摘要：斜长石双晶很常见，双晶律达10多种，但斜长石的各种双晶律在光学显微镜下不容易鉴别。本文基于背散射电子衍射(EBSD)技术，对产于大别山地区的三种岩石(花岗岩、闪长岩、变粒岩)中斜长石双晶进行了精确测定。三种岩石中均以卡-钠复合双晶(包括钠长石律、卡斯巴律、卡-钠复合律)为主，这种卡-钠复合双晶在光学显微镜下只表现为两个聚片单体的聚片双晶，还有1个或2个单体以晶畴形式分散在聚片单体中，在光学显微镜下不可辨别。除了卡-钠复合双晶外，偶见肖钠长石律、柱面{130}、{130}和{110}律。并发现了新的斜长石双晶律的复合关系和规则连生关系：1)卡斯巴律-柱面{130}律-柱面{110}律可以形成复合双晶，2)卡-钠复合律-柱面{130}律-柱面{130}律可以形成具三-六方对称的规则连生体，但不能形成复合双晶。基于本文有限的斜长石双晶统计数量，三种岩石中斜长石各双晶律出现的概率差异不大，可能斜长石双晶律出现概率与成岩条件关系不大。本文精确测定斜长石双晶律的方法，为今后大规模测量统计岩石中斜长石双晶律、发现新的斜长石双晶律及其复合关系等，提供一种方便有效的方法与手段。
关键词：斜长石双晶律电子背散射衍射(EBSD)极图
0.引言
长石族是最重要的造岩矿物，在地壳各类岩石中广泛分布。长石的双晶现象普遍存在，没有双晶的长石是很少的。长石双晶律的种类很多，可达10多种。最常见的双晶律是钠长石律、肖钠长石律、卡斯巴律和卡-钠复合律;其他长石双晶律则较为少见，如巴温诺律、曼尼巴律、阿拉律、柱面{110}、{110}、{130}、{130}律，以及这几种双晶律的复合律(Deer,etal.,2001;沈上越,1990)。
由于斜长石是中心对称的，有一个双晶面(或双晶轴)时，必产生一个垂直它的双晶轴(或双晶面)。因此，斜长石每种双晶律同时有一对互相垂直的双晶面和双晶轴，这一对双晶面和双晶轴中，如果双晶面(轴)是简单指数面(轴)，那么垂直它的双晶轴(面)就是高指数轴(面)。一般把双晶面是简单指数面的双晶律称为面律(如钠长石律)，双晶轴是简单指数轴的双晶律称为轴律(如卡斯巴律)。
需要特别指出的是，钠长石律与肖钠长石律在双晶要素的结晶学取向上是很相似的，钠长石律的双晶面是{010}，双晶轴为b*(即{010}面的法线，高指数轴)，而肖钠长石律的双晶轴是b轴，双晶面是垂直b轴的面(高指数面)。在斜长石中b轴和b*轴之间只有0~4°之差，所以，钠长石律与肖钠长石律在双晶要素上很难区别，但它们的双晶接合面是不同的，通过双晶接合面可以区分它们：钠长石律的双晶接合面为{010}，肖钠长石律的双晶接合面为菱形截面{h0l}。
此外，斜长石双晶还普遍存在复合律。所谓复合律，是指通过两个双晶律复合产生的双晶律，这个“复合”相当于对称要素“组合”的关系。在斜长石中，复合律涉及晶胞的三个棱a、b、c和三个主平面{100}、{010}和{001}，以及垂直主平面的a*、b*、c*。复合律的双晶轴就是两个相互垂直的简单双晶轴组合(即相当于两个相互垂直的二次轴组合)产生的第三个双晶轴(第三个二次轴)，这三个双晶轴一定是相互垂直的。由于这六个方向a、b、c和a*、b*、c*在组合中刚好是垂直的(如：a垂直于b*和c*，a*垂直于b和c等)，因此其中两个方向的双晶轴会产生第三个方向的双晶轴，这样导致有六种可能性，即六种复合律。在单斜晶系的长石中是不存在复合律的，因为形成复合律的双晶轴，要么恰好是单斜晶系长石的对称轴，要么恰好是对应于单斜晶系长石的某个简单双晶律的双晶轴，例如：钠长-阿拉律等价于曼尼巴律等(据SmithandBrown，1988)。
复合律一般都在复合双晶中存在，例如，如果单体1和2为钠长石律，而单体2和3为卡斯巴律，那么单体1和3就自动形成(或称被动形成)卡-钠复合律，即使单体1和3可能并不接触。这样，3个或4个单体共同组成一个复合双晶。复合律本身是否可以孤立存在还没有定论(SmithandBrown，1988,)。
早期对于长石双晶律的鉴定主要通过光学方法，利用偏光显微镜或者旋转台(也叫费氏台)来鉴定长石双晶律，并且形成了一整套的鉴定方法(池际尚,1982;沈上越,1990;江鑫培，1985;胡承绮，1991)。但是，这些光学方法对精确鉴定长石各种双晶律是有困难的。随着X射线衍射和透射电子衍射等技术发展成熟，长石双晶的研究可以深入到微观纳米级别，对长石各种显微双晶及其相关的复杂结构可进行更直观深入的研究(Lee,2010;王晨波等,2011;Noguchi,2013;BrownandMacaudière，1986)。但是，X-射线衍射和透射电子衍射测试虽然很深入细致却不能实现大规模测试与统计。现如今，先进的电子背散射衍射(ElectronBack-scatterDiffraction，简称EBSD)技术日趋成熟，这一手段在鉴定双晶律时不仅制样与测试方便而且高效精确。目前该技术已经被应用到长石和其他矿物晶体的双晶测试等方面的研究中。Balić-Žunić等(2013)利用电子探针、X射线粉晶衍射、X射线单晶衍射、EBSD这一系列的方法对两种伟晶岩中条纹长石的显微结构进行了研究，测定了条纹结构的结晶学方向及鉴定聚片双晶的双晶律，并指出各种方法相互验证以得到可靠数据。Arzilli等(2015)利用EBSD研究了粗面岩熔体中钾长石球粒的生长机制，发现相邻钾长石晶体间多以卡斯巴双晶律结合，以降低界面能而更加稳定。Brugger和Hammer(2015)利用EBSD对不同物理化学条件下人工合成的斜长石聚集形态进行了研究，发现在远离平衡条件下结晶的他形斜长石颗粒比接近平衡条件下结晶的自形斜长石颗粒更易形成双晶。Xu等(2016)根据长石双晶理论，建立了12种斜长石双晶律的标准极图，介绍了利用EBSD技术鉴定长石双晶律的具体方法。
本文用EBSD技术测试和鉴定了三种岩石(花岗岩、闪长岩、变粒岩)中斜长石的双晶律，发现了一些与在光学显微镜下所观察到的斜长石双晶不同的现象，并发现了一些新的斜长石双晶律复合和规则连生的规律。统计了三种岩石中各双晶律出现概率。这为快速方便且精确测定岩石中斜长石双晶律、深入细致研究斜长石双晶律及其复合规律提供一种有效便捷的方法与手段。
1.岩石样品的地质背景与岩性描述
本文研究的岩石样品采集于大别山地区，具体位置为湖北省黄冈市境内。其中花岗岩(DT-37)采集于黄冈市英山县吴家山林场北出露的吴家山中粒含斑二长花岗岩单元内(N31°5′38″E115°47′22″H910m)，闪长岩(DT-24)采集于黄冈市武穴市梅川镇西部出露的陶斯垴中细粒石英二长闪长岩单元内(N30°7′58″E115°38′35″H120m)，变粒岩(HA-17)采集于黄冈市红安县七里坪镇东北部出露的桐柏山岩群内(N31°28′49″E114°43′53″H92m)。这三种岩石中，有岩浆岩和变质岩，有酸性岩浆岩和中性岩浆岩，斜长石含量较多且很新鲜，期望能精确测定斜长石双晶律、对比不同岩性中斜长石双晶律概率的变化规律。
各岩石的岩相学观察描述如下：
DT-37：花岗结构，块状构造。斜长石自形程度较好，聚片双晶密集(见图1a)，偶见格子双晶;钾长石自形程度次之;石英多呈他形填充于颗粒之间，有波状消光现象，并发育蠕虫结构。矿物组成为：钾长石32%(1mm~3mm)，斜长石20%(0.5mm~2mm)，石英40%(0.5mm~1.5mm)，黑云母8%(0.2mm~1mm)。定名为中细粒黑云母二长花岗岩。
DT-24：半自形粒状结构，块状构造。斜长石自形程度良好，聚片双晶密集(见图1b)，可见完整晶形的斜长石嵌于钾长石大晶体中;钾长石半自形-它形;石英多呈他形填充于颗粒之间，有波状消光现象，并发育蠕虫结构。矿物组成为：斜长石47%(0.5mm~2.5mm)，钾长石25%(1mm~3mm)，石英13%(0.2mm~1mm)，角闪石12%(0.2mm~1mm)，黑云母3%(0.2mm~1mm)。定名为中细粒石英二长闪长岩。
HA-17：中粗粒粒状变晶结构，块状构造。斜长石呈半自形-他形，常见钾长石和石英等包含在斜长石中，聚片双晶不太密集，有些聚片可见尖灭现象，可能是变质成因双晶(见图1c,d);钾长石和石英也多为半自形—他形。矿物组成为：斜长石35%(1mm~3mm)，钾长石29%(0.2mm~1mm)，石英32%(0.1mm~1.5mm)，白云母4%(0.2mm~0.5mm)，绿帘石<1%(0.1mm~0.2mm)。定名为中粗粒含绿帘白云母二长石英粒岩。
2.斜长石成分与结构测试
2.1斜长石电子探针成分分析
电子探针成分分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室的配备有4道波谱仪的JEOLJXA-8100电子探针完成。样品在上机测试之前按照Zhang和Yang(2016)提供的办法进行了镀碳，将样品镀上尽量均匀的厚度约为20nm的碳膜以增强导电性。测试工作条件为：加速电压15kV，加速电流20nA，束斑直径10μm。所有测试数据均进行了ZAF校正处理。
对三块岩石样品中的斜长石颗粒各打两个点进行成分测试，取两个点测试结果的平均值。各样品中斜长石晶体化学式计算结果列于表1中。
2.2斜长石X射线粉晶衍射测试
X射线粉晶衍射测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室的型号为荷兰X’PertMPDPro的粉晶衍射仪完成。岩石碎样并过筛后，在双目镜下挑出其中的长石碎粒(可通过是否具有解理面区分出长石和石英，但斜长石与钾长石在双目镜下不易区分，所以是斜长石和钾长石混合样)，使用玛瑙研钵对挑好的长石碎粒研磨成粉直至达到测试要求。
测试环境为室温20℃，湿度65%。因为是斜长石与钾长石的混合样，需要在衍射图谱中首先区分出斜长石与钾长石的特征峰谱，然后测出的样品晶胞参数，列于表2中。
3斜长石双晶EBSD测试与分析
3.1EBSD制样
由于电子背散射衍射(EBSD)是一种对样品表面测量的技术，其在样品表面的作用深度为5nm~20nm的范围内(徐海军等,2007)，所以样品表面的平整光洁程度将对测试效果有着最直接的影响，需要对样品表面进行高度的机械抛光。
抛光过程在钢化玻璃板和UNIPOL-830精密研磨抛光机上进行，抛光剂使用粒径为5μm、2.5μm、1μm和0.3μm的刚玉(Al2O3)粉并以水作为分散剂的悬浊液，以及0.03μm的二氧化硅悬浮液;抛光布为吸震功能优良、损伤较小的金丝绒。具体制备过程如下：
(1)使用粒径为5μm、2.5μm的刚玉粉，在钢化玻璃板上对探针片进行粗抛，每种粒度各抛光10分钟，此过程为除去样品表面大的坑凹和裂纹，消除矿物颗粒之间自身的高度差距。抛光过程中需要注意不能用力过猛且时间不能过长，否则会对样品产生新的损伤。
(2)使用粒径为2.5μm、1μm、0.3μm的刚玉粉，在抛光机上辅以抛光布进行细抛，每种粒度各抛光30分钟，此过程为除去样品表面大的噪点和细小坑凹，使样品表面清洁光滑。
(3)使用粒径为0.03μm的二氧化硅悬浮液，在抛光机上辅以抛光布进行精抛，抛光时间为30分钟，此过程为除去更加细小的噪点，以及除去前两步抛光过程中给样品带来的二次破坏和损伤。
3.2EBSD测试过程与标定
EBSD测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，使用仪器为牛津仪器公司的NordlysNano型的电子背散射衍射仪，安装在型号为FEIQuantaFEG450的场发射环境扫描电子显微镜上。测试条件为：样品倾斜角度70°，低真空20Pa,加速电压20kV,束斑大小为6，工作距离25mm。测试前在偏光显微镜下选择双晶发育良好的且尽量表面洁净、风化蚀变程度低的颗粒圈定待测。使用手动打点标定和自动面扫两种方式共同完成测试。根据前述斜长石电子探针成分分析结果及XRD粉晶衍射测出的晶胞参数，选择EBSD数据库中与斜长石成分和结构最接近的数据来解析得到的菊池衍射花样，且只保留MAD(MeanAngleDeviation，即平均角度偏差)值小于1°的数据以便保证测试质量。
3.3EBSD测试结果与双晶分析
每个斜长石颗粒EBSD面扫之后，利用EBSD配套软件Channel5.0对数据进行处理。首先降噪除去单个孤点，合并属于同一个颗粒的散点，便可以得到斜长石颗粒中各单体的取向信息图(OrientationMap)。做{100}、{010}、{001}、{110}、{110}、{130}、{130}面，以及<100>、<010>、<001>轴的极图，分析每两个单体之间的关系，对照各双晶律的极图特点(表3)，就可鉴定斜长石双晶律。在表5中，极点的重合与近于重合是基于双晶理论推导出来的，在实际的EBSD测试结果中，这种重合与近于重合在极图上都表现为重合的特点，很难区别，所以我们暂且不区分重合与近于重合。例如，在表3中我们将钠长石律简单概括为：三个主面和主轴都重合或近于重合。卡斯巴律、卡-钠复合律也有很多极点是重合的或近于重合的，为了突出它们与钠长石律的区别，在表3中我们也给出了特征概括的描述;此外，肖钠长石律与钠长石律在极图特点上是很难区别的，在表3中我们也做了说明。柱面{110}、{110}、{130}、{130}律之间也是很难区分的，除了考虑不同的极点重合外，还要考虑其他方向晶面或晶轴的极点关于双晶面的对称分布特点才能准确鉴定。——论文作者：赵珊茸*刘宇坤徐畅
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