石英道芬雙晶對晶格優(yōu)選取向及變形機制的貢獻和意義
2022-12-04 12:17:48占樂凡曹淑云
巖石礦物學雜志 2022年6期
占樂凡，曹淑云
(中國地質(zhì)大學(武漢) 地球科學學院 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室， 湖北 武漢 430074)
石英是大陸地殼中主要的組成礦物之一， 也是最常見的造巖礦物， 對其變形行為與機制的研究， 是深入理解地殼強度和流變學性質(zhì)的關(guān)鍵 (Kohlstedtetal., 1995; Stippetal., 2002; Passchier and Trouw, 2005; Stipp and Kunze, 2008; 張進江等， 2019)。純的石英無色、透明， 希臘人稱為“Krystallos”， 意思是“潔白的冰”。由于石英具有較為簡單的化學成分和特殊的晶體結(jié)構(gòu)， 其塑性變形行為、組構(gòu)特征及變形溫度-壓力之間的關(guān)系得到了前人的廣泛研究(Stippetal., 2002; Lloyd, 2004; Caoetal., 2013a, 2013b; Ceccatoetal., 2017; McGinnetal., 2020)。
自然界中，盡管雙晶在大多數(shù)種類的礦物晶體中不出現(xiàn)或少見，但是在少數(shù)的礦物如方解石﹑石英、斜長石、角閃石、錫石﹑十字石等晶體中常常發(fā)育雙晶。研究表明，一些礦物變形過程中伴隨有不同程度的雙晶發(fā)育。 長石和方解石的雙晶非常發(fā)育，且在顯微鏡下常常可見。石英也發(fā)育雙晶，然而，由于其雙晶單體的光率體大致相同，因此，在顯微鏡下比較難以直接觀測到。自1933年Zinserling和 Schubnikov首次在石英單晶中發(fā)現(xiàn)機械應力誘導下能夠形成道芬雙晶(圖1)，之后許多學者相繼開展了顯微構(gòu)造和巖石組構(gòu)研究，來探究道芬雙晶的作用及意義 (Wooster and Wooster, 1946; Tullis, 1970; Tullis and Tullis, 1972; Markgraaff, 1986; Lloyd, 2004; Pehl and Wenk, 2005; Wenketal., 2005; Mengonetal., 2011; Zhangetal., 2012; Rahletal., 2018; McGinnetal., 2020; Bidgoodetal., 2021)。早期的研究認為道芬雙晶形成于低溫α-石英和高溫β-石英的相變過程中，隨著先進的電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)的廣泛應用，發(fā)現(xiàn)機械應力誘發(fā)的道芬雙晶對溫度和應力具有一定的依賴性 (Lloyd, 2004; Pehl and Wenk, 2005; Wenketal., 2005, 2006, 2007; Mengonetal., 2011; McGinnetal., 2020)，也意識到在不同地質(zhì)條件下道芬雙晶的發(fā)育或存在可能對石英晶體塑性變形具有重要影響，并對其成因機制以及形成條件等進行了探討(Piazoloetal., 2005; Wenketal., 2009; Mengonetal., 2011; Rahletal., 2018 )。然而，到目前為止，天然巖石變形過程中，石英道芬雙晶的存在對變形行為及機制的影響方面的研究仍然很少，制約了對地殼流變學性質(zhì)的全面理解。
云南高黎貢剪切帶出露有同構(gòu)造變形的石英脈， 石英表現(xiàn)出典型的脆-韌性轉(zhuǎn)換域下的變形特征(Dongetal., 2019)， 其中的粗顆粒石英殘斑大多發(fā)育道芬雙晶， 晶內(nèi)發(fā)育有細粒化的重結(jié)晶集合體條帶。本文在前人對道芬雙晶的研究基礎(chǔ)上， 對高黎貢剪切帶內(nèi)石英脈中的石英開展了精細EBSD晶格優(yōu)選取向研究， 分析和總結(jié)了道芬雙晶的結(jié)晶學特征及形成條件， 并進一步探討了道芬雙晶對石英變形行為及機制的貢獻和意義。
高黎貢剪切帶石英脈平行糜棱葉理方向產(chǎn)出。本文石英脈樣品來自于高黎貢剪切帶邊界處， 按照平行礦物拉伸線理和垂直糜棱面理的XZ面切制了定向薄片。樣品EBSD測試在中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室完成， 使用儀器型號為蔡司Sigma 300VP 場發(fā)射掃描電鏡， 搭載有牛津EBSD探頭。樣品在精細拋光后在低真空下完成測試， 加速電壓為20 kV， 束流工作距離為16 mm， 步長為1 μm， 收集點至少匹配8個衍射帶以被完整接收。后續(xù)處理軟件為Channel 5和Aztec crystal軟件。文中所展示的IPF面分布圖是以應變橢球中Z方向為基準進行的編碼。顆粒邊界跡線分析是一種通過EBSD數(shù)據(jù)來確定晶體活動滑移系的較為可靠的方法， 其原理為利用EBSD數(shù)據(jù)來確定晶體可能的旋轉(zhuǎn)軸， 接著在理想的傾斜或扭曲邊界根據(jù)模型與旋轉(zhuǎn)軸間的關(guān)系來確定出顆粒所發(fā)育的活動滑移系， 具體方法可參考Lloyd(2004)。
1 道芬雙晶的結(jié)晶學特征及形成影響因素
圖1 三方晶系α-石英單晶(a)和道芬雙晶(b)宏觀示意圖
早期的實驗研究表明， 受到高應力的石英晶體會發(fā)生道芬雙晶化(Zinserling and Schubnikov, 1933; Woosteretal., 1947; Thomas and Wooster, 1951)。之后通過對石英的單晶壓縮實驗， 發(fā)現(xiàn)在1～2 GPa的差應力下， 石英晶體即發(fā)育道芬雙晶(Tullis and Tullis, 1972)； 進一步的實驗研究發(fā)現(xiàn)在20 GPa的沖擊波下石英也能形成道芬雙晶的形成 (Wenketal., 2005)。最近越來越多研究者注意到沉積巖(Zhangetal., 2012; Olierooketal., 2014)、糜棱巖(Lloyd, 2004; Pehl and Wenk, 2005; Menegonetal., 2011; McGinnetal., 2020)、混合巖(Levineetal., 2016) 在經(jīng)歷構(gòu)造變形過程中形成了道芬雙晶， 甚至還發(fā)現(xiàn)隕石在撞擊變形過程中也可形成石英道芬雙晶(Wenketal., 2005)， 導致研究者開始思考外部條件對雙晶活動的影響及其意義。
道芬雙晶的形成過程與溫度和差應力之間存在一定的耦合關(guān)系， 即當溫度較高時， 只需要較低的差應力就能誘發(fā)道芬雙晶(Thomas and Wooster, 1951; Tullis, 1970; Tullis and Tullis, 1972; Wenketal., 2006)。受制于相變后道芬雙晶消失的影響， 溫度影響的上限不會超過相變溫度(約570～600℃)。通過對未變形多晶石英的壓縮實驗研究發(fā)現(xiàn)， 在約300 MPa的圍壓、100 MPa的差異應力和300～400℃條件下， 石英會出現(xiàn)道芬雙晶； 在500℃ 時， 道芬雙晶發(fā)育約需50 MPa的差異應力； 在600℃(接近相變過程溫度)的溫度下低于50 MPa的差應力就可誘發(fā)道芬雙晶的形成(Wenketal., 2006, 2007)。實驗結(jié)果表明， 差應力較低時， 溫度越高， 越容易誘發(fā)道芬雙晶。最近， Rahl 等 (2018) 報道了石英道芬雙晶出現(xiàn)在未面理化的天然低級變質(zhì)石英巖中， 變質(zhì)溫度在300～450℃左右， 同樣也說明了道芬雙晶只需要較低的差應力就能被誘發(fā)形成。實驗數(shù)據(jù)還進一步表明， 由于顆粒初始取向的限定， 一個多晶樣品中機械應力誘發(fā)的道芬雙晶化的程度存在一個上限， 在500℃下， 多晶石英巖的組構(gòu)在450 MPa下達到飽和， 將差應力增加到600 MPa并不能激活取向較差的晶粒形成雙晶(圖2c)(Wenketal., 2006)。而在600℃下， 多晶石英巖的組構(gòu)在300 MPa下就達到了飽和。因此， 可以得出溫度的升高能夠有效降低道芬雙晶被激活的難度， 如從動力學角度來解釋， 即溫度的升高能夠有效升高雙晶化的勢壘， 從而降低雙晶化的活化能， 促進道芬雙晶的形成。
另外， 時間因素對于道芬雙晶化過程也是一個重要的影響因素。早期有實驗研究認為， 單晶中道芬雙晶化是一個極短的過程， 幾乎是一瞬間(Schubnikov and Zinserling, 1932; Wooster and Wooster, 1946)， 例如天然多晶石英巖樣品在隕石撞擊過程中形成的道芬雙晶同樣被認為是短時間內(nèi)迅速形成的(Trepmann and Spray， 2005; Wenketal.， 2005)。雖然目前實驗條件下還沒有驗證道芬雙晶的短時效應， 但是Wenk 等 (2006)對比了500℃下2 h和31 h的應力作用所產(chǎn)生的組構(gòu)強度類似， 說明道芬雙晶至少在2 h時已經(jīng)達到了飽和。來自于鈦鐵礦的機械雙晶的形成類似于道芬雙晶， 同樣僅發(fā)生了輕微的原子位移重排， 且已經(jīng)被證明發(fā)生在微秒的尺度上相關(guān) (Harrisonetal., 2003)。與之類比， 道芬雙晶很可能同樣僅發(fā)生在微秒尺度， 遺憾地是目前還沒有研究能夠證明。
2 石英的菱面擇優(yōu)取向及微觀機理
天然變形或?qū)嶒灄l件下， 變形巖石中的石英集合體在一定溫度壓力下常常會形成
圖2 弱變形含石英巖石的石英組構(gòu)特征
對這種在菱面{r}上發(fā)育的特殊組構(gòu)類型， 最早Tullis (1968)通過石英塑性變形中菱面滑移過程來解釋。然而， 這種觀點被實驗結(jié)果所質(zhì)疑(Tullis, 1970)。塑性變形中滑移系啟動的決定性因素在于變形應力是否達到了臨界分切應力值。如果是滑移導致的優(yōu)選定向， 那么菱面上
圖3 剪切誘導形成的道芬雙晶結(jié)構(gòu)模型
圖4 石英不同晶體方向上的反極圖(改自Tullis, 1970)
圖5 石英單晶軸向壓縮實驗結(jié)果示意圖
3 道芬雙晶對天然石英塑性變形行為的制約作用
由于之前研究的道芬雙晶并不涉及塑性變形， 也就是說并不能容納永久應變， 因此很少有研究注意到道芬雙晶對塑性域下含石英巖石顯微構(gòu)造演化和變形行為上的貢獻。然而， 隨著近年來技術(shù)的發(fā)展， 越來越多的研究注意到， 道芬雙晶對天然樣品中石英晶內(nèi)塑性變形的分布、不同滑移系的激活、動態(tài)重結(jié)晶的位置具有重要影響 (Stipp and Kunze, 2008; Mengonetal., 2011; McGinnetal., 2020)。
高黎貢剪切帶同構(gòu)造變形的石英脈中石英具有典型的脆-韌性轉(zhuǎn)換域下的變形特征(圖6， 圖示結(jié)果來自于對高黎貢剪切帶中石英脈薄片的EBSD面掃描)， 其運動學方向與高黎貢剪切帶主體保持一致(Dongetal., 2019)。 圖6a和6b是石英脈的正交偏光顯微照片， 圖6a中石英殘斑指示剪切方向為右行， 與區(qū)域剪切方向一致； 圖6c左圖為ipf面分布圖， 黑框代表圖7面分布圖區(qū)域， 右圖為顆粒邊界跡線分析結(jié)果， BT代表邊界跡線， Rot.axis代表旋轉(zhuǎn)軸方向， 極點圖右下角數(shù)字代表邊界的取向差角度。由圖6可見， 其中的粗顆粒石英殘斑大多發(fā)育道芬雙晶， 并且晶內(nèi)發(fā)育有細?；闹亟Y(jié)晶集合體條帶(圖6b)。為了方便后續(xù)討論， 我們將道芬雙晶中菱面{z}垂直于主應力的部分稱為z-雙晶， 菱面{r}垂直于主應力的部分稱為r-雙晶。通過對高黎貢剪切帶內(nèi)變形石英脈的精細分析發(fā)現(xiàn)， 石英的道芬雙晶中r-雙晶和z-雙晶都疊加明顯的晶體塑性變形。其中r-雙晶中的小角度邊界(<10°) 密度明顯大于z-雙晶的小角度邊界密度， 因此，r-雙晶明顯比z-雙晶能容納更多的塑性應變(圖6c)。這也與Mengon 等 (2011) 的研究有相似性， 即r-雙晶顯示的小角度邊界密度是z-雙晶的兩倍， 因為r-雙晶相比z-雙晶具有更高的彈性應變能。在材料學中， 只有外部應力達到彈性極限之上， 才可以看到塑性流動引起的材料永久變形。與z-雙晶相比，r-雙晶中的塑性應變反映了儲存在r-雙晶中的更大的彈性應變能及較低的差應力下發(fā)生的塑性屈服， 所以r-雙晶中容納了更多的塑性應變。
通過對高黎貢剪切帶內(nèi)石英脈中石英的進一步精細的 EBSD面掃描分析， 發(fā)現(xiàn)變形石英中發(fā)育道芬雙晶化的同時， 在塑性域下還主要激活了{π}和{π’}滑移系(圖6c右圖)。有研究同樣發(fā)現(xiàn)道芬雙晶化的石英晶體在綠片巖相的變質(zhì)條件下會激活{π}和{π’}滑移系(Mengonetal., 2011)。然而， 在綠片巖相下{c}滑移系是石英中最常見的(Schmid and Casey, 1986; Stippetal., 2002; Caoetal., 2013a)， 因此， 道芬雙晶很有可能可以控制石英塑性變形過程中主體滑移系的激活。在變形初期， 石英晶體受{c}滑移系控制， 由于道芬雙晶的影響，r-雙晶中相比z-雙晶容納了更多的塑性應變， 導致r-雙晶的晶格畸變大于z-雙晶的， 這就導致了雙晶界的錯位偏移， 原本60°的雙晶界變成一般的高角度晶界， 并且位錯也更容易在此堆積導致角度偏移更大(Mengonetal., 2011)。石英晶體在幾何上發(fā)生了一定的旋轉(zhuǎn)， 原來的底面方向可能不能滿足臨界剪切應力條件， {c}滑移系難以激活， 而導致其他定向良好的滑移系在石英晶體內(nèi)被激活， 如{r}和{π}等。當然， 這種情況對取向有一定要求， 可能只適用于菱面垂直于應力方向的石英晶體。此外， Barrie 等(2008) 在黃鐵礦單晶中同樣發(fā)現(xiàn)了類似的滑移系轉(zhuǎn)換。
圖6 高黎貢剪切帶內(nèi)石英脈的變形特征
綜上所述， 可以認為道芬雙晶導致石英發(fā)生塑性變形時晶格的應變優(yōu)先集中在r-雙晶中， 并且在遞進變形中由于r-雙晶和z-雙晶的力學差異導致晶界旋轉(zhuǎn)， 最終影響主導滑移系的選擇。
此外， 在本文研究樣品中還發(fā)現(xiàn)一個有意思的現(xiàn)象， 道芬雙晶化的石英動態(tài)重結(jié)晶作用多發(fā)生在r-雙晶中及雙晶界上， 而在z-雙晶中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)(圖6a、圖7a)， 這很有可能說明道芬雙晶的發(fā)育制約動態(tài)重結(jié)晶作用出現(xiàn)的位置(Stipp and Kunze, 2008; Mengonetal., 2011; McGinnetal., 2020)。由于塑性變形中r-雙晶積累了更高的晶格畸變， 某些區(qū)域由于位錯堆疊而變成了晶體內(nèi)的薄弱位置， 由于“前兆效應”的影響， 發(fā)生了應變局部化(Pennacchioni and Mancktelow, 2018)， 并通過動態(tài)重結(jié)晶作用來容納在此聚集的剪切應變量。許多研究展示了在綠片巖相-低角閃巖相下亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶作用對石英晶體在應變?nèi)趸矫娴挠绊懀?并且將之應用于應力計算中(王新社等， 2001; Stippetal., 2002; Stipp and Tullis, 2003; Lloyd, 2004; Stipp and Kunze, 2008; Kilianetal., 2011; Caoetal., 2013a,2013b; Ceccato, 2017; Dongetal., 2019)。
圖7 高黎貢剪切帶石英脈中重結(jié)晶晶粒的ipf面分布和顆粒邊界取向差面分布圖(a)及取向差剖面圖(b)
研究樣品中發(fā)育道芬雙晶化的石英顆粒， 重結(jié)晶晶粒的顆粒取向和r-雙晶的取向有緊密的聯(lián)系， 此外， 重結(jié)晶晶粒大小也與r-雙晶中亞顆粒的大小保持大致類似(圖7a)， 這說明亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶在動態(tài)重結(jié)晶過程中起到了主導的地位。根據(jù)Stipp 和Kunze (2008) 的定義， 膨凸成核重結(jié)晶是一種綜合的重結(jié)晶機制， 包括局部緩慢的晶界遷移和亞顆粒的旋轉(zhuǎn)。在局部區(qū)域，r-雙晶晶界的凸起支持了這一模型(圖7a)。然而， 樣品中重結(jié)晶晶粒為高角度晶界(>60°)(圖7b)， 僅通過晶內(nèi)滑移或是亞顆粒旋轉(zhuǎn)重結(jié)晶作用很難達到， 需要一個新的機制來協(xié)調(diào)其變形。數(shù)值模擬實驗或天然樣品研究發(fā)現(xiàn)， 晶界滑移可促進晶粒發(fā)生旋轉(zhuǎn)， 并導致高角度的重結(jié)晶顆粒邊界來承擔應變局部化過程中的大部分應變量(Bons and den Brok, 2000; Jiangetal., 2000; Bestmann and Prior, 2003; Passchier and Trouw, 2005; Kilianetal., 2011; Platt, 2015; Mansardetal., 2018)。此外， 晶界滑移還能抑制重結(jié)晶晶粒的再生長， 反而會保持相對均勻的粒徑通過晶界滑移機制來協(xié)調(diào)應變局部化過程， 這與樣品中較為均勻的重結(jié)晶晶粒粒徑現(xiàn)象相一致(圖7a)。
4 討論
4.1 道芬雙晶的力學性質(zhì)與弱化機制
結(jié)晶學中， 根據(jù)雙晶形成機理可分為生長雙晶、轉(zhuǎn)變雙晶、機械雙晶等(Okrusch and Frimmel, 2020)。生長雙晶形成于晶體成核或晶體生長階段， 而轉(zhuǎn)變雙晶多發(fā)生于同質(zhì)多像體間對稱程度較高的變體轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΨQ程度較低的變體階段， 在外部機械應力作用下受塑性滑移機制控制可以形成機械雙晶。然而， 對于道芬雙晶， 很難用一種類型來概括它的性質(zhì)與特征， 因為道芬雙晶可形成于相變過程中以及外界機械應力的作用下， 且誘發(fā)機理與一般認識上的機械雙晶等有所區(qū)別。此外， 過去有研究認為道芬雙晶也可以被認為是生長雙晶(Frondel, 1945; Barton and Wenk, 2007)， 然而依筆者理解， 生長雙晶主要形成于晶體生長過程中， 而道芬雙晶只能形成于α-石英域， 并達不到石英結(jié)晶的環(huán)境條件，因此， 雖然塑性域下重結(jié)晶過程能誘發(fā)道芬雙晶形成， 但并不能認為道芬雙晶為生長雙晶。
對于石英的熱力學與動力學分析表明， 道芬雙晶的形成是為了晶體最大化彈性應變能， 這是熱力學平衡的必需條件(Tullis, 1970; Tullis and Tullis, 1972; Barton and Wenk, 2007)。正如前面提到的， 道芬雙晶的形成是為了降低晶體硬度使之弱化。機械應力誘導激活道芬雙晶取決于外加應力的方向， 道芬雙晶能使晶體向柔度更高更具有順應性的方向排列(Tullis, 1970)。與方解石中的e-雙晶律相比， 道芬雙晶并不能算是機械雙晶， 因為道芬雙晶并不會發(fā)生晶格永久性的破壞， 也就是說道芬雙晶并不能產(chǎn)生永久應變。但并不是說道芬雙晶會像彈簧一樣發(fā)生彈性變形， 撤去外部應力就會復原， 相反撤去外部應力， 只要在穩(wěn)定的外部條件下道芬雙晶能保存數(shù)億年之久(Wenketal., 2005)。道芬雙晶在晶格尺度下僅發(fā)生輕微的原子重排。
Wenk等(2006, 2007)的實驗研究表明， 將在α-石英域中取向隨機分布的多晶石英， 通過壓縮實驗誘發(fā)形成道芬雙晶后， 如果將其進一步升溫至β-石英域， 道芬雙晶會消失； 如果再次降溫至α-石英域中時， 道芬雙晶現(xiàn)象不會出現(xiàn)， 晶粒取向趨于最初的隨機分布狀態(tài)。此外， 在對多晶石英巖的原位壓縮實驗里， 實驗誘導形成的道芬雙晶在卸載過程中會發(fā)生部分反轉(zhuǎn)， 少部分道芬雙晶化的晶體會恢復原始取向， 即表現(xiàn)出部分彈性變形特征(Wenketal., 2007)。因此， 很難用彈性變形機制或塑性變形機制去形容道芬雙晶， 雖然道芬雙晶引入了晶格應變， 但是這是可恢復的， 也就是說， 道芬雙晶不能完全被認為是一種應變調(diào)節(jié)機制， 其更像是晶體適應應力作用的流變?nèi)趸瘷C制。
4.2 潛在性的地質(zhì)應力計
方解石中的機械雙晶常常被用作古應力計來求解地質(zhì)歷史過程中古應力方向和大小。這是因為機械e-雙晶是方解石在低溫低壓下主要的晶體塑性變形特征， 且主應力軸與雙晶面成固定角度。Tullis (1970)最早發(fā)現(xiàn)并探討了石英道芬雙晶引起的菱面上的擇優(yōu)取向， 同時發(fā)現(xiàn)了雙晶形成模式與外加應力方向上的關(guān)聯(lián)性，之后進一步對道芬雙晶的形成過程進行了熱力學分析， 思考道芬雙晶作為古應力計的可能性(Tullis and Tullis， 1972)。石英在機械應力誘導下發(fā)育道芬雙晶， 引起晶體變形并儲存一定的彈性應變能， 因此， 認為道芬雙晶可潛在性地作為古應力計。然而， 這些早期的研究僅僅提供了一個猜想， 并沒有進行實際的案例應用。
隨著研究的深入， 人們重新評估了在天然構(gòu)造巖中將道芬雙晶作為變形條件信息來源的可能性。 Pehl 和Wenk (2005)對天然剪切帶中的花崗質(zhì)糜棱巖樣品的分析進一步認為道芬雙晶可以作為含石英巖石的古應力計， 并且認為， 道芬雙晶可發(fā)生在構(gòu)造變形的任何時期， 但是如果在早期形成， 有可能被后期形成的構(gòu)造特征所覆蓋。Wenk 等 (2006) 在對細粒石英巖在不同溫度和不同應力下進行了一系列變形實驗后， 建立了道芬雙晶對應力和溫度的耦合關(guān)系。Mengon等 (2011)根據(jù)Wenk等(2006)的實驗結(jié)果將之應用在綠片巖相下形成的花崗糜棱巖中， 以此來證明道芬雙晶作為古應力計的可能，并認為道芬雙晶的形成階段稍早于綠片巖相下的糜棱巖化作用， 但大致同步， 即構(gòu)造變形條件相同。在綠片巖相(300～400℃)下， 道芬雙晶形成于大約100 MPa下， 而通過動態(tài)重結(jié)晶晶粒粒度應力計測出的差應力為100 MPa， 因此可以認為它確實代表了一種潛在的應力計。實驗表明(Wenketal., 2006)， 在一定條件下增大應力會促進更多晶粒形成道芬雙晶， 100 MPa可能只能作為應力估算的下限。此外， Wenk等(2007)對細粒石英巖的原位變形實驗表明， 道芬雙晶在外部應力撤去后會發(fā)生部分反轉(zhuǎn)， 目前的研究并不能確定反轉(zhuǎn)量， 很難通過樣品中的道芬雙晶現(xiàn)象去還原變形歷史過程中準確的應力大小。因此， 雖然道芬雙晶的形成表現(xiàn)出一定的應力相關(guān)性， 但是目前的研究在相對簡單、干擾較少的實驗室條件下都還無法做到對變形過程應力大小的反演。要做到將道芬雙晶作為應力計外推至復雜的天然構(gòu)造變形過程， 還需要更準確更科學的實驗數(shù)據(jù)來進行經(jīng)驗公式的推導， 也需要對樣品進行詳細的地質(zhì)背景調(diào)查和多尺度的綜合分析。
4.3 道芬雙晶對地殼巖石塑性變形及流變?nèi)趸挠绊?/h3>
道芬雙晶的存在對塑性變形過程中塑性應變的分配和局部化過程以及主要滑移系的選擇具有深遠的影響。過去的研究常常認為石英的變形在地殼層次從淺至深分別被脆性的破裂過程和塑性的位錯滑移過程所控制， 但是我們的研究結(jié)果顯示道芬雙晶在地殼變形過程中同樣有著不可忽視的作用。石英的道芬雙晶普遍發(fā)育于弱變形樣品中， 是礦物晶體適應應力作用的弱化機制。機械應力驅(qū)動的道芬雙晶使得柔度更大的菱面r方向與最大主應力方向?qū)R， 雙晶化過程有效地重組了石英晶體的大部分， 并將石英晶體從“僵硬的”和隨機分布的初始取向解放出來， 轉(zhuǎn)變?yōu)楦叭彳浀摹钡娜∠蚍较颍?因此， 大大軟化了石英的晶體結(jié)構(gòu)， 并在后續(xù)的漸進變形過程中具有重要意義。雙晶化的石英晶體的大部分塑性應變集中在r-雙晶中， 這是由于更軟的r-雙晶儲存了較高的應變能。r-雙晶中逐漸增大的晶格變形將雙晶界的部分修改為一般的高角度邊界， 由此底面方向在這些邊界上發(fā)生錯位。晶體錯位可能導致了主要滑移系的轉(zhuǎn)變， 由于“前兆效應”的影響， 應變局部化過程更容易在晶體薄弱位置就位(Pennacchioni and Mancktelow, 2018)。道芬雙晶化的石英晶體在后續(xù)塑性變形過程中，r-雙晶容納了更高的晶格畸變， 雙晶界也變?yōu)楦醯母呓嵌染Ы纾?因此動態(tài)重結(jié)晶主要在這兩個區(qū)域發(fā)生局部化。
綜上所述， 研究認為在地殼變形過程中道芬雙晶容納了相當?shù)木Ц駪儯?這對于解釋地殼石英的變形行為非常重要， 并且表明道芬雙晶可能會成為一種新的古應力工具。然而， 其中還存在著相當多的問題， 最重要的是如何確定晶體的初始取向和道芬雙晶化后取向與最大主應力方向的相關(guān)性， 這對于確定樣品道芬雙晶化程度以及所容納的應變大小來說至關(guān)重要。另外， 地殼的不同深度下道芬雙晶的敏感性以及前述提到的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象都是值得深入討論的問題。盡管還有諸多的問題亟待深入分析， 但是道芬雙晶顯然是地殼中低級變質(zhì)巖或者較低程度變形的含石英巖石對應力作用的常見反應和重要弱化機制， 未來相關(guān)研究可能對解釋淺層地殼變形過程具有重要的潛在性意義。
5 結(jié)論
(1) 石英道芬雙晶形成的重要驅(qū)動機制來自晶體的彈性各向異性， 在天然變形巖石中， 在菱面{r}和{z}上發(fā)育擇優(yōu)取向。
(2) 道芬雙晶的形成機制是一個石英塑性變形的特殊的流變?nèi)趸瘷C制， 其通過
(3) 道芬雙晶的發(fā)育導致石英發(fā)生塑性變形時晶格應變優(yōu)先集中在r-雙晶中， 在遞進變形中r-雙晶和z-雙晶的力學差異導致晶界旋轉(zhuǎn)， 最終影響主導滑移系的選擇和應變局部化過程的就位， 因此， 對礦物晶體內(nèi)的應變局部化過程具有重要的貢獻和意義。
(4) 鑒于地殼中廣泛存在含石英巖石， 道芬雙晶作為一種有潛在可能性的古應力計， 在古應力場的恢復和重建中可能會發(fā)揮重要作用。
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