構(gòu)造動(dòng)力分析 變形分析

第三章

構(gòu)造動(dòng)力分析分層受力

熱動(dòng)力

應(yīng)力地球系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)整體性、層次性、開(kāi)放性、自組織性、相似性、關(guān)聯(lián)性、活動(dòng)性、階段性（漸變性與突變性）地球系統(tǒng)的基本特性地球是地球內(nèi)部圈層、表層圈層、外部圈層相互作用的復(fù)合體，是一個(gè)開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。地球-太陽(yáng)系中人類居住的星球

1地球分層受力地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與溫度分布（Mattauer，1980)地殼的構(gòu)造層次構(gòu)造動(dòng)力1.熱動(dòng)力2.應(yīng)力3.引力（重力）4.隕擊力5.地球自轉(zhuǎn)（速度變化，Coriolisforce）

6.電磁力熱膨脹熱變形熱流動(dòng)溫度升高，巖石流變性增強(qiáng)。2.熱動(dòng)力冰川溶化如此美麗，如何成型？如此美景，如何形成？喜馬拉雅變質(zhì)基底中流變褶皺韌性剪切帶喜馬拉雅變質(zhì)基底韌性剪切帶和花崗質(zhì)糜棱巖CUGChinaUniversityofGeosciences下地殼流動(dòng)－Channelflow（渠流）Bird(1991)提出，地殼加厚的造山帶或高原下地殼非線性變形物質(zhì)在地貌負(fù)荷的側(cè)向壓力梯度作用下從山根向外側(cè)向流動(dòng)。Channelflow的應(yīng)用Nelson等（1996）用于青藏高原南部。Gangdese

Hotspot火山島鏈、熱點(diǎn)、地幔柱夏威夷地幔柱粘性流動(dòng)3.應(yīng)力外力和內(nèi)力處于地殼和巖石圈中的任何地質(zhì)體，都會(huì)受到相鄰介質(zhì)的作用。

外力

被研究物體（對(duì)象）以外的物體施加于被研究物體的作用力。

內(nèi)力

由外力作用引起的物體內(nèi)部各部分之間的相互作用力。

應(yīng)力單位面積上的作用力的大小。

作用力/面積

P/A

dP/dA

當(dāng)P不垂直于作用面dF時(shí)，分解成兩部分：

dN:與正應(yīng)力有關(guān)

dT:與剪應(yīng)力有關(guān)應(yīng)力是矢量（有方向和大小)。正應(yīng)力垂直于被作用面的應(yīng)力，用

表示剪應(yīng)力：平行于被作用面的應(yīng)力，用

表示。應(yīng)力符號(hào)

正應(yīng)力以擠壓為正、以拉張為負(fù)。

應(yīng)力單位及換算

見(jiàn)P25表3-1

單元體三個(gè)正交截面上剪應(yīng)力分量都為零，只有正應(yīng)力作用。這種情況下的正應(yīng)力稱為該點(diǎn)的主應(yīng)力，以

1、

2、

3表示。主應(yīng)力

1

2

3

，

1、

2、

3分別代表最大、中間和最小主應(yīng)力。擠壓為正拉張為負(fù)

主方向主平面應(yīng)力橢球主應(yīng)力作用的方向三個(gè)分別包含其中兩個(gè)主應(yīng)力的正交截面應(yīng)力莫爾圓一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可以用應(yīng)力莫爾圓圖解的方法表示。

1

2在二維應(yīng)力系統(tǒng)，以

1為橫坐標(biāo)、

2

為縱坐標(biāo)，任一單位斜截面AB，其法線與橫坐標(biāo)

1的夾角為

。當(dāng)受到雙向擠壓應(yīng)力的作用，在這個(gè)截面上的應(yīng)力

1和

2可表示在應(yīng)力莫爾圓上。

二維應(yīng)力莫爾圓以

1-

2為直徑

1

當(dāng)=0°、45°、90°截面出現(xiàn)什么應(yīng)力狀態(tài)？A.單軸壓應(yīng)力B.靜水壓力C.三軸壓應(yīng)力D.雙軸壓應(yīng)力E.平面應(yīng)力F.純剪應(yīng)力

1=

2=

3有無(wú)形變？

1>

2=0>

3

1>

2=0>

3

︱

3︱=

1

1

2

3？

1

2

3？掌握第四章

變形巖石應(yīng)變分析基礎(chǔ)位移與形變應(yīng)變的量度應(yīng)變橢球體均勻形變與非均勻形變有旋變形和無(wú)旋變形遞進(jìn)變形1.位移和變形處于地殼和巖石圈中的任何地質(zhì)體，受到力作用而會(huì)發(fā)生變形。變形是指地質(zhì)體（物體）初始形狀、方位或位置發(fā)生了改變。

位移是指地質(zhì)體（物體）及其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)初始位置的改變。

通過(guò)物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的初始位置和終止位置的變化來(lái)表達(dá)。

位移方式

四種:平移

旋轉(zhuǎn)

形變

體變

平移：變形前后質(zhì)點(diǎn)位置的平行移動(dòng)旋轉(zhuǎn)：變形前后物質(zhì)線方位的改變體變：變形前后物體體積的改變變形前后物體形狀的改變形變2.應(yīng)變的度量

應(yīng)變是指變形前后物體的形狀、大小或物質(zhì)線方位的改變量。

線應(yīng)變

指變形前后物體中線段長(zhǎng)度的改變量，一般用e表示：

e=（L1-L0）/L0（1）式中L0和L1分別代表變形前和變形后線段的長(zhǎng)度。規(guī)定：伸長(zhǎng)應(yīng)變?yōu)檎怠⒖s短應(yīng)變?yōu)樨?fù)值。L0L1應(yīng)變測(cè)量

剪應(yīng)變

變形前相互垂直的兩條物質(zhì)線，變形后其夾角偏離直角的改變量。

剪變角為

，的正切為剪應(yīng)變

。

L1L0L

=tan

順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的剪應(yīng)變?yōu)檎?，逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的剪應(yīng)變?yōu)樨?fù)值。

應(yīng)變測(cè)量變形化石3.應(yīng)變橢球體

單位圓球體經(jīng)均勻應(yīng)變變成的橢球體稱為應(yīng)變橢球體。三個(gè)主軸三個(gè)應(yīng)變主平面兩個(gè)共軛截面CAB、AC、BC或XY、XZ、YZ4.均勻形變和非均勻形變

均勻形變變形物體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)變特征相同。

非均勻形變

變形物體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)變特征發(fā)生不同的變化。5.有旋變形和無(wú)旋變形有旋變形（旋轉(zhuǎn)變形）

無(wú)旋變形（非旋轉(zhuǎn)變形）

簡(jiǎn)單剪切變形與純剪變形6.遞進(jìn)變形

物體變形的最終狀態(tài)與初始狀態(tài)對(duì)比發(fā)生的變化，稱為有限應(yīng)變或總應(yīng)變。有限應(yīng)變或總應(yīng)變的過(guò)程是一個(gè)由許多微量應(yīng)變的逐次疊加過(guò)程，這種變形的發(fā)展過(guò)程稱為遞進(jìn)變形。有限應(yīng)變和增量應(yīng)變遞進(jìn)變形過(guò)程任一階段的應(yīng)變可分解為兩部分：已經(jīng)發(fā)生了的有限應(yīng)變；正在發(fā)生的無(wú)限小應(yīng)變或增量應(yīng)變。

共軸遞進(jìn)變形在遞進(jìn)變形過(guò)程中，如果各增量應(yīng)變橢球的主軸始終與有限應(yīng)變橢球的主軸一致，這種變形叫共軸遞進(jìn)變形。否則叫非共軸遞進(jìn)變形。

共軸遞進(jìn)變形123LLL非共軸遞進(jìn)變形典型實(shí)例：遞進(jìn)的簡(jiǎn)單剪切巖石流變參數(shù)1、溫度：溫度升高，巖石流變性增強(qiáng)。當(dāng)溫度達(dá)到巖石熔融溫度的一半，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)流動(dòng)狀態(tài)，形成糜棱巖。如石英為350℃，橄欖石為1000℃。測(cè)溫方法：包裹體測(cè)溫、地質(zhì)溫度計(jì)、大地?zé)崃鳒y(cè)量。2、壓力（圍壓）：測(cè)壓方法：壓力計(jì)、P-T相圖等。3、差異應(yīng)力：據(jù)方解石雙晶指數(shù)、石英、方解石、橄欖石等位錯(cuò)密度、亞顆粒、動(dòng)態(tài)重結(jié)晶新生顆粒等。4、應(yīng)變速率：ξ=Aσnexp(-Q/RT)

式