1 引言

俯冲带的动力学过程是一个各种复杂力系平衡作用的结果，从野外观察与室内分析以及和变形实验结果的对比，可以得到岩石受力变形的证据，从而推断岩石组构形成时的温度、围压、变形和受力状况，这是当前地球深部动力学过程研究的一个重要的课题(Hirth and Kolhstedt, 2003; Kohlstedt et al., 1995; Nicolas, 1986; Tommasi et al., 2000；Karato et al., 1998)。Soustelle et al.(2010)研究了东南Kamchatka俯冲带Avacha火山岩石中橄榄石和斜方辉石的微结构，包括晶体最优取向，位错结构和水含量，希望用流动几何特征对上地幔地震各向异性作出解释。Blackman et al.(2002)对比研究了不同岩石组分对流动的影响，得到的结果与野外观测到橄榄岩中的定向分布非常一致，他们还研究了单纯变形条件和同时有成核及颗粒生长参与的复杂过程对流动的影响，结果认为对P波的各向异性影响不大。赵中岩等(2002)、方爱民和赵中岩(2004)在苏鲁超高压变质带的仰口地区发现在超高压变质条件下, 位错蠕变是矿物和岩石的主要变形机制，高应变主要集中在韧性剪切带内。动态重结晶颗粒尺寸与应力之间的关系对于评估地幔中自然变形岩石的应力非常有用(Van der Wal et al., 1993)，地幔矿物受到流动影响产生的定向排列对地震波的传播会产生作用，需要知道地震各向异性与橄榄岩中的矿物晶格各向异性之间的关系，因此，在实验室给定条件下模拟地下深部的温度围压和差应力等岩石受力条件，对变形岩石样品中产生的组构进行分析有助于深刻地了解地球深部的动力学过程。Castelnau et al.(2008)指出，橄榄石晶体只有三个位错易滑移体系使得变形过程中晶粒之间的相互作用很强，导致多晶体中晶格最优取向引起的粘塑性各向异性，多晶岩石的流变特性和微结构的发育过程与变形几何以及变形机制有关。实验室中模拟出的应变和定向的强度之间有一定的关系，三轴压缩实验得到的变形量最大可以达到50%(Chopra and Paterson, 1981)，变形量较小时，虽然也可以看到一些组构的集中和各向异性，但是不太明显，规律性不强。用小变形实验结果给出的地幔粘性参数比用冰后回升、板快运动速度所估计出的地幔粘性值要高(Karato, 1988; Kohlstedt et al., 1995)，已有一些实验结果表明岩石是否含水、是否含有熔融、含铁量的多少以及应变率等因素(Kohlstedt and Zimmerman, 1996; Zhao et al., 2004; Karato, 1988; Lawlis et al., 2001; 赵永红等，2006) 都会对岩石的粘性带来一定影响。而大变形对地幔岩石粘性的影响则是一个尚待解决的问题。已有的圣卡罗橄榄岩的高温高压简单剪切实验中最大剪切变形达到了150%(Zhang and Karato, 1995)，在Karato et al. (1998)的实验研究结果中，认为应变达到一定的程度以后，圣卡罗橄榄岩的组构与流动方向之间基本上是吻合的。Jung et al. (2006)利用高压剪切实验研究了含水和干燥情况下圣卡罗橄榄岩的组构发育特征，对组构和颗粒尺寸以及各向异性的分析表明在位错蠕变域，少量水的参与会改变橄榄石中滑动的优势方向，从而改变晶体最优取向。简单剪切实验的局限性在于受力是复合型的，剪切面上受到法向和切向两个应力分量的作用，因此，对变形测量结果要进行消除压缩分量的校正(Jung and Karato, 2001)。简单剪切实验可以得到的变形量在100%~200%之间(Karato et al., 1998; Zhang et al., 2000; 赵永红等，2009)，由于受到变形量的限制，组构尚未达到稳态，分析组构和应力应变及应变率的关系时受到一定的限制。

在高温高压条件下对岩石样品进行扭转大变形实验是近几年发展起来的新技术。在对岩石进行大变形扭转试验时，受力是单纯的在剪切面上的剪应力，也就是纯剪切受力，克服了简单剪切受力条件下变形量受限制和受力复杂的局限性，变形量可以达到14(Paterson and Olgaard, 2000)。由于变形量大，可以观察到变形达到一定程度后组构的稳态分布形式、颗粒尺寸的动态重结晶和应力、应变率以及累计应变量之间的关系，从而回答以往存疑的一些问题(Bystricky et al., 2000；Mecklenburgh et al., 2006；赵永红等，2008)。本文对富铁橄榄石进行了扭转大变形实验研究，目的是通过分析同一试件不同变形量的切面上的颗粒尺寸和组构发育等微结构特征来研究它们与应力、应变率以及累计应变之间的关系，从而了解影响动态重结晶过程的决定因素，同时和圣卡罗橄榄石的扭转大变形实验结果(Bystricky et al., 2000) 进行了对比，探讨材料强度对动态重结晶特征的影响。

2 扭转大变形实验过程 2.1 变形试件

富铁橄榄石集合体由纯铁橄榄石Fa₁₀₀和圣卡罗橄榄石Fa₁₀混合物人工合成，经过以下两个步骤：首先，由氧化物二氧化硅和三氧化二铁合成纯铁橄榄石Fa₁₀₀；其次，按照比例将Fa₁₀₀和Fa₁₀混合的粉末样品在1670K温度下加热两个小时合成Fa₅₀。合成的粉末被装入Ni制套管中，两端盖以Ni制圆盘，然后置于1533K和300MPa下热压2h。热压后制得的试件，密度达到理论值的98%，平均颗粒尺寸大约为38μm。

扭转变形试件的几何形状为直径9.6mm、长度4.86mm的圆柱体。圆柱体的上下底面都经过严格的磨平、抛光，以保证互相平行。对变形前的试件记录其长度和截面面积，用于试验中应力、应变和应变率的计算。在放入扭转变形实验装置之前，试件置于1标准大气压下的CO+CO₂混合气体中，在1330K温度下烘干10h。然后试件被封装入约0.6mm厚的Ni制套筒内，以防止在高温高压变形实验条件下橄榄石试件周围的氧逸度发生变化。整个套筒最后置于由0.5mm厚的钢制封套中，内装有由氧化铝和氧化锆制成的活塞，如图 1所示。有关试件合成及高温高压实验过程的详细信息可参看相关文献(Zhao et al., 2009)。

2.2 扭转大变形实验

本文的扭转大变形实验在美国明尼苏达大学的岩石和矿物物理实验室进行。有关扭转实验设备和数据采集的详细信息可以参看Paterson气体围压扭转装置的相关文献(Paterson and Olgaard, 2000)。简而言之，通过调节高温炉的高、中、低电源功率，实验装置中约4cm的高温区可以在设定温度的±1K范围内进行控制。在若干小时的实验过程中，温度随时间变化不超过2K，由与试件2mm之隔的热电偶进行测量和控制。在这一扭转实验装置中，试件中的任一微小部分都受到恒定应变率的简单剪切的作用(Paterson and Olgaard, 2000)。圆柱体试件所受的扭矩由内置的扭矩测量元件测得，试件外表面所受到的剪应力和剪应变率通过相应的扭矩和扭转速率计算得到。记录到的原始实验数据为恒定角度扭转速率下扭矩和扭转角度随时间的变化。

富铁橄榄石集合体的高温高压扭转变形实验温度为1473K，围压为300MPa。通过计算得到富铁橄榄石扭转试件所受到的剪应力为72~99MPa，剪应变率为1.35×10^-4~3.11×10^-4s^-1，试件最外缘受到的累积剪应变为398%。实验结束后，首先移除扭转载荷，然后以1K/s的速率降温。当温度降低到800~1000K时，同时降低围压。试件从扭转装置中取出后，将套在外面的Ni封套磨去，重新测量其尺寸，切成薄片和光片用于微结构的测量分析。

2.3 微结构分析

对经过扭转大变形的富铁橄榄石集合体试件进行微结构分析分为以下几个步骤。首先，在进行扭转变形前，预留出一小片未经变形的试件进行颗粒尺寸和EBSD等微结构分析。其次，对于扭转变形后的富铁橄榄石集合体试件，分别在离中轴1.90mm、2.76mm、3.47mm和4.32mm的位置上，平行圆柱体试件的中轴纵切了4个剖面，将切下的样品双面研磨抛光制成约5μm厚的透射光学薄片，对变形后试件上的不同部位的光学薄片用光学显微镜进行微结构分析，得到变形后试件中的微结构和颗粒尺寸分布及其与变形量之间的关系。第三步，对经过试件中轴的纵剖面进行研磨抛光，制成适合扫描电镜观测的光片，从中轴到边缘依次选取5个采样区域(见图 2)，每个区域的面积大约100μm×50μm，利用背散射电子衍射(electron backscatter diffraction, EBSD) 方法对它们分别测量晶格最优取向(lattice preferred orientation, LPO) 在三个互相正交的方向上的变化(Wright and Adams, 1992)。从中轴到边缘，对应于5个采样区域的应变γ依次等于0.3、1.0、2.1、2.9和3.9。

2.4 EBSD分析过程

利用明尼苏达大学Charfac Center附有EBSD功能的扫描电镜(SEM-EBSD) 对富铁橄榄石集合体扭转变形后的试件进行了晶格最优取向LPO测量。试件表面经过很好的研磨抛光，再镀以5nm厚的碳涂层。试样表面倾斜为70°时，与一垂直入射的电子束相互作用而产生EBSD图像，利用数字CCD记录干涉图像，然后对图像进行处理，用Oxford Instrument HKL的CHANNEL5软件定出晶格取向。

采样间距和采样区域的设计兼顾到以下几个因素：首先，由于需要用到EBSD精细面扫描结果进行颗粒尺寸的测量，因此采样区域应包含几百个颗粒，每个颗粒上至少有几十个采样点，在分析极图和M-指数、J-指数时，为减小大颗粒的过采样效应，每一个颗粒只取一个平均取向数据。

对每一个采样区域，采取了不同的采样间距。在靠近试件中心部位，应变量较小，采样间距较大，设为Δx=0.75μm，Δy=0.75μm；在靠近试件边缘处，应变量接近4，颗粒尺寸明显减小，采样间距较小，设为Δx=0.40μm，Δy=0.40μm。靠近试件中心部位，采样率较高；靠近试件边缘处，由于颗粒尺寸减小，抛光较差，因此采样率有所降低, 所有采样区域的采样率都达到80%以上。

3 实验结果

富铁橄榄石集合体的高温高压扭转变形实验温度为1473K，围压为300MPa，对圆柱体试件施加的扭转载荷为常角度扭转速率，记录到试件所受的扭矩由内置的扭矩测量元件测得，原始实验数据为恒定角度扭转速率下扭矩和扭转角度随时间的变化。通过计算得到富铁橄榄石扭转试件所受到的剪应力为72~99MPa，剪应变率为1.35×10^-4~3.11×10^-4s^-1，累积的剪应变为398%。由于变形量很大，得到了变形达到一定程度后组构的稳态分布形式、颗粒尺寸的动态重结晶和应力、应变率以及累计应变量之间的关系。

3.1 应力应变分布

富铁橄榄石集合体圆柱形试件在上下端面受到扭转变形时，试件内每一点的受力是单纯的在剪切面上的剪应力，也就是纯剪切受力，克服了简单剪切受力条件下变形量受限制和同时受到压缩和剪切的复杂受力的局限性。

当对试验样品施加扭转变形时，分为4个不同的加载阶段如图 3所示，第一阶段加载，应变率为1.35×10^-4s^-1，对应的应力最高点达到99MPa，与三轴压缩的应力应变关系相当，随着变形的增加，应力逐渐降低，表现出应变软化现象，微观上对应于应变导致的颗粒尺寸下降，载荷下降到72MPa时，累计应变为80%。第二和第三阶段加载增加了应变率，从2.03×10^-4s^-1到3.11×10^-4s^-1，经过大约100%的累计应变后，产生了滑动，也就是试件和加载活塞之间脱开了，不能传递扭转载荷，只好卸载。重新加载时，将应变率调整为3.07×10^-4s^-1，保持加载速率，可以观察到应力在很长一段变形过程中保持不变，利用试件边缘测得的扭矩计算出相应的剪应力τ为80MPa，在试件的外边缘累积的剪应变γ达到3.98时，将外加扭转载荷降低到零，降低温度的同时降低围压，冻结试件大变形产生的微结构。

试件内部的剪应力和剪应变由下面两式计算得到(Paterson and Olgaard, 2000)：

(1)

(2)

其中，τ_r和γ_r分别为试件内部的点所受的剪应力和剪应变；r为该点到中轴的距离；d=9.6mm，为试件横截面的直径；τ=80MPa，γ=3.98，分别为稳态流动时试件外边缘的剪应力和剪应变；n=4.3，为一常数(Zhao et al., 2009)。

从中轴到边缘依次选取的5个采样区域(图 2)，计算得到的剪应力和剪应变的数值如表 1所示。

应力应变的分布规律是非线性的，靠近试件的中心部位，应变较低，应力也较低，对应于颗粒尺寸较大的微结构条件下的应力应变关系，两者都从试件中心向外逐渐增长，但是增加的幅度不同，应变增加较应力增加的幅度要大一些，比如，在靠近试件中心部位的第一采样区，应力值是靠近试件边缘部位的最大应力值的一半，而应变值只有边缘部位最大应变值的十三分之一。

3.2 微结构的观察

为了定量观测扭转变形橄榄岩试件动态重结晶的微观图像，在扭转变形之后，我们在离试件中轴不同距离的位置上沿平行圆柱体试件的中轴方向纵切了4个剖面，它们离中轴的位置分别为1.90mm、2.76mm、3.47mm和4.32mm，剖面上各个采样点的详细信息列于表 2。我们对它们分别拍摄了反射光学显微照片和透射光学显微照片，研究试件中微结构的分布及其随剪应变增加而变化的规律。在每个剖面的中心部位，其变形可视为简单剪切，剪应力的方向为右旋(即顺时针方向)。通过反射(赵永红等，2006) 和透射(图 4) 光学显微照片的对比，一系列微结构随变形量的演化揭示了橄榄石颗粒的变形和动态重结晶的过程。

图 4的透射光学显微照片中，同一排的左列和右列拍摄的是同一区域，但是与透射光的正交偏光光轴成不同的角度，从上到下是按照从试件的中轴到边缘的顺序排列的，最上排对应于靠近中轴的剖面上，剪应变较低(γ=1.58)，颗粒尺寸的平均值相对较大，颗粒边界则多转折，可以观察到位错蠕变引起的颗粒边界的曲折和弯曲，例如颗粒被压扁和拉长出现偏离等轴状的现象以及颗粒内部出现了亚颗粒边界，这些都是颗粒尺寸减小和产生动态重结晶开始的标志；随着离中轴的距离增加，剪应变也随之增大，当剪应变增大到γ=2.29时，颗粒的长宽比接近2:1，亚颗粒尺寸与重结晶颗粒尺寸十分接近。综合颗粒内部和边界的结构特征，可以认为重结晶过程始于亚颗粒的旋转。随着剪应变的进一步增大，颗粒变得越来越长，定向线状组构与剪应变的量和方向相吻合；图 4的最下排对应于接近橄榄石扭转试件的外缘部位，剪应变γ=3.58，晶体的颗粒拉伸得更长，其组构排列与剪应变的量和方向一致，其叶理近乎平行于剪切面，在平行于剪切面的方向上，颗粒的生长形成较强的组构定向排列。

3.3 富铁橄榄石动态重结晶过程的微观机制

从透射显微照片上分析变形试件的微结构演化时，利用了正交偏光光路，在反射光学显微照片上观测到的颗粒拉长和压扁现象，在透射光学显微照片和EBSD图像上显示出多个结晶颗粒的排列组合。

为了更好的区分变形橄榄石的颗粒边界和颗粒亚边界，图 4的左边一列和右边一列两组照片拍摄的是同一区域的透射光学显微照片，区别是与透射光的正交偏光的光轴成不同的角度，视域相同，但是与透射光的角度不同，因此可以用来更精细地区分出晶粒之间角度相差不大的晶界和亚晶粒边界。当橄榄石晶体的轴与正交偏光的光轴成不同角度时，可以进一步区分出多数被拉长的晶粒是由若干较小的等轴状晶粒组合成的，例如，右列图上的一个拉长或压扁的颗粒，转过一个角度后，在左图的同一个点上可以区分出3个或4个颗粒，在边界处两个颗粒的晶界交角较小。如右列图中标出的点A对应于左列图的区域a, b, c, d。同理，左列图中的几个等轴状颗粒在右图中显示出拉长或压扁的外貌。这些现象揭示出每个晶粒中位错的堆积不是均匀分布的，它们沿着未来有可能形成亚晶粒边界或者颗粒边界的一些特定的面形成和堆积。

以上观测现象在微观上可以用位错机制来解释，首先，加载的速率决定了橄榄石颗粒是在位错域蠕变(Zhao et al., 2009)，其次，在一个橄榄石颗粒中，位错沿几个特定的面上堆积，位错堆积密度加大时位错面两侧的晶格定向角度相差逐渐增大，形成亚颗粒边界，进一步加大或者产生了旋转时，则形成动态重结晶的颗粒边界。

3.4 晶格最优取向

变形后富铁橄榄石集合体试件的晶格最优取向LPO由EBSD测得，利用下半球等面积投影等值线极图表示在[100]、[010]和[001]三个正交方向上的晶格定向(见图 5)，从上到下5个采样区域的剪应变γ逐渐增大，依次等于0.3、1.00、2.1、2.9和3.9。根据LPO的结果，我们可以判断不同应变条件下晶体的性质。在经过中轴的纵切面上，剪切方向垂直于分析平面(Z轴)。应变随半径的增加而增大。我们设定剪切面为水平方向，剪切方向为顺时针旋转，通过观测分析应变与LPO测量值的关系，可以得出，在扭转大变形过程中，随着变形的增加，岩石的纹理从过渡变形组构特征向重结晶组构特征转化。

从极图和变形微结构图的对比分析，可以观测到晶格最优取向随着剪切变形的增加，逐渐向着剪切方向集中的过程。为了定量的描述橄榄石晶体颗粒的晶格定向的强度，用以下两个无量纲的统计因子来描述：a) J-因子(J-Index) 表示晶格取向密度平方的体积平均积分(Bunge, 1982)，随机分布的晶格J-因子的取值为1，单晶的J-因子取值为无穷大，多数天然橄榄岩的J-因子的取值在2~20之间，峰值大约为8(Ben and Mainprice, 1998; Tommasi et al., 2000)。许多文章采用J-因子来刻划晶格定向的强度，它不仅广泛用于地质学，也同样用于材料科学。本文使用Mainprice编制的SuperJX程序(Ben and Mainprice, 1998) 对所有采样点的EBSD数据计算J-因子，结果见图 6上图和中图。b) M-因子(M-Index)：对应于随机分布取向与观测到的晶格定向的无关取向角度之差(Skemer et al., 2005)。随机分布的晶格M-因子取值为0，单晶的M-因子取值为1。两种因子的线性相关性很好，相关系数R²=0.88，表明两者都能正确表达晶格定向的强度。本文计算扭转大变形试件对应于不同应变所有采样点的EBSD数据的M-因子使用了Channel 5中的统计软件，统计结果见图 6的下图。

根据EBSD给出的极图数据，分别统计计算了低角度、高角度(低角度和高角度的定义见3.5节) 和所有颗粒的J-因子和M-因子，统计结果表明：a) 两者皆随变形增加而增加；b) 低角度情况下，J-因子和M-因子的值较低，增加的幅度也较小；c) 高角度情况下，J-因子和M-因子的值较高，增加的幅度也较大；d) 对所有颗粒进行统计，其J-因子和M-因子的值介于低角度和高角度之间。详见图 6。

3.5 颗粒尺寸(Grain Size)

本文使用了两种方法来测量变形后富铁橄榄石Fo₅₀集合体试件中颗粒尺寸分布及其随应变的变化情况。

第一种方法是利用光学显微镜拍摄的透射显微照片来测量，使用的统计分析软件为Scian，具体方法为截线法，该方法首先在需要统计颗粒尺寸的图像上预制网格，然后对纵向和横向网格线与颗粒边界相交的截距进行记录，最后对记录的截距数据做统计分析得到二维颗粒尺寸的统计分布图，对每个数据乘以因子1.5可以外推到三维颗粒尺寸分布(Gifkins，1970)。这种方法在以前的文献中用的非常普遍，因此在和以往的研究结果作对比时，需要用到这种颗粒尺寸统计结果。

第二种方法是利用EBSD平面扫描测量结果给出颗粒边界分布图。要利用EBSD扫描成像法进行粒度分析，EBSD的采样必须符合如下几项要求：a) 采样区域需有足够多个颗粒(>200)；b) 每个颗粒上需有足够多个采样点(>10)；c) 采样区域为矩形，长边沿圆柱体轴向，短边沿半径方向；d) 每个采样区域的采样点数在100~200k之间。

利用Ch5软件可以同时给出颗粒尺寸平面分布(图 7) 和统计图，通过设定每个颗粒中的最大角错阈值，可以区分出该颗粒是否经过了动态重结晶，如果对应于试件上应变量不同的采样点，可以统计出未经动态重结晶颗粒分布和经过动态重结晶的颗粒分布以及所有颗粒的尺寸分布与应变之间的关系，由统计结果可以计算出动态重结晶颗粒所占百分比与应变量之间的关系。本文区分颗粒尺寸使用了如下的边界判据，当一个晶体颗粒不同部位的晶格取向角度相差小于1°时，定义为低角度颗粒，在本文对应于经过了动态重结晶的颗粒；当一个晶体颗粒各部位的晶格取向角度相差大于1°时，定义为高角度颗粒，在本文对应于未经过动态重结晶的颗粒。统计结果分为低角度、高角度和所有颗粒三种。这种统计方法的精确度和客观性较好，自动化程度也很高，缺点是EBSD高分辨率扫描成像需要的时间很长，所以成本较高。

分析颗粒尺度随应变的变化时，分别统计了每个颗粒中晶格方位差小于1度和大于1度以及两者都计入时的平均值(图 8)。统计结果显示：a) 每个颗粒中晶格方位差小于1度的平均颗粒尺寸要小于方位差大于1度的平均颗粒尺寸；b) 随着观测点向试件外缘移动，即应变的增加，平均颗粒尺寸明显减小，也就是说平均颗粒尺寸随着应变量的增加而明显减小；c) 晶格方位差小于1度的颗粒可以看成是重结晶后产生的结果，而晶格方位差大于1度的颗粒正在经历着动态重结晶的过程，因此，动态重结晶可以认为是经过以下这种微观过程来进行的：首先是较大颗粒经受位错蠕变，颗粒中的最大方位取向之差大于1。如果位错堆积后达到一定的密度，在某一个或几个面上积累，产生了亚边界，再积累就会形成颗粒的边界，这时一个颗粒会形成两个或更多个颗粒，颗粒尺寸减小，而每个颗粒内的最大晶格方位差则小于1度。从剖面上看，不同半径处的应变量不同，中心部位的应变量远小于γ=1，而靠近试件边缘处的应变量近于γ=4。颗粒尺寸则从试件中心部位向外缘逐渐减小，因此，动态重结晶后的试件颗粒尺寸与应变量成反比。

4 讨论与结论 4.1 应力-应变的变化规律

开始加载时，应力应变关系与三轴压缩结果相近，随变形的增加，应变率保持恒定时，应力水平逐渐下降，说明试件中产生了应变引起的颗粒尺寸下降，从而使得强度下降，变形达到100%以后，随着应变的增加，应力基本上保持在一个稳定的水平上，表示变形达到了稳定流动阶段。

4.2 LPO的变化规律

LPO的特点表征了橄榄石结晶颗粒受力变形时的微结构定向排列的强度，随着变形的增加，LPO的各向异性逐渐增强，[100]的极大与外加剪切方向平行，与Bystricky对圣卡罗橄榄石集合体的扭转试验结果对比，发现对应于同一应变水平时LPO的极化特征非常类似，LPO的极化方向是一致的，但是含铁量的增加使得极化程度更强一些。

4.3 颗粒尺寸的分布规律

由本文的两种颗粒尺寸统计方法给出的平均颗粒尺寸随变形量的增加而减小(图 6)，动态地展示出动态重结晶的过程。用以往常用的截线法在透射显微照片上进行颗粒尺寸的统计，结果得到的平均值偏大，原因如下：首先，截线法的网格划分时，会使得一些尺度较小的颗粒漏掉，虽然这些颗粒所占的面积或体积的百分比较小，但是其数量也许不少；其次，用一幅透射显微照片来做颗粒统计分析时，由于相邻颗粒的定向差别较小时，不好区分，因此会造成两三个颗粒被当成一个颗粒来统计的结果，这样也会造成结果得出的平均颗粒尺寸偏大。所以，用EBSD精细扫描法得出的颗粒尺寸分布相对于传统的截线法要更客观和准确。当然，由于细小颗粒数量较多，因此得到的平均颗粒尺寸就小，但是试件的强度是由占体积百分比较高的大颗粒决定的，因此将来需要考虑用体积加权的办法来做平均颗粒尺寸的统计，或者用截断占体积百分之几的小颗粒后进行平均尺寸的计算。

4.4 动态重结晶机制

从图 4所示的透射显微照片上，从上到下变形逐渐增加，可以观测到Fo₅₀橄榄石试件对应于不同剪应变部位的微结构特征，随着离中轴的距离增大，剪应变也随之增大，橄榄岩试件发育出良好的组构，橄榄石颗粒逐渐拉长、旋转、变扁，并最终在动态重结晶的作用下产生颗粒尺寸减小。这个过程与Bystricky et al.(2000)在圣卡罗橄榄石集合体的扭转大变形试件中和Jung et al.(2006)在圣卡罗橄榄石集合体的剪切变形试件中得到的动态重结晶的微观图像有一定的差别，圣卡罗橄榄石集合体的动态重结晶通常会先在颗粒边界上形成很多细小颗粒，形成所谓的核幔结构，颗粒尺寸的统计结果会显示出双峰模式，随着变形增加，经过动态重结晶的颗粒数量逐渐增加，最后吃掉大的晶核，整个区域被重结晶颗粒充满。而本文的富铁橄榄石动态重结晶过程没有看到大颗粒边界处的小颗粒首先产生的核幔结构。

4.5 实验结果在地球物理中的应用

板块构造运动和地幔对流都是和岩石材料的大变形有关的动力学过程，本文的富铁橄榄石集合体高温大变形实验结果首先可以给出橄榄石在受到剪切应力条件下，对应的流变应力和应变的分布以及随时间的变化过程，同时也给出了橄榄石微结构随变形增加时的演化过程，虽然地球深部的平均差应力不会很高，但是只要有了应力集中的点，就会产生岩石材料的动态重结晶软化，这个软化又会反过来加剧应力的集中程度，产生进一步的软化和变形局部化现象。在地幔深处，变形集中和变形速率的改变引起的物质差异运动，是引起复杂多变的地幔对流和板块构造运动的重要原因之一。

致谢 在本文的成文过程中，方晨和惠红军同学在图像整理、文字录入和文献搜集等方面给与了帮助，在此表示非常感谢。