韧性剪切带中刚体运动学模拟技术最新研究进展.pdf

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1、第29卷第1期簿j}IVo1．29，NO．12015年2月MINERAIRES0URCESANDGE0LOGYFeb．2O15韧性剪切带中刚体运动学模拟技术最新研究进展刘稳航，余尚江。，杨源祯，马骁，徐世钊，宁奥杰(1．西北大学大陆动力学国家重点实验室，西北大学地质学系，陕西西安710069；2．河南省地震局豫南中心地震台，河南信阳464031)摘要：韧性剪切带是构造地质学研究的重要内容。传统研究韧性剪切带主要是野外露头解析和室内显微构造研究来综合判断剪切带的属性。近些年来，许多国内外学者对于剪切带中刚体(砾石、颗粒等)的研究，特别是使用模拟软件(

2、如：Ansys、Matlab、Mathcad)试图恢复刚体的运动学轨迹，拓宽了学者们对于韧性剪切带中赋存刚体的研究思路。目前，对于刚体的模拟研究介绍甚少。基于此，本文对韧性剪切带中如何定量研究刚体的理论进行详细的介绍，并利用Mathcad编写程序恢复了刚体在给定条件下的运动学轨迹。关键词：韧性剪切带；模拟技术；刚体运动中图分类号：P54文献标识码：A文章编号：1001—5663(2015)01一O125一O50引言运动轨迹和利用Mathcad软件恢复刚体的整个运动过程。韧性剪切带是影响整个岩石圈的狭长高应变带，是现今大陆上研究最全面和深入的构造带，

3、已经成为1刚体旋转的理论基础研究地壳运动、岩石圈变形的重要内容L】]。目前韧性剪切带的研究主要集中在以下几个方面：(1)剪切带1．1Jeffery理论简单总结中利用构造标志例如旋转碎斑、云母鱼、S—C组构等Jeffery(1922)E163理论提出如何定量描述在简单对于剪切方向的的判断[2；(2)韧性剪切带内刚体剪切变形场中坐标系建立、刚体(砾石或颗粒等)形(例如砾石、颗粒等)的运动学和动力学研究；(3)剪状、流动场和角速度。该理论假设：(1)刚体是椭球切带内的构造岩(主要为糜棱岩)；(4)韧性剪切体；(2)刚体与基质流体界面是粘性的；(3)基质具

4、有带研究反演碰撞造山过程以及深部岩石圈流变学l_8]；牛顿流变学特性，并强调刚体的旋转率是应变强度(5)剪切带中的流体作用和成矿作用E9-n等。然而，()、轴率(R)和初始方位(a)函数。根据Jeffery理韧性剪切带的研究方法从以前的定性化已经向定量论我们可以明显的认识到影响到刚椭球体性体的因化快速发展，特别是近些年来数值模拟方法在韧性剪素为：刚性椭球体的自身的初始方位、形状大小、力学切带中充分的利用，模拟结果不断定量化的理解野外性质、轴率等；基质的属性(牛顿流体或非牛顿流体)；地质现象，极大拓宽了学者们对于韧性剪切带的再认刚体与界面之间的性质(

5、粘性与非粘性)；外部应力状识～嘲。态(应变强度)等l_】。文章重点介绍韧性剪切带的数值模拟基础理论1．1．1基质与刚性体中坐标系的建立与转化(Jeffery理论)、如何定量模拟刚体在塑性流体中的剪切带中刚体与基质坐标系的建立是计算机模收稿日期：2014-11-01基金项目：国家自然科学基金(批准号：41372204)和西北大学大陆动力学国家重点实验室科技部专项经费资助。作者简介：刘稳航(1990一)，男，陕西周至人，硕士，研究方向：构造地质学，韧性剪切带构造变形和数值模拟。E—mail；1whgeo@163．com—引文格式：刘稳航，余尚江，杨源祯

6、．韧性剪切带中刚体运动学模拟技术最新研究进lrj]．矿产与地质，2015，29(1)：125—129．128矿产与地质2015矩909090bal8l80O20270270270图4模拟结果示意图(下半球投影)Fig．4sketchofsimulatedresults(1owerhemisphereprojection)3结论学，l992，(3)：269～281．[1o]陈衍景．陆内碰撞体制流体作用及成矿作用研究的意义和现状[J]．地球科学进展，1995(4)：318—322．本文介绍了韧性剪切带的研究最新进展，并且系[11]李晓峰，华仁民．韧性剪

7、切带内流体作用的研究[J]．岩石矿物统描述了中刚体旋转的基本理论，并利用Mathcad学杂志，2000，19(4)：67—87．平台模拟了在给定条件下刚体的旋转轨迹。然而，建[12]FreemanB．Themotionofrigidellipsoidalparticlesinslow立在Jeffcry理论之上的刚体的模拟研究还存在很多flows[J]．Tect0n0physics．1985，113：163—183．[13]MandalN．DeformationofductileinclUSionsinamultiplein—问题(例如：自然界存在的

8、刚体并非我们模拟中clusionsysteminpureshear[J]．JournalofStructuralGeolo