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1、第四章第四章 构造分析的变形基础构造分析的变形基础第一节第一节 应变分析应变分析一、基本概念位移平移平移Translation 体变Dilation无质点相对位置变化无质点相对位置变化物体在应力作用下物体在应力作用下的形状和大小改变量的形状和大小改变量旋转旋转Rotation形变形变Distortion应变应变Strain位移的基本形式位移的基本形式平移平移 TranslationTranslation 物体相对于外部坐标作整体的物体相对于外部坐标作整体的平移平移旋转旋转 RotationRotation 物体相对于外部坐标作整体的旋转物体相对于外部坐标作整体的旋转体变体变 DilationD
2、ilation 物体内各个质点的相对位置发生了物体内各个质点的相对位置发生了变化，改变了物体的大小变化，改变了物体的大小形变形变 DistortionDistortion（变歪变歪）物体内各个质点的相对位物体内各个质点的相对位置发生了变化，改变了物体的形状置发生了变化，改变了物体的形状应变应变 StrainStrain 物体在应力作用下的形状和大小的改物体在应力作用下的形状和大小的改变量。有时也涉及其旋转的成分变量。有时也涉及其旋转的成分二、应变的度量二、应变的度量正应力正应力瞬时应力状态瞬时应力状态剪应力剪应力应力线应变线应变初始态比较初始态比较剪应变剪应变应变（一）长度应变Longitud
3、inal strainExtension 线应变（伸长度）变形后单位长度的改变量及长度比 =(l-l0)/l0 s=l/l0=1+Quadratic elongation 平方长度比 =(l/l0)2=(1+)2Natural strain 自然应变 y=ln(1+)l0l线应变线应变泊松效应泊松效应逃逸构造理论逃逸构造理论长度变化的地质意义能干性或强硬度（competence),能干性差异是造成构造变形的重要条件。1 香肠构造(boudinage)，布丁构造不同能干性的岩石相间成层的岩系，受到平行层的拉伸（可能有或无垂直层面的压缩），而形成的构造。易流动的非能干层非能干层（相对软弱层）可以通
4、过内部的塑性流动而均匀伸长来调节应变。能干层能干层不易发生塑性流变，受到不断加强的平行层的拉伸，使其在某些初始的微小缺陷处产生应力集中，最终发生断裂，进一步伸展使断块分离，形成断面形态各异、三维上通常呈长而平行的柱状体，貌似平行排列的一排排放在橱窗里的法国香肠，故称为石香肠 boudins（Lohest等，1909）。石香肠的断面形态反映了岩层间能干性的差异矩形：最能干的层在内部应变很小时就出现脆性破裂，形成垂直层面的张裂。菱形：能干层发生剪切破裂。透镜状或藕节形：能干性差异较小，强岩层先与弱的基质一起发生一定程度的变薄并细颈化，进而被张裂或剪裂而拉断。肿缩构造：pinch and swell
5、 structure在石香肠断块的间隔的颈部构造，反映了二维应变椭圆的主应变的情况。或由变形过程中的分泌的结晶物质所充填。单轴拉伸 11，2=1或由相邻的弱岩层呈褶皱挤入，形成楔入褶皱，11，2 (1+e3)1k0 (1+e1)(1+e2)1(1+e3)k1 (1+e1)(1+e2)=(1+e3)2=11k0 (1+e1)(1+e2)1(1+e3)K=(1+e1)(1+e2)=(1+e3)K=0 (1+e1)=(1+e2)(1+e3);单轴旋转扁球体单轴旋转扁球体(轴对称缩短轴对称缩短)1k0 (1+e1)(1+e2)1(1+e3);扁形椭球体扁形椭球体(压扁形压扁形)k1 (1+e1)(1+
6、e2)=(1+e3)2=1;平面应变椭球体平面应变椭球体1k0 (1+e1)(1+e2)1(1+e3);长形椭球体长形椭球体(收缩形收缩形)K=(1+e1)(1+e2)=(1+e3);单轴旋转长球体单轴旋转长球体(轴对称轴对称伸长伸长)1.巧克力方盘构造一组香肠构造2.一个方向褶皱；另一个方向伸长长条状褶皱3.全面缩短，复杂褶皱图为应变状态Flinn图解及5种不同构造变形形迹示意图。其中1，2为平面应变两个主应变方向上的平方长度比（=(L1/L0)2,其中L1为变形后的线长，L0为变形前的线长)，12。（1）将5种不同的构造变形形迹所反映的应变状态用平方长度比（1，2）之间的关系表示出来；（2
7、）将五种构造形迹与Flinn图解中反映不同应变状态的线或区域用线段连接起来。六、岩石变形阶段六、岩石变形阶段三个变形阶段三个变形阶段弹性阶段弹性阶段塑性阶段塑性阶段破裂阶段破裂阶段三个变形阶段三个变形阶段弹性阶段弹性阶段塑性阶段塑性阶段破裂阶段破裂阶段三个变形阶段三个变形阶段弹性阶段弹性阶段塑性阶段塑性阶段破裂阶段破裂阶段七、旋转变形和非旋转变形七、旋转变形和非旋转变形非旋转变形中非旋转变形中（irrotational deformation），代表应变主轴的物质线在变形前后不发代表应变主轴的物质线在变形前后不发生方位的改变，其中一种特殊情况，变生方位的改变，其中一种特殊情况，变形中不发生体积
8、变且中间应变轴的应变形中不发生体积变且中间应变轴的应变为为0 0的变形，的变形，称为纯剪变形。称为纯剪变形。旋转变形中旋转变形中（rotational deformation），代表代表应变主轴的物质线在变形前后发生方位应变主轴的物质线在变形前后发生方位的改变，其中一种特殊情况，变形中不的改变，其中一种特殊情况，变形中不发生体积变且中间应变轴的应变为发生体积变且中间应变轴的应变为0 0的变的变形，形，称为单剪切。称为单剪切。八、八、递递进进变变形形递进变形（递进变形（progressive deformation）在同一动力持续作用下的变形过程中，如果应变状态发生连续的，这种变形为递进变形。在
9、变形过程中，岩石内部的应变状态将随变形过程的发展而变化，因而在一期变形过程中，依次出现性质和方向不同的应变状态，从而导致构造变形的发展及其力学性质的转化。有限应变有限应变finite strain和无限小应变和无限小应变infinitesimal strain有限应变：物体变形的最终状态和初始状态的对比所发生的变化递进变形 progressive deformation增量应变 incremental strain无限小应变共轴递进变形共轴递进变形（coaxial progressive deformation）非共轴递进变形非共轴递进变形（non-coaxial progressive de
10、formation九、变形岩石应变测量九、变形岩石应变测量应变测量就是测量和统计变形岩石内已知原始形状的标应变测量就是测量和统计变形岩石内已知原始形状的标志物在变形后的形态变化志物在变形后的形态变化,然后加以对比分析然后加以对比分析.实用有限应变测量方法应变测量的目的 定量估算一个地区由于变形而造成的有限应变的大小及其空间分布规律应变测量的任务：测定各点上的三个主应变轴（X,Y,Z或A,B,C)的方位及其大小（1,2,3)应变测量的标志体应变测量的标志体:1 初始为圆球形的标志体，鲕粒、球粒、退色斑初始为圆球形的标志体，鲕粒、球粒、退色斑2 初始为椭球形或不规则椭球形的标志体，砾石、包初始为椭
11、球形或不规则椭球形的标志体，砾石、包 体体3 已知初始角度关系的标志体，已知初始角度关系的标志体，变形化石变形化石4 反映线的长度变化的标志体，香肠构造、褶皱反映线的长度变化的标志体，香肠构造、褶皱5 初始随机排列的颗粒的空间排列变化，初始随机排列的颗粒的空间排列变化，如砂岩或花如砂岩或花岗岩中的石英粒的空间排列。岗岩中的石英粒的空间排列。应变测量的一般程序：先二维后合成三维野外直接测定三个应变主轴和主平面（XY,XZ,YZ)的方向。利用面理（XY）和拉伸线理（X）在主平面上直接测定主应变的大小或取定向标本，室内切定向薄片或选取三个大致垂直的切面进行测量初始为圆球形标志体的二维应变测量XYYX。收缩量？