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温度分布与温度分布（

2、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cugcugcugchina university of geosciences下地壳流动下地壳流动 channel flow （渠流）（渠流）

3、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。gangdesehot 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 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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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： 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。l0l

9、1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 。 l1l0l =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

10、主平面两个共轭截面两个共轭截面cab、ac、bc 或或xy、xz、yz4. 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

11、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123lll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、差异应力：