构造地质学3 构造动力分析 变形分析

1、第三章第三章 构造动力分析构造动力分析 分层受力分层受力 热动力热动力 应力应力 地球系统动力学地球系统动力学 整体性、层次性、开放性、自组织性、相似性、整体性、层次性、开放性、自组织性、相似性、 关联性、活动性、阶段性（渐变性与突变性）关联性、活动性、阶段性（渐变性与突变性） 地球系统的基本特性地球系统的基本特性 地球是地球内部圈层、表层圈层、外部圈层地球是地球内部圈层、表层圈层、外部圈层 相互作用的复合体，是一个开放的复杂巨系统。相互作用的复合体，是一个开放的复杂巨系统。 地球地球-太阳系中人类居住的星球太阳系中人类居住的星球 1 地球分层受力地球分层受力 地球的内部结构地球的内部结构 与

2、温度分布与温度分布 （Mattauer，1980) 地壳的构造层次地壳的构造层次 韧脆性韧脆性 脆性脆性 脆性脆性 韧脆性剪切带韧脆性剪切带存在存在 不连续界面，石英岩脉不连续界面，石英岩脉 中可能含金中可能含金 构造动力构造动力 1.热动力热动力 2.应力应力 3.引力（重力）引力（重力） 4.陨击力 5.地球自转（速度变化，Coriolis force） 6.电磁力 热膨胀热膨胀 热变形热变形 热流动热流动 温度升高，岩石流变性增强。温度升高，岩石流变性增强。 2. 2. 热动力热动力 韧性剪切带韧性剪切带 CUGCUGCUG China University of Geosciences

3、 下地壳流动下地壳流动 Channel flow （渠流）（渠流） Bird (1991)提出，地壳加厚的造山带或高原 下地壳非线性变形物质在地貌负荷的侧向压 力梯度作用下从山根向外侧向流动。 Channel flow 的应用的应用 NelsonNelson等（等（ 19961996）用于青藏高原南部。 Gangdese Hot spot 火山岛链、热点、地幔柱火山岛链、热点、地幔柱 夏威夷夏威夷 地幔柱地幔柱 粘性流动粘性流动 3. 应力应力 外力和内力外力和内力 处于地壳和岩石处于地壳和岩石 圈中的任何地质体，圈中的任何地质体， 都会受到相邻介质的都会受到相邻介质的 作用。作用。 外力外力

4、 被研究物体（对象）以外的被研究物体（对象）以外的 物体施加于被研究物体的作物体施加于被研究物体的作 用力。用力。 内力内力 由外力作用引起的物体内部由外力作用引起的物体内部 各部分之间的相互作用力。各部分之间的相互作用力。 应力应力 单位面积上的作用力的大小。单位面积上的作用力的大小。 作用力作用力 / 面积面积 P / A dP / dA 当当P不垂直于作不垂直于作 用面用面dF时，分解时，分解 成两部分：成两部分： dN: 与正应力有与正应力有 关关 dT: 与剪应力有与剪应力有 关关 应力是矢量（有方向和大小应力是矢量（有方向和大小)。 正应力正应力 垂直于被作用面的应力，用垂直于被作

5、用面的应力，用 表示表示 剪应力：剪应力： 平行于被作用面的应力，平行于被作用面的应力， 用用 表示。表示。 应力符号应力符号 正应力以挤压为正、以拉正应力以挤压为正、以拉 张为负。张为负。 应力单位及换算应力单位及换算 见见P25 P25 表表3-13-1 单元体三个正交截面上单元体三个正交截面上 剪应力分量都为零，只剪应力分量都为零，只 有正应力作用。这种情有正应力作用。这种情 况下的正应力称为该点况下的正应力称为该点 的主应力，以的主应力，以 1 1、 2 2、 3 3表示。表示。 主应力主应力 1 1 2 2 3 3 ， 1 1、 2 2、 3 3分别代表最分别代表最 大、中间和最小主

6、应力。大、中间和最小主应力。 挤压为正挤压为正 拉张为负拉张为负 主方向主方向 主平面主平面 应力椭球应力椭球 主应力作用的方向主应力作用的方向 三个分别包含其中两个主应力的正交截面三个分别包含其中两个主应力的正交截面 A. A. 单轴压应力单轴压应力 B. B. 静水压力静水压力 C. C. 三轴压应力三轴压应力 D. D. 双轴压应力双轴压应力 E. E. 平面应力平面应力 F. F. 纯剪应力纯剪应力 1= 2 = 3 有无形变？有无形变？ 1 2 =0 3 1 2 =0 3 3 = 1 1 2 3 ？ 1 2 3 ？ 掌握 第四章第四章 变形岩石应变分析基础变形岩石应变分析基础 位移与

7、形变位移与形变 应变的量度应变的量度 应变椭球体应变椭球体 均匀形变与非均匀形变均匀形变与非均匀形变 有旋变形和无旋变形有旋变形和无旋变形 递进变形递进变形 1. 位移和变形位移和变形 处于地壳和岩石圈中的任何地质体，受处于地壳和岩石圈中的任何地质体，受 到力作用而会发生变形。到力作用而会发生变形。 变形是指地质体（物体）初始形状、方变形是指地质体（物体）初始形状、方 位或位置发生了改变。位或位置发生了改变。 位移是指地质体（物体）及其内部各位移是指地质体（物体）及其内部各 质点初始位置的改变。质点初始位置的改变。 通过物体内各质点的初始位置和终止位通过物体内各质点的初始位置和终止位 置的变化

8、来表达。置的变化来表达。 位移方式位移方式 四种四种: 平移平移 旋转旋转 形变形变 体变体变 平移：平移： 变形前后质点位置的平行移动 变形前后质点位置的平行移动 旋转：旋转： 变形前后物质线方位的改变 变形前后物质线方位的改变 体变：变形前后物体体积的改变体变：变形前后物体体积的改变 变形前后物体形状的改变变形前后物体形状的改变 形变形变 2. 应变的度量应变的度量 应变是指变形前应变是指变形前 后物体的形状、大小后物体的形状、大小 或物质线方位的改变或物质线方位的改变 量。量。 线应变线应变 指变形前后物体中线段长度的改变量，指变形前后物体中线段长度的改变量， 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分别代表变形前和变形后分别代表变形前和变形后 线段的长度。线段的长度。 规定：伸长应变为正值、缩短应变为负值。规定：伸长应变为正值、缩短应变为负值。 L0 L1 应应 变变 测测 量量 剪应变剪应变 变 形 前变 形 前 相 互 垂 直 的相 互 垂 直 的 两条物质线，两条物质线， 变 形 后 其 夹变 形 后 其 夹 角 偏 离 直 角角 偏 离 直 角 的改变量。的改变量。 剪变角为剪变角为 ， 的的正切为剪正切为剪 应变应变 。 L1 L0 L =tan 顺时针方向旋转的剪应变为正值，顺时针方向旋转的剪应变为正值， 逆时针方向旋转

10、的剪应变为负值。逆时针方向旋转的剪应变为负值。 应变测量应变测量 变形化石变形化石 3. 应变椭球体应变椭球体 单位圆球体经均匀应变变单位圆球体经均匀应变变 成的椭球体称为应变椭球体。成的椭球体称为应变椭球体。 三个主轴三个主轴 三个应变主平面三个应变主平面 两个共轭截面两个共轭截面 C AB、AC、BC 或或XY、XZ、YZ 4. 均匀形变和非均匀形变均匀形变和非均匀形变 均匀形变均匀形变 变形物体内各点的应变特征相同。变形物体内各点的应变特征相同。 非均匀形变非均匀形变 变形物体内各点的应变特征发生不变形物体内各点的应变特征发生不 同的变化。同的变化。 5. 有旋变形和无旋变形有旋变形和无

11、旋变形 有旋变形有旋变形 （旋转变形）（旋转变形） 无旋变形无旋变形 （非旋转变形）（非旋转变形） 简单剪切变形与纯剪变形简单剪切变形与纯剪变形 6. 递进变形递进变形 物体变形的最终状态与初始物体变形的最终状态与初始 状态对比发生的变化，称为有限状态对比发生的变化，称为有限 应变或总应变。应变或总应变。 有限应变或总应变的过程有限应变或总应变的过程 是一个由许多微量应变的逐次叠是一个由许多微量应变的逐次叠 加过程，这种变形的发展过程称加过程，这种变形的发展过程称 为为递进变形递进变形。 有限应变和增量应变有限应变和增量应变 递进变形过程任一阶段递进变形过程任一阶段 的应变可分解为两部分：的应

12、变可分解为两部分： 已经发生了的有限应变；已经发生了的有限应变； 正在发生的无限小应变正在发生的无限小应变 或增量应变。或增量应变。 共轴递进变形共轴递进变形 在递进变形过程中，在递进变形过程中， 如果各增量应变椭球的主如果各增量应变椭球的主 轴始终与有限应变椭球的轴始终与有限应变椭球的 主轴一致，这种变形叫共主轴一致，这种变形叫共 轴递进变形。轴递进变形。 否则叫非共轴递进变形。否则叫非共轴递进变形。 共共 轴轴 递递 进进 变变 形形 123 L L L 非 共 轴 递 进非 共 轴 递 进 变形变形 典型实例：典型实例： 递进的简单剪切递进的简单剪切 岩石流变参数了解岩石流变参数了解 1、温度：温度升高，岩石流变性增强。当温度达到岩石熔融温度的一半， 进入稳态流动状态，形成糜棱岩。如石英为350，橄榄石为1000。测 温方法：包裹体测温、地质温度计、大地热流测量。 2、压力（围压）：测压方法：压力计、P-T相图等。 3、差