影响岩石变形的因素.ppt

第五章 岩石变形行 为,第一节 影响岩石力学性质因素,一、岩石力学性质：指处于一定 物理环境条件下，在应力作用 下弹性、非弹的表现和破裂方式。,R=f(F、M、E) 其中，F：代表力的状态 M：代表岩石物理学性质、成分、结构 E：代表外界因素,二岩石各向异性对其力学性质的影响,三、外界因素的影响,（一）围压 （二）温度 （三）溶液 （四）空隙压力 (五) 时间,（一）围压,围压 对岩石变形 行为的影响 增大岩石强度 增大岩石韧性,27MPa,44.5MPa,大理岩变形20,几种岩石韧性与围压的关系,岩石屈服强度与围压的关系,小结：增大围压的效应,破裂前的差异应力增大； 破裂前的应变量增大。 韧性增大，强度增大。,（二）温度,温度对岩石变形强度的影响,温度对应力-应变曲线的影响,温度对花岗岩应力-应变曲线的影响,温度对石英应力-应变曲线的影响,湿,小结：增高温度对变形的影响,在一定的差异应力下，应变量增大； 破裂前的应变量增大。 韧性增大，强度降低，易于变形。,（三）流体对岩石变形行为的影响及其机制,溶解迁移作用 水解弱化作用 通过流体压力使岩石强度发生变化,湿度对岩石抗张、抗剪强度的影响,（四）孔隙流体对岩石力学性质影响,Pc=Pe-Pp,冰川砾石的脆-韧性变形,（五）时间,1、应变速率对岩石变形的影响,蠕变与松弛、2,蠕变,低温低应力,高温高应力,典型蠕变,松弛,冰川砾石的脆-韧性变形,冰川砾石的韧性变形,图为应力应变图解。（1）请分别指出a,b, c,三条曲线所代表的变形作用过程的特征；（2）如果变形温度增高，那么应力-应变曲线会发生怎样的变化，请标注于图解上；（3）如果变形环境围压增高，那么应力-应变曲线会发生怎样的变化，请标注于图解上,第二节 岩石破裂准则,共轭剪裂角剪裂角为什么剪裂角小于45,一、库仑剪切破裂准则,二、莫尔剪切破裂准则,三、格里菲斯准则,第三节 岩石的能干性,岩石能干性是用来描述岩石变形行为相对差异的术语。通常按岩石能干性差异分为：能干的岩层（强的）和不能干的岩层（弱的）。区分岩石相对能干的方法如下：,一、香肠构造 石香肠断面的形态与岩石的能干性差异,北京西山奥陶纪灰岩夹白云岩中的矩形石香肠,云蒙山眼球状片麻岩中伟晶岩的菱形石香肠,灰岩夹白云岩的褶皱和香肠,恒山片麻岩中角闪岩的香肠构造,大别长英质片麻岩中辉长岩的石香肠,二、窗棱构造,三、褶皱形态,褶皱的初始波长与岩石的粘度比,尖圆褶皱的形态与韧性差,四、劈理特征,劈理的折射 劈理平行于XY面，在变形岩层中劈理的方向的变化反映岩石的能干性。 劈理的发育强度与X/Z成正比。劈理的密度：条/cm,劈理平行砾石的压扁面,大理岩的轴面劈理,劈理折射,大连金石滩灰岩与页岩互层中的劈理折射,砂泥质岩石中的劈理折射,京西大灰厂灰岩和白云岩中的劈理折射,房山孤山口白云岩和钙质千枚岩中的褶皱和劈理折射,大连金石滩褶皱与劈理型式,五、应变测量,灰岩和含铁灰岩中的变形鲕,周口店鲕状灰岩中的鲕,六、矿物变形行为的对比： 方解石、石英、钾长石、斜长石、角闪石、橄榄石,金红石、长石、石英的不同变形行为,七、其他的构造表现 不同成分岩石中的节理型式的差别,白云岩中的垂直张节理和灰岩中的共轭剪切带,硅质岩的韧性变形和白云岩的张裂,（二）一个地区岩石的能干性差异表,沉积岩： 白云岩 长石砂岩 石英砂岩 硬砂岩 粗粒灰岩 细粒灰岩 粉砂岩 泥灰岩 页岩 石膏、硬石膏,结晶岩： 变基性岩 粗粒花岗岩和花岗片麻岩 细粒花岗岩和花岗片麻岩 石英岩 大理岩 云母片岩,小结：影响岩石能干性的因素,1 矿物组成：橄榄石、辉石、角闪石、斜长石、钾长石、白云石、石英、方解石、云母、绢云母和绿泥石、粘土矿物 2 粒度 3复矿物岩中的弱矿物 4构造,北京西山沉积盖层岩石能干性差异表,第四节 岩石变形的微观机制,一、岩石脆性变形机制,二、塑性变形机制,（一）晶体缺陷和位错,滑移区与未滑移区之间的界线是位错。,（二）位错滑动,晶内滑移是沿晶体一定的滑移系发生的，即沿某一滑移面的一定方向滑移。滑移系是由晶体结构决定的，滑移面通常是原子或离子的高密度面；滑移方向则是滑移面上原子或离子排列最密的方向。,平移滑动和双晶滑移,平移滑动：是沿一个不动的结晶面滑移面发生晶体格架层的平行位移。位移是离子间的整数倍。双晶滑移：位移后双晶化与未双晶化的部分呈镜象对称。,（三）位错蠕变,这是高温下的一种变形机制，当温度T0.3Tm(Tm为熔融温度）时，恢复作用显得重要起来，位错可以比较自由地扩展且从一个滑移面攀移到另一个滑移面。从而符号相反的两个位错可以通过攀移而互相湮灭。,（四）动态重结晶,动态重结晶：在初始变形晶粒边界或局部的高位错密度处，储存了较高的应变能，在温度足够的条件下，形成新的重结晶颗粒，使初始变形的大颗粒分解为许多无位错的细小新晶粒。如果大晶粒还没有分解完，就形成核幔构造。,（五）扩散蠕变,扩散蠕变是指变形过程中由岩石或矿物中的点缺陷（空位、杂质等）和质点（离子、原子）的扩散和运动引起应变作用过程。空位和原子迁移有两种途径：一种是沿颗粒内部晶格迁移；另一种是沿颗粒净界迁移。,六、溶解蠕变,溶解蠕变也叫压溶，是一种有流体参与的塑性变形过程，物质在高温应力区溶解，通过流体迁移，在低应力区沉淀，从而形成塑性变形。,思考 一、应力椭球体与应变椭球体的关系是什么? 二、最大剪应力作用面与实际剪切面为什么常常不一致？,思考 三、影响岩石变形的物理因素有那些?时间在岩石变形中的意义何在?你知道吗?过泥潭时为什么要快速通过?冰川下坚硬的砾石为什么能变形? 四、自然界岩石具有那些弹性表象和塑性表象？举例说明。,五、下图为二维应力摩尔圆图解。（1）请将上述五种图解所反映的应力状态，用主应力（1，2）之间的相互关系和文字表述出来；（2）简述上述各种应力状态最可能形成的构造变形类型,六、下图