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1、第五章第五章岩石变形岩石变形行行为为第一节第一节 影响岩石力学性质因素影响岩石力学性质因素一、岩石力学性质：一、岩石力学性质：指处于一定指处于一定物理环境条件下，在应力作用物理环境条件下，在应力作用下弹性、非弹的表现和破裂方式。下弹性、非弹的表现和破裂方式。R=f(F、M、E)其中，其中，F：代表力的状态：代表力的状态M：代表岩石物理学性质、成分、结构：代表岩石物理学性质、成分、结构E：代表外界因素：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（一）围压（二）温度（二）温度（三）溶液（三）溶液（四）空隙压力（四）空隙压力(五五)时间时间（一）围压（一）围压围压围压对
2、岩石变形对岩石变形行为的影响行为的影响增大岩石强度增大岩石韧性27MPa44.5MPa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（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
3、）孔隙流体对岩石力学性质影响（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（五）时间1、应变速率对岩石变形的影响蠕蠕变变与与松松弛弛、2蠕蠕变变低温低应力高温高应力典型蠕变典型蠕变松松弛弛冰川砾石的脆-韧性变形冰川砾石的韧性变形图为应力图为应力应变图解。（应变图解。（1 1）请分别指出）请分别指出a,b,c,a,b,c,三条曲线三条曲线所代表的变形作用过程的特征；（所代表的变形作用过程的特征；（2 2）如果变形温度增高，）如果变形温度增高，那么应力那么应力-应变曲线会发生怎样的变化，请标注于图解上；应变曲线会发生怎样的变化，请标注于图解上；（3 3）如果变形环
4、境围压增高，那么应力）如果变形环境围压增高，那么应力-应变曲线会发生应变曲线会发生怎样的变化，请标注于图解上怎样的变化，请标注于图解上 第二节第二节 岩石破裂准则岩石破裂准则共轭剪裂角共轭剪裂角剪裂角剪裂角为什么剪裂角为什么剪裂角小于小于4545 一、库仑剪切破裂准则一、库仑剪切破裂准则二、莫尔剪切破裂准则二、莫尔剪切破裂准则三、格里菲斯准则三、格里菲斯准则第三节第三节 岩石的能干性岩石的能干性岩石能干性是用来描述岩石变形行为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）和不差异分为：能干的岩层（强的）和不能干的岩层
5、（弱的）。区分岩石相对能干的岩层（弱的）。区分岩石相对能干的方法如下：能干的方法如下：一、香肠构造一、香肠构造石香肠断面的形态与岩石的能干性差异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、窗棱构造二、窗棱构造三、褶皱形态三、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
6、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：六、矿物变形行为的对比：方解石、石英、钾长石、斜长石、角闪方解石、石英、钾长石、斜长石、角闪石、橄榄石石、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
7、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北京西山沉积盖层岩石能干性差异表第四节第四节 岩石变形的微观机制岩石变形的微观机制一、岩石脆性变形机制一、岩石脆性变形机制二、塑性变形机制二、塑性变形机制（一）晶体缺陷和位错（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（二）位错滑动晶内滑移是沿晶体
8、一定的滑移系发生的，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和双晶滑移平移滑动平移滑动：是沿一个不动的结晶面：是沿一个不动的结晶面滑滑移面发生晶体格架层的平行位移。位移移面发生晶体格架层的平行位移。位移是离子间的整数倍。是离子间的整数倍。双晶滑移双晶滑移：位移后：位移后双晶化与未双晶化的部分呈镜象对称。双晶
9、化与未双晶化的部分呈镜象对称。（三）位错蠕变（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（四）动态重结晶动态重结晶：在初始变形晶粒边界或局动态重结晶：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。如果大晶粒许多无位错的细
10、小新晶粒。如果大晶粒还没有分解完，就形成核幔构造。还没有分解完，就形成核幔构造。（五）扩散蠕变（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、溶解蠕变六、溶解蠕变溶解蠕变溶解蠕变也叫压溶，是一种有流体参与的塑也叫压溶，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，从而形成塑性流体迁移，在低应力区沉淀，从而形成塑性变形。变形。思考思考一、应力椭球体与应变椭一、应力椭球
11、体与应变椭球体的关系是什么球体的关系是什么?二、最大剪应力作用面与二、最大剪应力作用面与实际剪切面为什么常常不实际剪切面为什么常常不一致？一致？思考思考三、影响岩石变形的物理因素有三、影响岩石变形的物理因素有那些那些?时间在岩石变形中的意义何时间在岩石变形中的意义何在在?你知道吗你知道吗?过泥潭时为什么要过泥潭时为什么要快速通过快速通过?冰川下坚硬的砾石为什冰川下坚硬的砾石为什么能变形么能变形?四、自然界岩石具有那些弹性表四、自然界岩石具有那些弹性表象和塑性表象？举例说明。象和塑性表象？举例说明。五、下图为二维应力摩尔圆图解。（五、下图为二维应力摩尔圆图解。（1 1）请将）请将上述五种图解所反映的应力状态，用主应力上述五种图解所反映的应力状态，用主应力（11，22）之间的相互关系和文字表述出）之间的相互关系和文字表述出来；（来；（2 2）简述上述各种应力状态最可能形成）简述上述各种应力状态最可能形成的构造变形类型的构造变形类型 六、下图为野外观测到的各种构造现象的示意性素描图解。其中发现的变形形迹包括变形砾石（变形前为近似球形状）、劈理以及张裂脉，它们的方位如图所示。请用图解、文字和数据（应变主轴x,y,z，以及主应变面xy,yz,xz等）表示该露头构造所反映的应变椭球体的形态和方位