岩石变形及影响因素.ppt

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1、第一章绪论思考问题1显微构造定义、研究内容2怎样进行显微构造研究第二章岩石变形及影响因素一、岩石矿物变形的基本概念1.弹性变形与塑性变形弹性变形岩石在外力作用下发生变形，当外力取消后，便又恢复到变形前的状态。岩石的这种力学性质称为弹性，这种变形称弹性变形。这时应力与应变成正比，符合虎克定律：σ=Eε式中σ为应力，E为弹性模量（杨氏模量），它的物理意义是代表拉、压时，材料对弹性变形的抵抗能力，ε为应变值。P点为弹性极限外力继续增加，变形继续增强，当应力超过岩石的弹性极限，即使外力去掉后，岩石也不能完全恢复到原来的形状，从而使一部分变形保留下来，这种变形称

2、塑性变形（即出现剩余变形或永久变形），岩石的这种性质称为塑性。如图1-1-8中B点开始，岩石进入塑性变形阶段，过B点后，曲线显著弯曲，当达到C点时曲线很快就变成水平，这就意味着在没有增加载荷的情况下变形却显著地增加，此时岩石抵抗变形的能力就很弱了，这种现象称为岩石的屈服，C为屈服点，对应此点的应力值σγ，称为屈服极限。过C点后应力缓慢增加，一直到D点，应力值增加到最大值。塑性变形一、岩石矿物变形的基本概念2.脆性行为与韧性行为；脆性是指岩石和矿物出现明显破裂，在破裂之前未出现永久变形；韧性是指岩石和矿物在没有明显破裂情况下，其大小和形状发生了显著的变化

3、。小于2%的应变量为脆性；在2-8%为脆韧性；<8%为韧性。据Griggs,1960根据岩石破坏前应变的百分数可以将岩石破坏分成五种类型（1）岩石处于地表或近地表的情况，在常温常压环境下或稍有围压而应力差值σ1-σ3很大时，岩石破坏前永久应变＜1%，岩石表现为脆性状态，应力—应变近于直线关系。在上述前提下，当应力达到一定值时，岩石垂直于小主应力方向产生张性破裂，这是由于围压、温度较低或空隙水压力及应变速率较大，允许岩石有一定侧向膨胀的结果。据Griggs,19603、岩石破坏类型据Griggs,1960（2）岩石离地表有一定深度，其围压与温度较第一种情

4、况稍高，但应变速率及空隙水压力很低的情况，岩石表现出少量的塑性，随着塑性增加破坏前永久应变增加到1~5%，岩石破坏时边缘出现与最大主应力σ1方向夹角小于45°的局部剪切破裂面，而大范围仍沿着最大主应力方向成张性破裂，其应力—应变曲线最初呈现近似线性关系，超过弹性极限则略有向下弯曲的部分，仍可归纳为脆性破裂范围。据Griggs,1960（3）相当于岩石处于离地表更深处（约2~5km），围压、温度较前更高或围压较大，均可产生这种情况的破坏。其破坏面属于单一剪切面，破坏面与最大主应力方向夹角小于45°，破坏前应变为2%到8%，为脆性向塑性过渡状态。这种情况相

5、当于薄的破坏带，断层泥少的逆断层，正断层、平移断层及X节理等构造形迹也可以也可能在断层一侧或两侧有序次的羽裂。剪切破裂面的角度随着围压而变化，共轭剪切破裂面角随着围压的增加而增大。据Griggs,1960（4）相当于离地表10~20km处的岩石。其围压与温度更高，或应变速率很低时或岩石本身具有一定塑性（如碳酸岩类岩石）其破坏前总应变为5%到10%，前者为脆性转化塑性的界线，后者已处于塑性状态。破坏时剪切破裂带较宽且有一定的相对错动，断层面与最大压应力方向夹角略小于45°或接近45°，这相当于较宽的断层泥较多的破碎带，有时其一侧或两侧伴有牵引褶皱。据Gr

6、iggs,1960（5）相当于岩石离地表更深，围压大于500Mpa，温度超过500℃或应变速率小于10-12/s情况，岩石呈现出完全塑性状态，这可能相当于各种复杂流变褶皱形成的物理环境，塑性增加使永久变形大于10%。4.应变硬化和应变软化影响应变软化的显微机制：（1）流体和水的作用；（2）变形过程中矿物定向排列；（3）变形过程中矿物粒度细化；（4）变形过程中显微分层构造形成；（5）变形过程中矿物边界的动态迁移；（6）变形过程中的动态重结晶作用；（7）构造变质作用；（8）应变能和摩擦热能的积累；5.蠕变小的恒定应力长期作用下，固态岩石变形连续增加。蠕变过

7、程可以划分为三个阶段：第一阶段A-B应变速率不断减小，为过度蠕变；第二阶段，B-C阶段应变速率恒定，为稳态蠕变；第三阶段C-D阶段；应变速率增加，加速蠕变。时间－应变曲线6.构造层次主要是因为向地下深处温压升高引起岩石力学性质变化导致构造变形变化和分层，在同一次构造变形过程中，不同深度的各层中变形机制和构造要素组合特征都不相同，不同深度各层称为构造层次。二、影响岩石和矿物变形的因素外部因素（围压、温度、应变速率、流体）；内部因素（成分、结构等）1.围压围压增高会提高岩石强度，当围压达到一定程度时，岩石变形行为也由脆性转变为韧性。Carrara大理岩在不

8、同围压下变形差异应力-应变曲线拉伸和挤压实验中脆-韧性过度与温压的关系2.温度温度是影响岩石强