料結(jié)構(gòu)的解釋也依賴于對其內(nèi)部礦物取向特征的定量描述。

組構(gòu)巖石組構(gòu)研究的最新技術(shù) —電子背散射衍射

電子背散射衍射(EBSD)系統(tǒng)通常安裝在掃描電鏡(SEM)上。該技術(shù)通過采集樣品在高能電子束轟擊下產(chǎn)生的電子背散射衍射圖像，并將之與數(shù)據(jù)庫中不同晶體的EBSP模擬結(jié)果進行匹配，從而反演出樣品中晶體的相分布特征及其三維取向關(guān)系等顯微構(gòu)造信息。測量數(shù)據(jù)的空間分辨率優(yōu)于1 μm，裝配在場發(fā)射掃描電鏡上的EBSD可為10 nm左右；角度分辨率可達到 0.5°～1°。理論上，EBSD可以對所有對稱晶系的晶體進行顯微構(gòu)造分析。EBSD技術(shù)的開發(fā)和研制拓展了掃描電鏡的應用范圍，使其不僅能對材料進行形貌觀察和成分分析，而且能夠?qū)Σ牧线M行晶體結(jié)構(gòu)、晶粒取向等晶體學特征分析和未知礦物相的鑒定。

EBSD技術(shù)拓展了掃描電鏡的應用范圍，使其不僅能對材料進行形貌觀察和成分分析，而且能夠?qū)Σ牧线M行晶體結(jié)構(gòu)、晶粒取向等晶體學特征的分析，實現(xiàn)諸如礦物相鑒定、變形機制研究、確定位錯滑移系、顯微構(gòu)造定量化、變質(zhì)過程研究、結(jié)晶學優(yōu)選方位和約束化學微量取樣等。這些研究中可以得到量化的結(jié)晶學方位數(shù)據(jù)，從而

對顯微構(gòu)造的解釋模型提供更加嚴格約束，對于構(gòu)造學家、巖石學家和巖相學家的研究非常重要。

組構(gòu)EBSD在超高壓榴輝巖組構(gòu)分析中的應用

20世紀 80年代以來，柯石英和微粒金剛石等超高壓礦物在世界各地的造山帶中相繼被發(fā)現(xiàn)，證明榴輝巖等表殼巖石曾經(jīng)俯沖到上地幔深度而后又折返回到地表。超高壓巖石的發(fā)現(xiàn)向傳統(tǒng)地球科學理論提出了重要挑戰(zhàn)，改變了人們對巖石變質(zhì)深度和陸內(nèi)碰撞深俯沖的認識。有關(guān)超高壓巖石形成和折返過程的動力學機制已成為地學界

所關(guān)注的科學難題之一，地質(zhì)學家建立了多種理論模型 。但是，有關(guān)超高壓榴輝巖形成和變形的物理環(huán)境參數(shù)很難直接獲取，許多模型都涉及其特定流變學、變形機制和應變速率條件下的偏應力等資料的準確性，并且建立和檢驗這些模型還需要研究榴輝巖的變形條件(壓扁、收縮、剪切)以及榴輝巖相主礦物的變形機制和應力大小。因此，超高壓巖體俯沖折返模型的建立在很大程度上依賴于榴輝巖的流變學研究。流變學實驗可以在宏觀上定量確定巖石的流變強度和變形機制，但對變形機制的深入了解必須建立在顯微構(gòu)造研究之上。結(jié)晶學優(yōu)選方位的測量是顯微組構(gòu)研究的重要方面，它可以提供變形機制的微觀信息，并確定巖石變形參數(shù)，是流變學實驗研究的重要補充。同時，榴輝巖顯微構(gòu)造和組構(gòu)分析提供了詳細的重建折返路徑的信息，可以提供UHP巖石折返的重要信息，特別是折返機制、折返運動學信息，是對超高壓變質(zhì)巖體溫壓演化的重要補充。

但是，榴輝巖完整組構(gòu)的測量還比較缺乏，其原因主要有以下幾個方面：(1)使用費氏臺測量綠輝石顯微組構(gòu)的工作量繁重、耗時，并且容易出錯。光學測量方法只能確定石英和金紅石的 c 軸，而立方對稱的石榴石則無法測量。 (2)傳統(tǒng)的X射線衍射組構(gòu)測量儀，由于顆粒太大、多礦物衍射峰值疊加等原因不太實用。(3)中子衍射儀少，價格昂貴。電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)的發(fā)展和應用為超高壓榴輝巖顯微組構(gòu)的研究提供了強大的技術(shù)支持，國內(nèi)外學者已經(jīng)利用EBSD對實驗和天然的單斜輝石和石榴石進行了大量的顯微組構(gòu)分析，并且獲得了許多的有用信息。

組構(gòu)要素通常形成面狀或線狀取向，但可能有隨機取向的組構(gòu)要素組成的“隨機組構(gòu)”，由形體取向的物體（顆粒或顆粒集合體）構(gòu)成的組構(gòu)，稱為形組（Shape fabric）。

線狀組構(gòu)要素包括小型的線理、巖漿巖的流線構(gòu)造等。

巖體的組構(gòu)是巖體內(nèi)部所有構(gòu)造要素的幾何排列，可視為巖石的構(gòu)造“結(jié)構(gòu)”。通常只將較小尺度內(nèi)（手標本或微觀大小）所觀察到的構(gòu)造要素視為組構(gòu)，而不是大型構(gòu)造。因而組構(gòu)的研究實際上包括晶粒的構(gòu)造分析。

組構(gòu)由許多組構(gòu)要素（fabric element）組成，每一組構(gòu)要素又由一組相同類型的幾何要素組成，這些要素不是面狀就是線狀的。