構造地質學3 構造動力分析 變形分析

1、第三章第三章 構造動力分析構造動力分析 分層受力分層受力 熱動力熱動力 應力應力 地球系統(tǒng)動力學地球系統(tǒng)動力學 整體性、層次性、開放性、自組織性、相似性、整體性、層次性、開放性、自組織性、相似性、 關聯(lián)性、活動性、階段性（漸變性與突變性）關聯(lián)性、活動性、階段性（漸變性與突變性） 地球系統(tǒng)的基本特性地球系統(tǒng)的基本特性 地球是地球內部圈層、表層圈層、外部圈層地球是地球內部圈層、表層圈層、外部圈層 相互作用的復合體，是一個開放的復雜巨系統(tǒng)。相互作用的復合體，是一個開放的復雜巨系統(tǒng)。 地球地球-太陽系中人類居住的星球太陽系中人類居住的星球 1 地球分層受力地球分層受力 地球的內部結構地球的內部結構 與

2、溫度分布與溫度分布 （Mattauer，1980) 地殼的構造層次地殼的構造層次 韌脆性韌脆性 脆性脆性 脆性脆性 韌脆性剪切帶韌脆性剪切帶存在存在 不連續(xù)界面，石英巖脈不連續(xù)界面，石英巖脈 中可能含金中可能含金 構造動力構造動力 1.熱動力熱動力 2.應力應力 3.引力（重力）引力（重力） 4.隕擊力 5.地球自轉（速度變化，Coriolis force） 6.電磁力 熱膨脹熱膨脹 熱變形熱變形 熱流動熱流動 溫度升高，巖石流變性增強。溫度升高，巖石流變性增強。 2. 2. 熱動力熱動力 韌性剪切帶韌性剪切帶 CUGCUGCUG China University of Geosciences

3、 下地殼流動下地殼流動 Channel flow （渠流）（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在地貌負荷的側向壓 力梯度作用下從山根向外側向流動。 Channel flow 的應用的應用 NelsonNelson等（等（ 19961996）用于青藏高原南部。 Gangdese Hot spot 火山島鏈、熱點、地幔柱火山島鏈、熱點、地幔柱 夏威夷夏威夷 地幔柱地幔柱 粘性流動粘性流動 3. 應力應力 外力和內力外力和內力 處于地殼和巖石處于地殼和巖石 圈中的任何地質體，圈中的任何地質體， 都會受到相鄰介質的都會受到相鄰介質的 作用。作用。 外力外力

4、 被研究物體（對象）以外的被研究物體（對象）以外的 物體施加于被研究物體的作物體施加于被研究物體的作 用力。用力。 內力內力 由外力作用引起的物體內部由外力作用引起的物體內部 各部分之間的相互作用力。各部分之間的相互作用力。 應力應力 單位面積上的作用力的大小。單位面積上的作用力的大小。 作用力作用力 / 面積面積 P / A dP / dA 當當P不垂直于作不垂直于作 用面用面dF時，分解時，分解 成兩部分：成兩部分： dN: 與正應力有與正應力有 關關 dT: 與剪應力有與剪應力有 關關 應力是矢量（有方向和大小應力是矢量（有方向和大小)。 正應力正應力 垂直于被作用面的應力，用垂直于被作

5、用面的應力，用 表示表示 剪應力：剪應力： 平行于被作用面的應力，平行于被作用面的應力， 用用 表示。表示。 應力符號應力符號 正應力以擠壓為正、以拉正應力以擠壓為正、以拉 張為負。張為負。 應力單位及換算應力單位及換算 見見P25 P25 表表3-13-1 單元體三個正交截面上單元體三個正交截面上 剪應力分量都為零，只剪應力分量都為零，只 有正應力作用。這種情有正應力作用。這種情 況下的正應力稱為該點況下的正應力稱為該點 的主應力，以的主應力，以 1 1、 2 2、 3 3表示。表示。 主應力主應力 1 1 2 2 3 3 ， 1 1、 2 2、 3 3分別代表最分別代表最 大、中間和最小主

6、應力。大、中間和最小主應力。 擠壓為正擠壓為正 拉張為負拉張為負 主方向主方向 主平面主平面 應力橢球應力橢球 主應力作用的方向主應力作用的方向 三個分別包含其中兩個主應力的正交截面三個分別包含其中兩個主應力的正交截面 A. A. 單軸壓應力單軸壓應力 B. B. 靜水壓力靜水壓力 C. C. 三軸壓應力三軸壓應力 D. D. 雙軸壓應力雙軸壓應力 E. E. 平面應力平面應力 F. F. 純剪應力純剪應力 1= 2 = 3 有無形變？有無形變？ 1 2 =0 3 1 2 =0 3 3 = 1 1 2 3 ？ 1 2 3 ？ 掌握 第四章第四章 變形巖石應變分析基礎變形巖石應變分析基礎 位移與

7、形變位移與形變 應變的量度應變的量度 應變橢球體應變橢球體 均勻形變與非均勻形變均勻形變與非均勻形變 有旋變形和無旋變形有旋變形和無旋變形 遞進變形遞進變形 1. 位移和變形位移和變形 處于地殼和巖石圈中的任何地質體，受處于地殼和巖石圈中的任何地質體，受 到力作用而會發(fā)生變形。到力作用而會發(fā)生變形。 變形是指地質體（物體）初始形狀、方變形是指地質體（物體）初始形狀、方 位或位置發(fā)生了改變。位或位置發(fā)生了改變。 位移是指地質體（物體）及其內部各位移是指地質體（物體）及其內部各 質點初始位置的改變。質點初始位置的改變。 通過物體內各質點的初始位置和終止位通過物體內各質點的初始位置和終止位 置的變化

8、來表達。置的變化來表達。 位移方式位移方式 四種四種: 平移平移 旋轉旋轉 形變形變 體變體變 平移：平移： 變形前后質點位置的平行移動 變形前后質點位置的平行移動 旋轉：旋轉： 變形前后物質線方位的改變 變形前后物質線方位的改變 體變：變形前后物體體積的改變體變：變形前后物體體積的改變 變形前后物體形狀的改變變形前后物體形狀的改變 形變形變 2. 應變的度量應變的度量 應變是指變形前應變是指變形前 后物體的形狀、大小后物體的形狀、大小 或物質線方位的改變或物質線方位的改變 量。量。 線應變線應變 指變形前后物體中線段長度的改變量，指變形前后物體中線段長度的改變量， 一般用一般用e表示：表示：

9、 e=（L1-L0）/L0 （1）式中）式中L0和和L1分別代表變形前和變形后分別代表變形前和變形后 線段的長度。線段的長度。 規(guī)定：伸長應變?yōu)檎?、縮短應變?yōu)樨撝?。?guī)定：伸長應變?yōu)檎怠⒖s短應變?yōu)樨撝怠?L0 L1 應應 變變 測測 量量 剪應變剪應變 變 形 前變 形 前 相 互 垂 直 的相 互 垂 直 的 兩條物質線，兩條物質線， 變 形 后 其 夾變 形 后 其 夾 角 偏 離 直 角角 偏 離 直 角 的改變量。的改變量。 剪變角為剪變角為 ， 的的正切為剪正切為剪 應變應變 。 L1 L0 L =tan 順時針方向旋轉的剪應變?yōu)檎担槙r針方向旋轉的剪應變?yōu)檎担?逆時針方向旋轉

10、的剪應變?yōu)樨撝?。逆時針方向旋轉的剪應變?yōu)樨撝怠?應變測量應變測量 變形化石變形化石 3. 應變橢球體應變橢球體 單位圓球體經均勻應變變單位圓球體經均勻應變變 成的橢球體稱為應變橢球體。成的橢球體稱為應變橢球體。 三個主軸三個主軸 三個應變主平面三個應變主平面 兩個共軛截面兩個共軛截面 C AB、AC、BC 或或XY、XZ、YZ 4. 均勻形變和非均勻形變均勻形變和非均勻形變 均勻形變均勻形變 變形物體內各點的應變特征相同。變形物體內各點的應變特征相同。 非均勻形變非均勻形變 變形物體內各點的應變特征發(fā)生不變形物體內各點的應變特征發(fā)生不 同的變化。同的變化。 5. 有旋變形和無旋變形有旋變形和無

11、旋變形 有旋變形有旋變形 （旋轉變形）（旋轉變形） 無旋變形無旋變形 （非旋轉變形）（非旋轉變形） 簡單剪切變形與純剪變形簡單剪切變形與純剪變形 6. 遞進變形遞進變形 物體變形的最終狀態(tài)與初始物體變形的最終狀態(tài)與初始 狀態(tài)對比發(fā)生的變化，稱為有限狀態(tài)對比發(fā)生的變化，稱為有限 應變或總應變。應變或總應變。 有限應變或總應變的過程有限應變或總應變的過程 是一個由許多微量應變的逐次疊是一個由許多微量應變的逐次疊 加過程，這種變形的發(fā)展過程稱加過程，這種變形的發(fā)展過程稱 為為遞進變形遞進變形。 有限應變和增量應變有限應變和增量應變 遞進變形過程任一階段遞進變形過程任一階段 的應變可分解為兩部分：的應

12、變可分解為兩部分： 已經發(fā)生了的有限應變；已經發(fā)生了的有限應變； 正在發(fā)生的無限小應變正在發(fā)生的無限小應變 或增量應變?；蛟隽繎?。 共軸遞進變形共軸遞進變形 在遞進變形過程中，在遞進變形過程中， 如果各增量應變橢球的主如果各增量應變橢球的主 軸始終與有限應變橢球的軸始終與有限應變橢球的 主軸一致，這種變形叫共主軸一致，這種變形叫共 軸遞進變形。軸遞進變形。 否則叫非共軸遞進變形。否則叫非共軸遞進變形。 共共 軸軸 遞遞 進進 變變 形形 123 L L L 非 共 軸 遞 進非 共 軸 遞 進 變形變形 典型實例：典型實例： 遞進的簡單剪切遞進的簡單剪切 巖石流變參數(shù)了解巖石流變參數(shù)了解 1、溫度：溫度升高，巖石流變性增強。當溫度達到巖石熔融溫度的一半， 進入穩(wěn)態(tài)流動狀態(tài)，形成糜棱巖。如石英為350，橄欖石為1000。測 溫方法：包裹體測溫、地質溫度計、大地熱流測量。 2、壓力（圍壓）：測壓方法：壓力計、P-T相圖等。 3、差