第四章 变形岩石应.ppt

第四章变形岩石应变分析基础 第一节位移和变形 岩石体受到应力作用后 其内部各质点经受了一系列的位移 使岩石体的初始形状 方位或位置发生了改变 这种改变通常称为变形 变形 变形的基本方式 第一节位移和变形 位移 物体内各质点的位置在变形前后的相对变化 位移方式 物体内质点的初始位置与终止位置的连线 平移形变转动体变 位移矢量 第二节变形的量度 应变 物体的变形程度用应变量度 应变指物体在某一时刻的形态与某一早先形态 一般指初始的 未变形的形态 之间的差别称为物体在该时刻的应变 即变形前后物体的形态 大小或物质线方位的改变量 第二节变形的量度 应变 物体内某方向上单位长度的改变量叫线应变 1 伸长度 2 长度比 1 0 1 e 3 平方长度比 第二节变形的量度 应变 初始互相垂直的两条直线变形后它们之间直角的改变量 角 叫角剪应变 其正切值 称为剪应变 即 tan 第三节均匀形变和非均匀形变 变形物体内各点应变特征相同 表现为 变形前直线仍为直线变形前平行线仍平行单位圆 椭圆可以用一点的变形代表整体变形特征 第三节均匀形变和非均匀形变 各点应变特征不相同 表现为 变形前的直线变为非直线平行线变为非平行线圆变为非椭圆 连续形变不连续形变 第三节均匀形变和非均匀形变 用物体内部变形单元体表示非均匀变形 褶皱 第三节均匀形变和非均匀形变 肉眼下均匀形变 放大镜下不连续形变 第四节应变椭球体 设想在变形前岩石中有一个半径为1的单位球体 变形后成为一椭球体 这一个椭球的形态和方位表示了岩石的应变状态 称为应变椭球体 应变椭球体中有且只有三个互相垂直的主轴 沿主轴方向只有线应变而没有剪应变 在三个主轴不等时 分别叫最大应变轴 最小应变轴和中间应变轴 分别以 1 2 3 或X Y Z或A B C 来表示应变椭球的最大应变轴 中间应变轴 最小应变轴 包含任意两个主轴所构成的平面叫主平面 所以 应变椭球体具有XY YZ XZ 或AB BC AC 主轴构成的三个主平面 第四节应变椭球体 第四节应变椭球体 应变椭球体的三个主轴方向与地质构造的空间方位有关 垂直最小应变轴 3的主平面 XY面 或AB面 是压扁变形面 它代表了褶皱构造的轴面 片理面等面状地质构造的方位 垂直最大应变轴 1的主平面 YZ面 或BC面 是张性面 它代表了张节理等面状地质构造的的方位 平行最大应变轴 1的方向是最大拉伸方向 它常常反映在矿物的拉伸定向排列上 第四节应变椭球体 应力椭球体和应变椭球体1 应力椭球体 1 最大压 最小拉 应力轴 2 中间应力轴 3 最小压 最大拉 应力轴故 1 2 32 应变椭球体 1 X 最大应变轴 2 Y 中间应变轴 3 Z 最小应变轴 第四节应变椭球体 横过应变椭球体中心有两个圆切面 它们的交线为中间应变轴 中间应变轴无变形的应变叫平面应变 这时的圆切面叫无伸缩面 无伸缩面区分了应变椭球体中的伸长区和缩短区 无伸缩面与 3之间为收缩应变区 无伸缩面与 1之间为拉伸应变区 第五节有旋形变和无旋形变 根据代表应变椭球体主轴方向的物质线在变形前后方向是否改变 可把变形分为两类 有旋形变和无旋形变 无旋形变 1 3质点线方向在变形前后保持不变 如果体积不变而且 2 0则称纯剪切形变 有旋形变 1 3质点线方向在变形前后发生改变 即旋转了一个角度 典型的情况是简单剪切 由物质中的质点沿彼此平行的方向相对滑动而成 纯剪切的力学条件是 张应力与压应力大小相等 符号相反 在与主应力呈45 夹角的斜截面上 仅作用有纯粹的剪切应力 因而称为纯剪切 如果从边界上剪切力方向相平行的截面上仅作用有剪应力的意义上来说 纯剪切并无实质上的区别 变形体力学中定义的纯剪切和简单剪切 第五节有旋形变和无旋形变 伸展盆地的两种动力学模型 a 纯剪切模型b 简单剪切模型 纯剪盆地从形态上看是对称的 下地壳和上地幔中没有剪切滑脱面 而简单剪切伸展模式则是以一条穿透上地幔或下地壳的滑脱面为特征 盆地的构造形态不对称 软流圈物质上涌不像纯剪模式那样位于盆地正下方 而是偏移到了盆地的一侧 第六节递进变形 在同一动力持续作用的变形过程中 如果应变状态发生连续的变化 这种变形叫做递进变形 递进变形是一个过程 在此变形过程中 岩石内部的应变状态会随变形过程的发展而变化 会依次出现性质和方位不同的应变状态 并导致地质构造变形的发展及其力学性质的转化 因此 递进变形既涉及变形的空间分布规律 也涉及到时间因素 它是岩石变形的历史过程 第六节递进变形 递进变形包括两部分应变 增量应变和总应变 总应变 物体变形的最终状态与初始状态对比发生的变化 又称有限应变 增量应变 在变形历史的某一瞬时正在发生的一个无限小的应变 又称瞬时应变和无限小应变 对于同一变形过程来说 总应变的大小等于各阶段增量应变之和 第六节递进变形 共轴递进变形 在递进变形发展过程中 增量应变椭球体的应变主方向与有限应变椭球体的应变主方向始终保持一致者称为共轴递进变形 非共轴递进变形 在递进变形过程中 如果增量应变椭球体的应变主方向与全量应变椭球体的应变主方向在每一瞬间都是不平行的 这种不连续的变形叫非共轴递进变形 递进的简单剪切 本章要点 变形 位移和应变的概念旋转应变与非旋转应变概念递进变形 全量应变与增量应变概念 应变椭球体中的主应变面 XY YZ XZ 面与主应力有什么关系 递进变形的概念对构造分析有什么意义 思考讨论题 纯剪切变形过程中 除主应变线以外的所有方向线的方向和长度都随变形的递进作有规律的变化 拉伸与压缩作用产生纯剪切变形 简单剪切变形的