張宏遠，劉俊來

1.中國地質(zhì)大學（北京）地球科學與資源學院，北京 1000832

2.School of Earth Sciences, the University of Queensland,Steele Building,St Lucia., Brisbane 4072,Australia

論顯微構(gòu)造地質(zhì)學的解析性研究與教學

張宏遠1，2，劉俊來1

1.中國地質(zhì)大學（北京）地球科學與資源學院，北京 1000832

2.School of Earth Sciences, the University of Queensland,Steele Building,St Lucia., Brisbane 4072,Australia

本文在解析構(gòu)造學綱要的指導下，結(jié)合筆者在顯微構(gòu)造地質(zhì)學領(lǐng)域的教學與研究實踐，剖析了顯微構(gòu)造鑒定所能解決的解析構(gòu)造學的科學問題，認為對于“構(gòu)造的分期性和階段性” 、“表殼構(gòu)造與深層次構(gòu)造”等問題可發(fā)揮重要作用。教學體系方面，顯微構(gòu)造鑒定應(yīng)分為光學顯微構(gòu)造地質(zhì)學教學和電子顯微構(gòu)造地質(zhì)學教學兩個體系。結(jié)合實踐提出了光學顯微鑒定的循序漸進的實用訓練方法。

顯微構(gòu)造地質(zhì)學；解析構(gòu)造學；訓練方法

一、解析構(gòu)造地質(zhì)學綱要的指導意義

老一輩地質(zhì)構(gòu)造學家馬杏垣教授以辯證唯物主義做指導，以分析矛盾為核心，將運用構(gòu)造解析方法研究所得的構(gòu)造學，創(chuàng)導為《解析構(gòu)造學》科學研究綱要[1]。它是一套研究各種構(gòu)造現(xiàn)象的重要科學理論。所謂解析方法，不是局限于作單純的對比，而是指為了透過現(xiàn)象看本質(zhì)，強調(diào)化整為零，即化整體復雜構(gòu)造為簡單構(gòu)造要素來研究其幾何、運動和動力演化規(guī)律，并探討其在巖石圈整體結(jié)構(gòu)中的作用過程。解析主要有構(gòu)造變形場、構(gòu)造層次、時空尺度、構(gòu)造疊加—置換—序列—世代、構(gòu)造轉(zhuǎn)化與再造、巖性介質(zhì)、構(gòu)造得失—增減—改組—分異、構(gòu)造組合等8個原則[1-7]。解析構(gòu)造學強調(diào)動態(tài)的吸收和借鑒科學發(fā)展的最新成果，不斷提升解析水平，并產(chǎn)生綜合成果。與其他學科的關(guān)系如圖1所示。

圖1 解析構(gòu)造學與相關(guān)學科關(guān)系圖[1]

顯微構(gòu)造地質(zhì)學是介于地質(zhì)學與解析構(gòu)造學之間的地質(zhì)學分支，其研究內(nèi)容為從毫米級至納米級的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象?？蒲袑嵺`表明，離開科學問題，單純的研究顯微尺度構(gòu)造將走入誤區(qū)，難以產(chǎn)生成果。因此，必須吸收解析構(gòu)造學綱要的基本思想，在教學和科研思路上做不斷的革新嘗試。本文擬就全面鑒定顯微構(gòu)造的科研方法做初步探討，并指出教學工作的重點。

二、顯微構(gòu)造的研究和教學

顯微構(gòu)造的研究對象受研究手段制約。普通光學顯微鏡只能做到毫米—微米級鑒定，可以拍攝彩色照片，但以定性研究為主。掃描電子顯微鏡則可做到毫米—納米級鑒定，雖不能拍攝彩色照片，但可以結(jié)合能譜、電子探針、電子背散射衍射花紋等進行多種定量研究。因此，從教學實踐上應(yīng)分做兩個體系，即光學顯微構(gòu)造地質(zhì)學教學和電子顯微構(gòu)造地質(zhì)學教學。

1.顯微構(gòu)造解析綱要

作為一種基本的地質(zhì)學研究手段已經(jīng)獲得廣泛運用，只是在各個地質(zhì)分支學科側(cè)重有所不同，如巖石學強調(diào)的是基本建造組成，構(gòu)造學則強調(diào)變形變質(zhì)機制及運動演化規(guī)律。在鑒定中應(yīng)當兼顧建造和改造兩部分內(nèi)容，并從解析構(gòu)造理論角度作以分析。

建造部分常以“主要造巖礦物組合及識別”為題。這里建議將礦物結(jié)晶程度、大小和粒間關(guān)系等“結(jié)構(gòu)”內(nèi)容得描述并入本部分。根據(jù)解析構(gòu)造學綱要，認為這部分有利于解決“表殼構(gòu)造與深層次構(gòu)造”中、深地殼巖石學問題。

改造部分是構(gòu)造學問題。根據(jù)解析構(gòu)造學綱要，認為顯微構(gòu)造可在“構(gòu)造的分期性和階段性”及“表殼構(gòu)造與深層次構(gòu)造” 層次性上，發(fā)揮定性主導作用。前者體現(xiàn)構(gòu)造巖發(fā)育的大地構(gòu)造時間格架，后者體現(xiàn)構(gòu)造巖研究層次。若能結(jié)合中小尺度定向研究，則有利于解決伸展、收縮、旋轉(zhuǎn)等構(gòu)造問題。上述研究，若進一步結(jié)合變形礦物同位素年代學研究，則可有望量化解決構(gòu)造演化問題。

2.光學顯微構(gòu)造教學

根據(jù)光學顯微構(gòu)造解析綱要，為了使初學者扎實掌握該模版，提出一個五階段訓練方法，此方法在一周內(nèi)可強化完成。

（1）造巖礦物的識別及特點描述。

其鑒定格式可以采用如下模版：造巖礦物名稱；典型光性特征（顏色、多色性、突起、干涉色、光軸、消光特征）；典型結(jié)構(gòu)（顆粒形態(tài)、大小、粒間關(guān)系、解理、晶內(nèi)變形特征）等；百分含量。

此步驟主要要求初學者熟練掌握常見礦物識別和基本光學性質(zhì)的準確凝練描述，以強化對結(jié)晶學、晶體光學、礦物學的掌握，建議備一本透明礦物顯微鑒定手冊。對于礦物學、巖石學和礦床學問題，應(yīng)結(jié)合電子顯微鏡進行定量解析。對上述典型幾何結(jié)構(gòu)應(yīng)拍照或素描。

（2）典型變形顯微構(gòu)造現(xiàn)象鑒定。

這是一個“化整為零”的構(gòu)造解析工作。本項練習需注意兩點：一是在描述過程中，一定要以構(gòu)造現(xiàn)象（單位）為綱進行描述，勿以礦物為綱；二是注意目鏡觀察到的圖像、薄片和拍攝照片之間的方位關(guān)系。建議備一本顯微構(gòu)造地質(zhì)學教材。

常見顯微構(gòu)造現(xiàn)象包括顯微破裂、變形消光、帶狀消光、解理面或雙晶面扭折帶、變形紋、機械雙晶、亞晶粒、動態(tài)重結(jié)晶新晶粒、靜態(tài)恢復重結(jié)晶新晶粒、核幔結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)碎斑系、變斑晶包跡構(gòu)造、書斜式構(gòu)造、礦物魚、砂鐘構(gòu)造、帶狀構(gòu)造、S-C面理、顯微分層現(xiàn)象、壓溶構(gòu)造、出溶構(gòu)造、顯微褶皺等21種。若深刻理解上述構(gòu)造的機理，則需要結(jié)合電子顯微鏡的納米級位錯構(gòu)造樣式分析。對上述典型幾何結(jié)構(gòu)應(yīng)拍照或素描。

（3）變形—變質(zhì)作用階段劃分。

這是根據(jù)上述現(xiàn)象思考的地質(zhì)演化綜合問題，因而對初學者有困難。這里只要求定性工作。由于需要定性判斷原巖類型、變形構(gòu)造巖類型及其進一步改造特點作出若干階段劃分，所以建議此時初學者準備一本巖石學命名圖譜工具書。

其鑒定格式可以采用模版為：構(gòu)造巖主要經(jīng)歷了××等階段的演化階段。這是根據(jù)構(gòu)造巖組分和結(jié)構(gòu)特點判斷原巖可能為××巖，根據(jù)顯微構(gòu)造特點知構(gòu)造巖為××質(zhì)××狀××巖，并根據(jù)疊加變形或退變質(zhì)發(fā)育情況判斷經(jīng)歷了××就位。

值得注意的是，地質(zhì)多旋回理論告訴我們的，空間尺度越小，相應(yīng)變形時間尺度也變窄[8]。因此，在當前實際研究中，應(yīng)當進一步結(jié)合電子探針溫壓、能譜成分、巖組各向異性分析、同位素年代學、地層古生物學等綜合工作，才能得到可信的成果。

（4）主變形階段的構(gòu)造變形機制分析。

一個薄片可經(jīng)歷一種或多重變形機制改造，一般劈理域內(nèi)反映的機制較為單一，微劈石域內(nèi)反映一種或多重改造。初學者只要能將主期即劈理域內(nèi)構(gòu)造變形機制厘定即可。值得注意的是，在劈理域基質(zhì)中，不同礦物的變形改造機制并不相同，應(yīng)當逐一列出。這里部分重復訓練大綱第二步所進行的訓練內(nèi)容，體現(xiàn)了逐步深入。

在描述過程中，一定要以變形機制為綱進行描述，模版為，××礦物經(jīng)歷了××機制改造，表現(xiàn)為××構(gòu)造現(xiàn)象。

注意在理論上，礦物或構(gòu)造巖主要有五種變形機制大類，即顯微破裂、晶質(zhì)塑性變形、粒間滑移、擴散蠕變和微褶皺作用。顯微破裂機制表現(xiàn)為顯微破裂、砂鐘構(gòu)造和書斜式構(gòu)造等構(gòu)造現(xiàn)象。晶質(zhì)塑性變形機制分三種亞類型，一是位錯滑移機制，主要表現(xiàn)為變形消光、變形紋、機械雙晶等構(gòu)造現(xiàn)象；二是動態(tài)恢復，表現(xiàn)為帶狀消光、扭折帶、亞晶粒、核幔結(jié)構(gòu)等構(gòu)造現(xiàn)象；三是重結(jié)晶，表現(xiàn)為動態(tài)重結(jié)晶新晶粒、靜態(tài)恢復重結(jié)晶新晶粒、旋轉(zhuǎn)碎斑系、帶狀構(gòu)造等構(gòu)造現(xiàn)象。粒間滑移機制表現(xiàn)為礦物魚、云母魚、S—C面理、顯微分層等構(gòu)造現(xiàn)象。擴散蠕變機制表現(xiàn)為變斑晶包跡構(gòu)造、壓溶構(gòu)造、出溶構(gòu)造等構(gòu)造現(xiàn)象。微褶皺作用表現(xiàn)為顯微尺度的褶皺構(gòu)造。

（5）主變形變質(zhì)階段的構(gòu)造相及運動學分析。

根據(jù)“變形—變質(zhì)作用階段劃分” 和“主變形階段的構(gòu)造變形機制分析”結(jié)果，探討各階段尤其是主變形階段的構(gòu)造相，并觀察薄片中礦物運動學指向標志。在探討構(gòu)造相時，將綜合各礦物受到的變形改造機制以及相應(yīng)機制下的構(gòu)造現(xiàn)象表征情況。

在探討運動學時，利用S-C面理組構(gòu)、旋轉(zhuǎn)碎斑、書斜式構(gòu)造等標志判斷剪切運動方向。正如第二步訓練中即已提出的，在與宏觀構(gòu)造結(jié)合過程中，初學者應(yīng)注意方位的恢復問題。

顯微光學費氏臺巖組學工作可以進一步加強構(gòu)造相及運動學的半定量研究，目前逐漸為更為先進的基于掃描電子顯微鏡的電子背散射衍射（EBSD）全方位巖組學取代。

采用模版為：期次歸屬—主期次構(gòu)造相—構(gòu)造機制—構(gòu)造現(xiàn)象表征—運動學規(guī)律。就又從邏輯上綜合應(yīng)用了第二、三、四步練習的鑒定。

上述訓練方法和可能涉及的科學問題可歸結(jié)為流程圖2。

3.電子顯微構(gòu)造地質(zhì)學研究與教學

電子顯微構(gòu)造地質(zhì)學研究是當代地質(zhì)物質(zhì)學及構(gòu)造演化機制研究的重要前沿領(lǐng)域，但主要是基于掃描電子顯微技術(shù)開展的。地質(zhì)物質(zhì)學方面研究工具以電子探針、背散射圖像、能譜成分地圖分析為主；構(gòu)造學方面以二次電子掃描、能譜成分剖面、電子背散射衍射巖組各項異性等分析為主。因此，電子顯微構(gòu)造地質(zhì)學的教學應(yīng)當從掃描電子顯微分析方法、基本原理、儀器操作三個板塊進行。

限于儀器維護成本高昂，教學帶有強烈的研究目的，主要面對研究生或研究人員。對于掃描電子顯微分析方法可以不用分類一起進行，但基本原理、儀器操作應(yīng)按研究所需不同儀器進行。比如巖石研究者需要學習電子探針、構(gòu)造巖組研究需要學習電子背散射衍射分析儀。教學以小班或小組教學為主，人數(shù)限個位。一般在徹底學會原理、分析方法、儀器操作后，還需單獨進行實驗室安全教育，才能獲得獨自操作許可。

三、結(jié)論

（1）解析構(gòu)造學科學研究綱要是重要的構(gòu)造研究理論，對顯微構(gòu)造地質(zhì)研究和教學工作具有重要指導意義，值得進一步借鑒和發(fā)揚。

（2）將顯微構(gòu)造鑒定與解析構(gòu)造學科學研究綱要對應(yīng)關(guān)系，認為其主要能解決“構(gòu)造的分期性和階段性” 、“表殼構(gòu)造與深層次構(gòu)造”等問題，并能對運動學、年代學研究發(fā)揮重要作用。

（3）認為顯微構(gòu)造鑒定教學實踐上應(yīng)分做光學顯微構(gòu)造地質(zhì)學教學和電子顯微構(gòu)造地質(zhì)學教學兩個體系。重點提出了光學顯微鑒定的循序漸進五步訓練方法。

圖2 光學顯微鑒定訓練方法及可能解決的科學問題

[1]馬杏垣.解析構(gòu)造學芻議[J].地球科學—武漢地質(zhì)學院學報，1983，(3)1-9.

[2]馬杏垣，索書田，游振東，等.嵩山構(gòu)造變形—重力構(gòu)造、構(gòu)造解析[M].北京：地質(zhì)出版社，1981.

[3]朱志澄，宋鴻林.構(gòu)造地質(zhì)學(第一版)[M].武漢：中國地質(zhì)大學出版社，1990.

[4]傅昭仁，蔡學林.變質(zhì)巖區(qū)構(gòu)造地質(zhì)學[M].北京：地質(zhì)出版社，1996.

[5]朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(第二版)[M].武漢：中國地質(zhì)大學出版社，1999.

[6]馬杏垣.解析構(gòu)造學[M].北京：地質(zhì)出版社，2004.

[7]曾佐勛，朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(第三版)[M].武漢：中國地質(zhì)大學出版社，2008.

[8]黃汲清，陳炳蔚.中國及鄰區(qū)特提斯海的演化[M].北京：地質(zhì)出版社，1987.

Analytical Research and Teaching Method of Microscopic Structural Geology

ZHANG Hong-yuan1,2, LIU Jun-lai1
1.China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2.University of Queensland, Brisbane 4072, Australia

On the basis of reviewing analytical tectonics, the scientific problems that microscopic identification can solve are studied together based on our research and teaching practice in microstructural geology. We then hold that the microtectonic methods are important to classify the tectonic periods and stages, as well as the problem of the surface structures and deep level structures, and so on. The teaching system of the microscopic identification should be divided into two parts, one is the light microscopy teaching system, and the other is the scanning electron microscopy teaching system. Based on our practice, we present one step by step train course including five steps on the light microscopy teaching system. In general, the principle and outline of analytical tectonics is one significant guide to both the research and teaching jobs of microtectonics.

microscopic structural geology; analytical tectonics; train method

G642

A

1006-9372 （2011）03-0064-04

2011-04-20。

國家自然科學重大項目（90814006）資助。

張宏遠，男，講師，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學的教學和研究工作。