构造地质学讲5应变分析

第四章构造研究中的应变分析基础第 5讲变形和位移l当地壳中岩石受到应力作用之后，其内部经受一系列的位移，从而使岩石的初始形状、方位或位置发生改变，通称 变形 。l位移 质点的初始位置和终点位置的连线叫位移矢量，它不代表真正位移路径，只表示位移的最终结果，它用三个参数表达：位移距离、方位和方向。位移的基本方式： 平移、旋转、体变和形变应变（ strain）n 应变与应力状态的含义不同， 它是表示物体的变形程度 。应力状态是指某一瞬间作用于物体上的应力情况，而 应变是指与初始状态比较的物体变形后的状态 。n 应变是物体受应力作用发生变形的产物，应力与应变之间的关系是一种因果关系。线应变p线应变 e：变形前后长度的改变量。式中， l0、 l1变形前、后同一线段的长度。地质上，把伸长的 e取正值，缩短时的 e取负值。n 这种线应变表示的拉伸变形，伸长了 60， e变化范围从 -1（强烈压缩） 0（长度没有变化） （极度伸长）n 平方长度比 是应变测量中常用量，为同一线段在变形前、后长度之比的平方：线应变计算的地质实例箭石原来长度（ l0） 82mm拉长箭石长度（ l1） 185mme=1.25 伸长率 125=(1+e)2=5.06箭石化石不仅被拉长了 125，而且化石周围岩石也被拉长了 125剪应变（角应变）变形前相互垂直的两条直线，变形后其夹角偏离直角的量称为 角应变（ ） 或简称 角剪应变，其正切称为剪应变（）：=tg 剪应变的地质实例三叶虫变形 在右行剪切时为正，左行剪切时为负。均匀应变和非均匀应变u根据物体内各质点的应变状态变化与否，可将物体变形分为 均匀变形 和非均匀变形 。u根据应变 连续与否 又分为 连续变形和 非连续变形 。均匀应变类型1. 轴对称伸展 （ axially symmetric extension）2. 轴对称缩短 （ axially symmetric shortening）3. 平面应变 （ plane strain）4. 一般应变 （ general strain）非均匀变形非均匀变形是物体内各点的应变特征发生变化的变形，原来直线变成了曲线或折线，平行线变形后不再保持平行。应变椭圆和应变椭球n 当物体变形时，质点的相对位置发生变化。为了描述这种变化，我们把注意力集中到一点，并设想为一个小球体，变形中这个小球体变成椭球。n 应变是根据椭球体的形状和大小与原始球体形状和大小的比较而确定，这种椭球被称为 应变椭球体（ Strain ellipsoid） 。n 应变椭球严格地讲适用于均匀变形 。n 应变椭球由 应变主轴和应变主平面 组成。应变椭圆和应变椭球基本要素：三个主轴： 1， 2， 3，或 X,Y,Z三个主平面： XY面， YZ面， XZ面二个圆切面（无伸缩面）均匀应变的图解法l 1935年 Zings首次提出一种图解， 1962年 ,Flinn把它应用于构造地质学，又称为 弗林图解（ Flinn diagram） 。l 弗林图解的基本原理是利用应变椭球体的长轴和中间轴之比（ a）相对于中间轴和短轴之比（ b）的图解法（原点采用 1， 1）。用 k值表示k=0单轴压扁体，形如 “煎薄饼 ”状；0k1应变椭球体是扁球状，变形属于压扁体类型；k=1恒定体积下的平面应变，属简单剪切变形；1k应变椭球体为长球状，变形为缩颈型；k= 应变椭球体为单轴长椭球体，或者形如 “雪茄形 ”。弗 林 图 解岩石应变分析1、样品处理方法 观 察 在室内仔细观察石英、黑云母等矿物的排列方向或优选方位，确定面状和线状组构要素，确定应变主轴的方向。 测 量 磨制定向薄片，每标本切制三片，代表 xy、yz、 xz三个主应变面。三个薄片一组，利用显微镜横丝刻度测量出石英矿物颗粒的长短轴，每薄片测量 45 50颗粒，记录数据。 处 理 数据采集完毕后，使用 Robin法对数据进行处理，分别计算出 Rsxz、 Rsyz、 Rsxy。以 LnRsxy为纵坐标， LnRsyz为横坐标，投图，将各样品应变主轴方位赤平投影。双河岩体三维应变测量显微照片 （视域直径 5mm） sh 12xy面（左上）xz面（左下） yz面（右上）2、 测量结果样品 xy yz xz K X轴产状 Y轴产状 Z轴产状SH-08 1.25 1.56 1.80 0.50 9520 21217 28571SH-09 1.31 1.51 1.80 0.46 26328 19014 9862SH-10 1.14 1.90 1.98 0.20 12933 2132 32652SH-11 1.23 1.85 2.08 0.28 14930 492 32159SH-12 1.17 2.02 2.13 0.22 26942 18544 9554SH-16 1.30 1.69 1.99 0.50 13540 22518 33152SH-17 1.20 1.63 1.77 0.37 13425 22812 33852SH-18 1.22 1.81 2.18 0.26 21713 12430 2364SH-19 1.06 1.46 1.69 0.11 23770 11127 3522SH-20 1.26 1.64 1.88 0.37 20015 10232 1581SH-21 1.30 1.64 1.93 0.40 12653 5012 33244SH-22 1.31 1.58 1.88 0.59 11325 1217 31661SH-23 1.15 1.37 1.71 0.59 2122 12018 30078SH-24 1.28 1.46 1.70 0.65 14130 21411 31560SH-25 1.24 1.50 1.68 0.53 14715 20411 325853、 测量结果图解双河岩体 Flinn图解（左）和应变主轴投影（右）非旋转变形（纯剪变形）旋转变形（简单剪切应变）n 纯剪切应变（ Pure shear strain） 是一种均匀的非旋转应变，其特征是平行于应变椭球的主轴的物质线在变形之后具有同一方位。n 简单剪切变形（ Simple shear strain） 是一种均匀的旋转应变，其特征是应变主轴是旋转的。n 大多数野外变形露头表明，简单剪切的旋转形变是天然构造形成的最重要的地质作用。褶皱形成过程中的应变变化递进变形n 有限应变 物体变形最终状态与初始状态对比发生变化，称为有限应变或总应变。n 无限小应变 变形过程中某瞬间正在发生的小应变叫增量应变，如果取瞬间非常微小时，期间发生的微量应变称为无限小应变。n 递进变形 是许多无限小应变逐渐累积过程的变形。n 在变形历史任何一个阶段：应变状态都由