Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
úvod
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 2
Plán výuky
24.2. | Špaček
?| Melichar
10.3. | Špaček
24.3. | Špaček
? | Chadima
21.4. | Špaček
2023:
? | Melichar
1. Blok: základní pojmy; metody studia deformačních 
mikrostaveb
2. Blok:  deformační mechanismy 1. část
3. Blok:  deformační mechanismy 2. část; zadání 
domácích úkolů
4. Blok: kinematické indikátory (mikroskopické a  
mezoskopické)
5. Blok: deformační magnetická stavba hornin (vznik, 
měření, interpretace)
6. Blok: seminář k domácím úkolům (mikroskopovna?)
? 7. Blok: odběry orientovaných vzorků atd. ‐ terén
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
1. Blok: úvod; základní pojmy, stručný přehled metod studia 
deformačních mikrostaveb
2. a 3. Blok: přehled základních deformačních mechanismů a jejich 
význam pro rekonstrukci deformačních podmínek (1. část –
nízkoteplotní mechanismy; 2. část – vysokoteplotní mechanismy); 
možná i ukázky deformačních struktur ve výbrusech
Domácí úkoly (ve skupinách):
Popsat a interpretovat zadané fotografie deformačních mikrostruktur 
(protokol 1)
Popsat a interpretovat zapůjčený výbrus (protokol 2)
6. Blok: prezentace domácích úkolů, diskuse, hodnocení
3
Bloky 1, 2, 3, 6: Deformační mechanismy 
a mikrostavba
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
• Passchier C.W. and Trouw R.A.J., 2005: 
Microtectonics. Springer. 2. vyd. 
= základní učebnice, elektronicky na uloz.to
• Vernon R.H., 2004: A Practical Guide to Rock 
Microstructure. Cambridge University Press.
• Trouw R.A.J., Passchier C.W. and 
Wiersma D.J., 2010: Atlas of Mylonites
and related microstructures. 
Springer.
4
Studijní podklady
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Tvar a krystalografická orientace zrn v hornině
V těchto přednáškách se budeme pohybovat převážně v rozměrech submikroskopických 
(atomární, např. defekty mřížky) až mikroskopických (měřítko výbrusu). Větší měřítko 
bude uvažováno jen pro lepší pochopení souvislostí.
Hornina je polykrystalický agregát – monominerální nebo polyminerální.
Minerální zrna jsou definována víceméně jednotným složením a 
víceméně jednotnou krystalografickou orientací.
Hranice zrn stejného složení je definována pouze rozdílnou orientací 
mřížky. 
Dva úzce související pohledy strukturního geologa na horninu: 
• mikrostruktury (tvar, velikost, geometrické uspořádání zrn)
• krystalografická orientace zrn
Oba pohledy jsou důležité – Deformace hornin je určena procesy, které 
se odehrávají v mikroměřítku uvnitř krystalové mřížky minerálních zrn i 
na hranicích zrn.
5
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Pojmy Struktura – Textura – Stavba
My budeme používat termíny mikrostruktura pro popis všech tvarů 
v hornině v malém měřítku a pod obecnějším pojmem mikrostavba
(microfabric) budeme rozumět uspořádání všech geometrických 
prvků, tedy mikrostruktury i přednostní krystalografické orientace.
Pozor na nejednotné terminologické konvence mezi různými obory!
• v metamorfní a magmatické petrologii obvykle rozlišovány pojmy textura (velikost, tvar a 
uspořádání zrn různých minerálů) a struktura (uspořádání komponent horniny ve větším 
měřítku – foliace, lineace, páskování, vrásy apod.)
• v materiálovém inženýrství ale pojem textura ≈ krystalografická přednostní orientace 
• různá pojetí pojmu stavba (fabric) ≈ často chápána jako obecný nadřazený pojem pro 
komplexní popis (viz výše) ale často také jako mřížková přednostní orientace
6
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
• existují zákonité vztahy mezi 
podmínkami deformace 
(teplota, tlak, rychlost deformace, 
přítomnost vody), 
deformačními procesy 
a mikrostavbou
7
Proč studovat mikrostavbu
hornin?
• z deformační
mikrostavby můžeme 
odvodit pevnost hornin 
(reologii), můžeme interpretovat 
deformační historii a prostředí 
metamorfózy hornin
podmínky 
deformace
deformační 
procesy
pevnost 
horniny
tektonické 
prostředí
mikrostavba
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Rozlišení deformačních mikrostruktur od magmatických, sedimentárních apod.
8
Příklady aplikace: Petrologie
Křemenný pískovec ↓      
Metamorfovaná hornina kvarcit ↓
Liší se jen charakterem hranic zrn 
(mikrostrukturou)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Rozlišení deformačních mikrostruktur od magmatických, sedimentárních apod.
3 – vznik nových zrn vzhledu sparitu dynamickou 
rekrystalizací za vyšších teplot
9
Příklady aplikace: Petrologie
Příklad: Vápenec bez plas cké deformace ↓      vs.   Vápenec silně plasticky deformovaný za teplot >250°C ↓
1 – mikrit; 2 – sparit (cement v pórech, 
rekrystalizace v přítomnosti vody při diagenezi)
1
2
3
4
4 – deformační mikrostruktura; 5 – převážně reliktní 
sedimentární mikrostruktura
5
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Pochopení souvislostí mezi deformací, metamorfózou hornin a migrací fluid
deformace → změna velikosti zrn (změna pórovitosti a prostupnosti pro fluida) + 
ohyb krystalových mřížek (zvýšení chemického potenciálu) + teplo (zvýšení teploty) 
→ urychlení metamorfních reakcí
Jaký je vztah deformace a vzniku tavenin/migrace fluid? Jaká je role migrujících 
tavenin a fluid na mikrostrukturu/pevnost horniny?
10
Příklady aplikace: Metamorfní petrologie
Jak je možné, že vedle sebe existují minerální asociace, které odpovídají úplně jiným 
metamorfním podmínkám?
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Deformační fáze, jejich korelace s metamorfními fázemi
V jakém metamorfním prostředí došlo k deformaci? Jaká je časová posloupnost 
těchto fází? – tektonometamorfní model vývoje horniny/oblasti
11
Příklady aplikace: Tektonometamorfní vývoj
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Kinematika pohybů ve střižných zónách a na zlomech
Jaká byla velikost a smysl střihu na zlomu / ve střižné zóně? V jakých horninách byla 
střižná zóna lokalizována a proč?
12
Příklady aplikace: Strukturní geologie
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Pevnost litosféry a místa její přednostní deformace. Jak funguje desková 
tektonika? Proč se zemětřesení vyskytují jen
v některých hloubkových úrovních?
Anizotropie fyzikálních vlastností 
deformovaných hornin a její 
souvislosti s deformací… 
13
Příklady aplikace: Stavba a dynamika Země
Deformační mechanismy 
určují pevnost horniny
Mikrostavba může ovlivnit 
celkové fyzikální vlastnosti 
horniny
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Mikrostruktury (identifikace minerálních fází, hranic zrn, vnitřní stavby zrn) 
• optická mikroskopie (měřítko výbrusu, desítky mikronů až centimetry; 
zvětšení <1000x)
• SEM – scanning electron microscopy (měřítko jednotlivých zrn, jednotky 
mikronů až první milimetry)
• TEM – transmission electron microscopy (submikronové struktury, 
mřížkové defekty apod.)
Orientace krystalové mřížky (vůči vzorku, vůči okolním krystalům)
• U‐stolek, EBSD – electron backscatter diffraction, rentgenová nebo 
neutronová difrakce
Stavba obecně
• anizotropie magnetické susceptibility
14
Hlavní laboratorní metody studia mikrostavby
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Polarizační mikroskop
• standardní výbrus: tloušťka ~30µm
• tenké a ultratenké výbrusy 
(i ~1µm, studium jemnozrnných 
agregátů a minerálů s vysokým 
dvojlomem)
• tlusté výbrusy (>100 µm, 
mikrotermometrie fluidních 
inkluzí, orientace planárních prvků 
na U‐stolku)
• zkřížené/částečně 
zkřížené/paralelní polarizátory →
• sádrovcová destička – lepší rozlišení domén 
s různou krystalografickou orientací zrn →
15
Laboratorní metody studia mikrostavby
Optická mikroskopie
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 16
Laboratorní metody studia mikrostavby
• morfologie strukturních prvků při velkých 
zvětšeních (>1000x)
• možnost kombinace s rtg. analýzou 
chemismu (mikrosonda)
a) Pohled v „odražených“ elektronech
backscattere(d) electron imaging
BSE obraz →
(intenzita odpovídá střednímu
atomovému číslu)
+ rtg a CL
optický mikroskop
BSE (symplektit v peridotitu)
sp
en
dio
en
ol
Elektronová mikroskopie: SEM
(Scanning Electron Microscopy; rastrovací e.m.)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
5 µm
17
Laboratorní metody studia mikrostavby
Elektronová mikroskopie: SEM 
b) Pohled v sekundárních elektronech 
secondary electron imaging, 
SE obraz ↓→
Intenzita = stínovaný reliéf
SE (kalcit ve vápenci)
SE (olivín v peridotitu)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Jak zvětšit rozlišení při pořizování 
obrazu a prvkové analýze?
• SEM s vláknovou katodou –
rozlišení obrazu cca 0.5‐1 µm
• FEG‐SEM (Field Emmision Gun
SEM) – stabilnější a menší svazek –
i submikronové rozlišení obrazu 
(desítky nm) 
• ztenčení vzorku 
na fólii
• EBSD – viz dále
Laboratorní metody studia mikrostavby
Elektronová mikroskopie: SEM 
18
FEG‐SEM BSE (nanosymplektit v peridotitu)
SEM BSE (mikro‐ a nanosymplektit v peridotitu)
Incident electron beam
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Jak rozlišit zrna stejného složení?
a) orientation contrast imaging
Různá intenzita odrazu elektronů od 
různě orientovaných krystalových 
mřížek → zvýraznění kontrastu 
různě orientovaných domén např. 
použitím forescatter (FSE) detektoru 
(= BSE detektor v jiné geometrii).
19
Laboratorní metody studia mikrostavby
Elektronová mikroskopie: SEM  SEM FSE (kalcit v mramoru)
SEM FSE (ocel)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 20
Laboratorní metody studia mikrostavby
Elektronová mikroskopie: EBSD 
Jak rozlišit zrna stejného složení?
b) Electron Back Scatter Diffraction, EBSD
• difrakce elektronů v prvních 
nanometrech tloušťky vzorku
• zjištění krystalografické orientace, 
rozlišení zrn a identifikace minerálních 
fází podle difrakčních vzorů
• velká rozlišovací schopnost metody 
až v desítkách nanometrů
(technický postup měření viz dále)
EBSD mapa
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
• Pro studium submikronových struktur –
např. dislokací (zjišťování kluzných 
systémů, dislokační hustoty atd.) 
a opravdu malých detailů na hranicích zrn
• (iontově) ztenčené ultratenké fólie 
(Focused Ion Beam Milling, FIB)
• HRTEM (High Resolution TEM)
Měřítko jednotlivých atomů, rozlišení až 
50 pm
21
Laboratorní metody studia mikrostavby
Elektronová mikroskopie: TEM
(Transmission Electron Microscopy, 
transmisní e.m., STEM = Scanning TEM)
TEM (dislokace)
HRTEM
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
• Katodoluminiscence ‐ luminiscence vyvolaná excitací elektronovým svazkem  
• CL vzniká pouze v některých minerálech, různé příčiny ‐ většinou mřížkové 
defekty (souvislost s příměsí stopových prvků)
• studium zonace chemického složení kalcitu, dolomitu, živců; studium žil, 
přírůstkových zón
zkřížené polarizátory CL
22
Laboratorní metody studia mikrostavby
Katodoluminiscenční mikroskopie (Cathodoluminescence, CL)
↓ Dolomit+kalcit+pyroxen v optickém mikroskopu
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Laboratorní metody studia mikrostavby
Katodoluminiscenční mikroskopie (Cathodoluminescence, CL)
← hranice zrn v peridotitu dekorované 
mikrokrystalickým živcem z taveniny
↓ různé generace živce + magmatický 
karbonát na styku žilky a 
mikrosymplektitu
23
CL
CL
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 24
Laboratorní metody studia mikrostavby
Katodoluminiscenční mikroskopie (Cathodoluminescence, CL)
↓ živcem bohatá žilka (|↔| 200 μm) v mikrosymplektitu + aureola (SEM)
BSE CL
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 25
• SPO i CPO často ukazují základní 
geometrii deformace (směr a 
smysl pohybu)
• SPO definuje foliaci (plošné 
uspořádání) a lineaci (lineární 
uspořádání); ukazuje makroskopické 
indikace pro stanovení vhodných řezů 
pro výbrusy
• Foliaci a lineaci využíváme jako 
referenční souřadný systém pro 
popis orientace prvků
Laboratorní metody studia mikrostavby
Souvislost tvarové a krystalografické přednostní orientace
(shape preferred orientation, SPO; crystallographic=lattice preferred orientation
CPO = LPO)
Animace idealizovaného konceptu vzniku SPO a CPO (takhle 
to ve skutečnosti nefunguje!)
SPO
CPO
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
3D geometrické prvky ve 2D řezu
• orientace výbrusu: Řez kolmý 
k foliaci a paralelní s lineací je vhodný 
pro studium smyslu střihu (je kolmý 
k ose rotace při nekoaxiální 
deformaci); řez paralelní s foliací 
může být vhodný pro nalezení lineace 
! velikost zrna: přítomnost různě 
velikých zrn ve výbrusu neznamená 
nutnou přítomnost různě velikých 
zrn v 3D (pro výpočet skutečné velikosti zrn je nutná korekce)
! tvar zrna: protáhlý tvar zrn ve výbrusu neznamená nutně lineaci (nutno mít 
alespoň 2 kolmé řezy)
! úhly mezi strukturními prvky: pozorovaný úhel nemusí být skutečným 
úhlem (záleží na úhlu těchto prvků k rovině řezu)
nekoaxiální 
deformace
26
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
1) Definování hranic zrn (nejlépe vektorově) 
manuálně (levné, přesná topologie) nebo 
mapováním SEM‐EBSD technikou (i plně 
automatizovaně, přesná krystalografická 
orientace)
2) Kvantitativní analýza geometrie zrn nebo 
hranic zrn
Laboratorní metody studia mikrostavby
Tvarová přednostní orientace: kvantitativní studium
27
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Ukázky z PolyLX: freeware pro mikrostrukturní analýzu v prostředí MatLab
(O. Lexa, PřF UK Praha)
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
-3800
-3700
-3600
-3500
-3400
-3300
-3200
-3100
amp-amp
amp-cal
amp-ilm
amp-opq
amp-plg
cal-cal
cal-ilm
cal-opq
cal-plg
ilm-ilm
ilm-plg
opq-plg
plg-plg
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
-3800
-3700
-3600
-3500
-3400
-3300
-3200
-3100
amp-amp
amp-cal
amp-ilm
amp-opq
amp-plg
cal-cal
cal-ilm
cal-opq
cal-plg
ilm-ilm
ilm-plg
opq-plg
plg-plg
2 4 6 8 10
30
210
60
240
90270
120
300
150
330
180
0
Axial data rose plot - Mean dir.:79.8652 Circ.std.dev.:52.1997
2 4 6 8 10
30
210
60
240
90270
120
300
150
330
180
0
Axial data rose plot - Mean dir.:79.8652 Circ.std.dev.:52.1997
Laboratorní metody studia mikrostavby
Tvarová přednostní orientace: kvantitativní studium
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8
0
5
10
15
20
25
log grain size (ECD)
%
207 grains
ECD frequency
Area fraction
0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8
0
5
10
15
20
25
log grain size (ECD)
%
207 grains
ECD frequency
Area fraction
28
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 29
Laboratorní metody studia mikrostavby
Krystalografická přednostní orientace
Metody měření:
• Optické (hledání orientace optických os → orientace každého měřeného 
zrna) 
• Difrakce rtg. záření nebo neutronů (vyjádření statistiky orientace 
krystalových rovin všech zrn pomocí rentgenové či neutronové difrakce → 
přednostní orientace v agregátu zrn) 
• Difrakce elektronů (hledání orientace krystalových rovin pomocí difrakce 
odražených elektronů v SEM nebo TEM → orientace každého měřeného 
zrna)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 30
Laboratorní metody studia mikrostavby
Krystalografická přednostní orientace: U‐stolek
Trojosý „univerzální stolek“ na optickém polarizačním mikroskopu
Hledání orientace optických os jejich nastavením do osy mikroskopu a odečtem 
úhlů os stolku.
Nevýhody:
Zjišťujeme pouze orientace optických 
os, což je neúplné určení orientace.
Úplné určení je možné pouze u opticky 
dvojosých minerálů – olivín, pyroxen...)
Časová náročnost (nebezpečí chyb 
pod vlivem únavy).
Omezená přesnost a velikost měřených zrn.
Metoda je už delší dobu na ústupu.
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 31
Laboratorní metody studia mikrostavby
Krystalografická přednostní orientace: 
rentgenová a neutronová difrakce
Rentgen nebo zdroj neutronů (jaderný reaktor) 
+ texturní goniometr
Měření intenzity difragovaného záření při konstantním 
úhlu 2θ (pro každou studovanou mřížkovou rovinu) 
a současném otáčení vzorku podle 2 kolmých os.
Nevýhoda: nelze studovat 
krystalografickou orientaci 
jednotlivých zrn
Výhoda: měření 
reprezentativního objemu, 
kompletní popis orientace
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 32
Laboratorní metody studia mikrostavby
Krystalografická přednostní orientace: EBSD (Electron Backscatter Diffraction)
Difrakce elektronů v TEM nebo SEM → 3D difrakční vzor; konverze 
části tohoto elektronového difrakčního vzoru na viditelné světlo na 
fosforovém stínítku; snímání optickou CCD kamerou 
Povrch vzorku musí být dokonale chemicky vyleštěn
↑ EBSD detektor Nordlys
↑ pohled do komory SEM
↑ vznik a zachycení 
difrakčního vzoru
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 33
Laboratorní metody studia mikrostavby
Krystalografická přednostní orientace: EBSD
→ počítačová analýza obrazu; srovnání s databází vybraných fází → určení 
orientace (a mřížkových parametrů, tedy určení minerální fáze)
EBSP
indexovaný EBSP
orientace
Měření vždy v jasně definovaném bodě – vazba na konkrétní zrno.
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 34
Laboratorní metody studia mikrostavby
Krystalografická přednostní orientace: EBSD
Možnost plně automatického mapování
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
• pólový obrazec (Pole Figure) →
hustoty pólů studovaných 
krystalových rovin zobrazené 
v koordinátách vzorku)
• inverzní pólový obrazec (inverse PF) →
hustoty jednoho zvoleného směru vzorku v různých 
krystalových směrech
• distribuční funkce orientací (Orientation Distribution
Function, ODF) →
kompletní popis orientace, 2D‐graficky nevyjádřitelné 
Grafická reprezentace orientace
001
100
010
<100>
Y0
X0
<010> <001>
Pole Figures
[LUT17B_06a_nonrot.cp
oli (mmm)
subgrained
32509 data points
Equal Area projection
Lower hemispheres
Half width:30°
Cluster size:3°
Exp. densities (mud):
Min= 0,00, Max= 5,86
1
2
3
4
5
1
2
4
S
L
35
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 36
Laboratorní metody studia mikrostavby
Anizotropie magnetické susceptibility
• Viz speciální blok M. Chadimy
Měření anizotropie horniny ‐> 
odvození vnitřní stavby ‐> 
interpretace deformace
(geometrie, velikost)
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
• studium vzniku mikrostavby hornin 
v teplotních a tlakových podmínkách 
simulujících přirozené podmínky 
(nutné vyšší rychlosti deformace ‐ rozdíl 5‐10 řádů 
oproti přirozené rychlosti)
• kombinace s poznatky 
z materiálového inženýrství 
(základy pro mikrotektoniku pocházejí především z 
metalurgie, keramiky)
→ odvození zákonitostí pro aplikaci na 
reálné horniny
37
Experimentální studium vzniku mikrostavby
Vysokoteplotní deformace hornin
Různé typy deformačních experimentů →
(a) trojosá komprese; (b) uniformní čistý střih; 
(c) jednoduchý střih; (d) torze; (e) „see‐through“ střih; 
(f)‐(i) různé testy migrace a segregace taveniny 
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček) 38
Experimentální studium vzniku mikrostavby
Vysokoteplotní deformace hornin
↑ Příklady mikrostruktur laboratorně plas cky 
deformovaného Carrarského mramoru v jednoduchém střihu
(uniaxiální kompresi) za různých teplot (De Bresser et al. 2005).
~20% zkrácení, 600°C
~20% zkrácení, 1000°C
Před deformací
Mikrotektonika 2023 (bloky I‐III+VI, Špaček)
Sledování deformace a vzniku mikrostavby ve snadno nízkoteplotně 
deformovatelných krystalických látkách v reálném čase.
Látky s nízkou teplotou
tání typu oktachlorpropan, 
norcamphor, bischofit, 
karnalit, led.
Výhoda podobnosti
mechanismů deformace
při podobném poměru
experimentální teploty
a teploty tání materiálu.
39
Experimentální studium vzniku mikrostavby
Deformace horninových analogů
Různé geometrie 
deformačních experimentů →
(a) jednoduchý a čistý střih v lineárním uspořádání; (b) čistý střih v torzním uspořádání
(a) (b)