影響巖石變形的因素教材

第五章

巖石變形行 為一、巖石力學(xué)性質(zhì)：指處于一定物理環(huán)境條件下，在應(yīng)力作用下彈性、非彈的表現(xiàn)和破裂方式。

R=f(F、M、E)其中，F(xiàn)：代表力的狀態(tài)M：代表巖石物理學(xué)性質(zhì)、成分、結(jié)構(gòu)E：代表外界因素二巖石各向異性對(duì)其力學(xué)性質(zhì)的影響三、外界因素的影響（一）圍壓（二）溫度（三）溶液（四）空隙壓力(五)時(shí)間（一）圍壓圍壓對(duì)巖石變形行為的影響增大巖石強(qiáng)度增大巖石韌性27MPa44.5MPa大理巖變形20％幾種巖石韌性與圍壓的關(guān)系巖石屈服強(qiáng)度與圍壓的關(guān)系小結(jié)：增大圍壓的效應(yīng)破裂前的差異應(yīng)力增大；破裂前的應(yīng)變量增大。韌性增大，強(qiáng)度增大。（二）溫度溫度對(duì)巖石變形強(qiáng)度的影響溫度對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響溫度對(duì)花崗巖應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響溫度對(duì)石英應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響濕小結(jié)：增高溫度對(duì)變形的影響在一定的差異應(yīng)力下，應(yīng)變量增大；破裂前的應(yīng)變量增大。韌性增大，強(qiáng)度降低，易于變形。（三）流體對(duì)巖石變形行為的影響及其機(jī)制溶解—遷移作用水解弱化作用通過流體壓力使巖石強(qiáng)度發(fā)生變化濕度對(duì)巖石抗張、抗剪強(qiáng)度的影響（四）孔隙流體對(duì)巖石力學(xué)性質(zhì)影響Pc=Pe-Pp冰川礫石的脆-韌性變形（五）時(shí)間1、應(yīng)變速率對(duì)巖石變形的影響蠕變與松弛、2蠕變低溫低應(yīng)力高溫高應(yīng)力典型蠕變松弛一、庫(kù)侖剪切破裂準(zhǔn)則二、莫爾剪切破裂準(zhǔn)則三、格里菲斯準(zhǔn)則第三節(jié)巖石的能干性巖石能干性是用來描述巖石變形行為相對(duì)差異的術(shù)語。通常按巖石能干性差異分為：能干的巖層（強(qiáng)的）和不能干的巖層（弱的）。區(qū)分巖石相對(duì)能干的方法如下：二、窗棱構(gòu)造三、褶皺形態(tài)褶皺的初始波長(zhǎng)與巖石的粘度比

尖圓褶皺的形態(tài)與韌性差四、劈理特征劈理的折射劈理平行于XY面，在變形巖層中劈理的方向的變化反映巖石的能干性。劈理的發(fā)育強(qiáng)度與X/Z成正比。劈理的密度：條/cm劈理平行礫石的壓扁面大理巖的軸面劈理大連金石灘灰?guī)r與頁(yè)巖互層中的劈理折射砂泥質(zhì)巖石中的劈理折射京西大灰廠灰?guī)r和白云巖中的劈理折射房山孤山口白云巖和鈣質(zhì)千枚巖中的褶皺和劈理折射大連金石灘褶皺與劈理型式五、應(yīng)變測(cè)量灰?guī)r和含鐵灰?guī)r中的變形鮞周口店鮞狀灰?guī)r中的鮞六、礦物變形行為的對(duì)比：方解石、石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、角閃石、橄欖石金紅石、長(zhǎng)石、石英的不同變形行為七、其他的構(gòu)造表現(xiàn)

不同成分巖石中的節(jié)理型式的差別白云巖中的垂直張節(jié)理和灰?guī)r中的共軛剪切帶硅質(zhì)巖的韌性變形和白云巖的張裂（二）一個(gè)地區(qū)巖石的能干性差異表沉積巖：白云巖長(zhǎng)石砂巖石英砂巖硬砂巖粗?；?guī)r細(xì)?；?guī)r粉砂巖泥灰?guī)r頁(yè)巖石膏、硬石膏結(jié)晶巖：變基性巖粗粒花崗巖和花崗片麻巖細(xì)?；◢弾r和花崗片麻巖石英巖大理巖云母片巖小結(jié)：影響巖石能干性的因素1礦物組成：橄欖石、輝石、角閃石、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、白云石、石英、方解石、云母、絹云母和綠泥石、粘土礦物2粒度3復(fù)礦物巖中的弱礦物4構(gòu)造北京西山沉積蓋層巖石能干性差異表第四節(jié)巖石變形的微觀機(jī)制一、巖石脆性變形機(jī)制二、塑性變形機(jī)制（一）晶體缺陷和位錯(cuò)滑移區(qū)與未滑移區(qū)之間的界線是位錯(cuò)。（二）位錯(cuò)滑動(dòng)晶內(nèi)滑移是沿晶體一定的滑移系發(fā)生的，即沿某一滑移面的一定方向滑移。滑移系是由晶體結(jié)構(gòu)決定的，滑移面通常是原子或離子的高密度面；滑移方向則是滑移面上原子或離子排列最密的方向。平移滑動(dòng)和雙晶滑移平移滑動(dòng)：是沿一個(gè)不動(dòng)的結(jié)晶面—滑移面發(fā)生晶體格架層的平行位移。位移是離子間的整數(shù)倍。雙晶滑移：位移后雙晶化與未雙晶化的部分呈鏡象對(duì)稱。（三）位錯(cuò)蠕變這是高溫下的一種變形機(jī)制，當(dāng)溫度T0.3Tm(Tm為熔融溫度）時(shí)，恢復(fù)作用顯得重要起來，位錯(cuò)可以比較自由地?cái)U(kuò)展且從一個(gè)滑移面攀移到另一個(gè)滑移面。從而符號(hào)相反的兩個(gè)位錯(cuò)可以通過攀移而互相湮滅。（四）動(dòng)態(tài)重結(jié)晶動(dòng)態(tài)重結(jié)晶：在初始變形晶粒邊界或局部的高位錯(cuò)密度處，儲(chǔ)存了較高的應(yīng)變能，在溫度足夠的條件下，形成新的重結(jié)晶顆粒，使初始變形的大顆粒分解為許多無位錯(cuò)的細(xì)小新晶粒。如果大晶粒還沒有分解完，就形成核幔構(gòu)造。（五）擴(kuò)散蠕變擴(kuò)散蠕變是指變形過程中由巖石或礦物中的點(diǎn)缺陷（空位、雜質(zhì)等）和質(zhì)點(diǎn)（離子、原子）的擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)引起應(yīng)變作用過程?？瘴缓驮舆w移有兩種途徑：一種是沿顆粒內(nèi)部晶格遷移；另一種是沿顆粒凈界遷移。六、溶解蠕變?nèi)芙馊渥円步袎喝埽且环N有流體參與的塑性變形過程，物質(zhì)在高溫應(yīng)力區(qū)溶解，通過流體遷移，在低應(yīng)力區(qū)沉淀，從而形成塑性變形。思考一、應(yīng)力橢球體與應(yīng)變橢球體的關(guān)系是什么?二、最大剪應(yīng)力作用面與實(shí)際剪切面為什么常常不一致？思考三、影響巖石變形的物理因素有那些?時(shí)間在巖石變形中的意義何在?你知道嗎?過泥潭時(shí)為什么要快速通過?冰川下堅(jiān)硬的礫石為什么能變形?四、自然界巖石具有那些彈性表象和塑性表象？舉例說明。五、下圖為二維應(yīng)力摩爾圓圖解。（1）請(qǐng)將上述五種圖解所反映的應(yīng)力狀態(tài)，用主應(yīng)力（σ1，σ2）之間的相互關(guān)系和文字表述出來；（2）簡(jiǎn)述上述各種應(yīng)力狀態(tài)最可能形成的構(gòu)造變形類型六、下圖為野外觀測(cè)到的各種構(gòu)造現(xiàn)象的示意