第四章变形机制论述.ppt

第四章 显微构造变形机制（1） 天然岩石变形行为主要表现为脆性和韧性，以及介于二者之间，即脆性向韧性过渡。 研究方法：依据岩石变形实验结果，与天然变形岩石观察研究。 一、显微破裂和碎裂流动 1.显微破裂作用：发生在矿物晶体规模上破裂作用。 从应力—应变的角度上看，岩石或矿物在应力作用下，超过强度极限时就会发生破裂。岩石的抗剪强度和抗张强度弱，易于产生这两种裂隙。 宏观上的脆性变形为脆性破裂，从微观角度看主要是微破裂的产生和扩展及有关的碎裂作用。 库仑剪破裂准则 表达式：τ＝τ0＋μσn τ——剪破裂发生时的剪应力 τ0——当σn＝０时岩石的抗剪强度（又称岩石内聚力） ??上式可改写成τ＝τ0＋σn·tgφ截距为τ0的直线方程 2.碎裂流动 a.定义：碎裂作用使岩石破碎呈细小的碎块，随后这些细小碎块发生了滑移和旋转、产生了连续流动。 b.产物：断层角砾岩、碎裂岩、断层泥 c.碎裂流动特征 （1）在碎裂流动过程中，裂隙和孔隙被从流体中沉淀物质充填，随后充填物发生破碎，造成了角砾成分复杂。 （2）碎裂流动发生在地壳浅部层次上，温度低、应变速率高条件下。 （3）流体促进了岩石破裂。 二、晶内滑移作用 晶内滑动有三种形式：平移滑动、双晶滑移和扭折 1.平移滑动：晶体一部分相对另一部分发生了单位晶格的整数倍滑移。 滑动时角剪切应变发生变化,晶格内部质点排列不变.滑动后晶体形态发生改变,结晶学优选方位发生改变 .形成变形纹,变形条带,拔丝构造,波状消光等组构 2.双晶滑动 在晶内滑移时,如果晶体的一部分相对另一部分滑移的距离为单位晶格的非整数倍.其特点是: a 剪切应变是恒定的,其大小严格受地为双晶的几何要求所决定的. b.滑移的结果造成了相对位移两侧晶体以滑移面为对称面成镜像对称,即产生了机械双晶. c.双晶滑移也可以产生矿物集合体的形态和结晶方位优选. d.产生双晶滑移的剪应力比产生平移滑移所需要的剪应力高许多. 平移滑移和双晶滑移是低温条件下塑性变形的唯一的变形机制. 3.扭折(Kinking) 当挤压应力轴与滑移面平行或夹角很小(0~30°),晶体就会发生弯曲,产生了扭折,形成了膝折. 事实上对于只有一个滑移系的矿物(如云母,滑石,蓝晶石)或只有少数滑移系的矿物(如长石),扭折是它们的主要韧性变形机制. 三、位错蠕变 位错蠕变也称为Weertman蠕变:晶体内塑性变形时应变硬化和恢复作用达到动态平衡时变形，称之为位错蠕变。 应变硬化就是变形晶体内位错密度增大（位错缠结、交割等）； 恢复是使变形晶体回复到未变形时的状态过程，也就是是晶体内位错密度降低的过程（攀移、交滑移、亚晶粒、动态重结晶）。 四、 动态重结晶作用 动态重结晶(dynamic recrystallization):是指由变形作用引起的重结晶作用,使大的颗粒变为细小的新颗粒.发生的条件是温度大于0.5Tm. 特征:使大的强硬变矿物晶体变为细小无应变的新颗粒. 依据动态重结晶形成机理和方式的不同,可以把动态重结晶作用又进一步划分为颗粒边界迁移重结晶和亚晶粒旋转重结晶两种类型 a.颗粒边界迁移重结晶作用(grain boundary migration recrystallization):颗粒边界膨胀作用(bulging)和成核作用(nucleation)导致了晶体重新组织,具有高位错密度的老晶体被细小无应变新颗粒所代替,在此过程中不需要改变矿物晶体的化学成分. b.亚晶粒旋转重结晶作用(subgrain rotation recrystallization):由动态恢复作用形成的亚晶粒逐渐旋转,使相邻亚颗粒之间位向差12°,形成了大角度边界,形成了新颗粒. 五、高温扩散蠕变 1、基本概念 扩散蠕变扩散蠕变是一种通过扩散物质的转移而达到颗粒形态改变的作用，它分为高温扩散蠕变和低温扩散蠕变 。 高温扩散蠕变可以分为体积扩散蠕变或晶内扩散蠕变(Nabarro-Herring)、颗粒边界扩散蠕变(Coble)，是指变形过程中由岩石或矿物中的点缺陷(空位、杂质)和质点(离子、原子)的扩散和运动引起应变的作用过程、是一种高温塑性流动的重要机制。 低温扩散蠕变，又称为压溶蠕变，也称为溶解－沉淀蠕变。 a.体积（晶内）扩散蠕变(Nabarro-Herring);在应力作用下岩石和矿物中的点缺陷和质点的扩散和运动引起应变的作用过程。 b.颗粒边界扩散蠕变(coble): 晶体边界上点缺陷和质点的扩散引起岩石和矿物变形的过程。由于边界缺