构造变形流变场分配多尺度数值模拟研究.pdfVIP

doi：10．16539~．ddgzyckx．2016．01．001 卷(Volume)40，期(Number)1，~,(SUM)150 大 地 构 造 与 成 矿 学 页 (Pages)l-13，2016，2(February，2016) GeotectonicaetM etallogenia 构造变形流变场分配多尺度数值模拟研究 向必伟 ，姜大志2，谢成龙 ，胡召奇4 (1．安徽大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230601；2．加拿大西安大略大学 地球科学系，加拿大 伦敦 N6A5B7；3．合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009；4．安徽省地质调查院，安徽 合肥 230001) 摘 要：流变场分配(flow fieldpartitioning)现象在 自然界高应变岩石中十分常见。传统的基于固体连续变形机制理论的 变形分析中，流变场分配问题往往被忽略，致使应变带中流变场如何分配一直都缺乏深入认识。Eshelby阐述了嵌入均匀 介质中的椭球体内流变场的数学方法，为探讨流变场的分配奠定了理论基础。本文从固体连续变形机制入手，重点介绍 基于Eshelby理论的多尺度数值模拟思路和方法，探讨流变场分配问题。模拟结果表明：嵌入基质中的椭球体内分布的流 变场主要取决于椭球体与基质问的相对流变强度，椭球体的相对流变强度越低，其变形越接近于简单剪切，且有限应变 积累越快。模拟还揭示，不同流变强度的椭球体内模拟拉伸线理和面理产状的总体格局反映基质流变场特征。由此得到 以下结论：(1)在流变场分配现象显著的区域，局部小尺度上应变、涡度测量分析结果无法直接揭示区域流变场运动学边 界条件，对这些区域的构造变形分析必须是多尺度的；(2)基于 Eshelby理论的以实质变形组构为约束的多尺度数值模拟 分析，能更为合理地揭示高应变岩石中流变场的分配。 关键词：流变场分配；连续变形机制；Eshelby理论；多尺度；数值模拟 中图分类号：P542 文献标志码：A 文章编号：1001—1552(2016)01．0001-O13 0 引 言 Ramsay和 Graham开创 了岩石韧性变形的平面 应变模式，并将应变带假设为局限于刚性边界内的 构造地质学研究的一个关键 目的是通过实际观 均匀连续体，应变带内流变场 由边界的相对运动产 察的变形构造揭示宏观区域变形的流变场及其对应 生 (RamsayandGraham，1970)。在 Ramsay变形分析 的运动学边界条件 。Lister和 Williamsf1979)~1入 了 思路的启发下，许多学者对 自然界应变带的流变场 简单剪切和纯剪切变形的概念来描述岩石变形的流 模式开展了深入研究，流变场模式也从二维平面应 变场，Ramberg(1975)深化了这一概念并依据流变场 变逐渐推广到三维单斜变形模式 (Sandersonand 中物质线与瞬时拉伸轴间的关系对变形形式进行了 Marchini，1984；Fossen andTikofi,1993；Tikoff and 分类。同一时期研究者先后提出，纯剪切和简单剪 Fossen，1993)和一般三斜变形模式(JiangandWilliams， 切是两种端员模式流变场，自然界流变场是 由这两 1998；Lineta1．，1998)。Ramasy及其后续变形模型的 个分量构成的，两者的相对大小可用运动学涡度数 理论基础是连续统 内的均匀介质变形 (Jiang，2013)， (kinematicvorticitynumber)来衡量(Truesdell，1953； 其中任意一物质点的运动学直接反应了连续统的宏 Meanseta1．，1980)。 观流变场特征。基于这一假设，实际构造变形分析 收稿 日期 ：2014—09—27；改回日期：2015．05．08 项 目资助：国家 自然科学基金项 目410