第3章节岩石变形物理学2-应变分析课件幻灯片.ppt

应变速率（strain rate）是指应变的变化速率，即单位时间（秒）内应变的变化量，通常用?（或dε/dt）表示。在构造地质学和大地构造学中，应变速率对岩石力学性质、岩石变形、大陆造山带碰撞作用，以及岩石高温高压实验是极为重要的影响因素。 某碰撞造山带，地质体在100万年内缩短5％，那么： 板块运动应变速率的计算 已知：现代洋中脊的扩张速率是5cm/年，板块与软流圈之间呈线性剪切运动，软流圈大洋厚度200km，则应变速率为 10-14/s数量级与板块运动和地幔对流引起的应变速率数量级是相当的。 通常自然界地质体变形的应变速率在10-12－10-15/s，地震例外，一般为10-4/s。 通常实验室的实验应变速率10-4－10-7/s范围。 变形物理应力与应变分析小结 应力张量及表示方法； 应变和应变张量； 应力与应变关系； 变形的类型（均匀和非均匀；纯剪和单剪；递进变形）； 应变速率及其地质应用意义。 The End 第三章 岩石变形物理应变分析 应变分析有关的一些基本概念 变形和位移 变形——当岩石受到应力作用后，其内部发生一系列的位移，使岩石的初始形状、方位和位置发生改变，称之为变形。 位移——质点初始位置和终点位置的连线叫位移矢量，它不代表真正位移路径，只表示位移的最终结果，它用三个参数表达：位移距离、方位和方向。 位移的基本方式有四种：平移、旋转、体变和形变 应变（strain） 应变是表示物体的变形程度。应力是指某一瞬间作用于物体上的应力情况或应力状态，而应变是指与初始状态相比较物体变形后的状态。 应变是物体受应力作用发生变形的产物，应力与应变之间的关系是一种因果关系。 矿物斑晶和化石的变形 线应变 ■ 线应变e是指变形前后长度的改变量。 式中，l0、l1－变形前、后同一线段的长度。在地质上，通常把伸长的e取正值，缩短时的e取负值。 这是线应变表示的拉伸变形，伸长了60％， e变化范围从-1（强烈压缩）→0（长度没有变化）→∞（极度伸长） λ平方长度比是应变测量中的常用参量，是指同一线段在变形前、后长度之比的平方： 剪应变 变形前相互垂直的两条直线，变形后其夹角偏离直角的变化量称为角应变（Ψ）或简称角剪应变，其正切值称为剪应变（γ）： γ=tg Ψ 剪应变的地质实例 三叶虫变形 应变椭圆和应变椭球 应变椭球（strain ellipsoid）是指当物体发生变形时，质点的相对位置发生变化，为了描述这种变化，当我们把注意力集中到一点，并设想为一个小园球体，在变形中这个小园球体变成椭球体。应变是根据椭球体的形状、大小与原始球体形状和大小的比较而确定，这种椭球体称之为应变椭球。 应变椭球严格地讲适用于均匀变形。 应变椭球由应变主轴和主应变平面组成。 主应变、主应变方向及主应变面 ■主应变是指单元圆球体变为椭球体时，可以从数学上推导出，椭球体一定有三个互相垂直的主轴，沿主轴只有线应变而无剪应变，这一线应变就称之为主应变，通常表示为λ1、λ2、λ3 。 ■主应变的方向称之为该点的主应变方向。 ■主应变平面或主应变面就是与这三个主应变方向垂直的三个平面或截面。 均匀应变和非均匀应变 根据变形物体内各质点应变状态的变化与否，将物体变形分为均匀变形和非均匀变形。 根据应变连续与否又分为连续变形和非连续变形。 非均匀变形是指变形物体内部各点应变特征和相对位置发生改变，原来直线变成曲线或折线，平行线变形后不再保持平行，反之则是均匀变形。 均匀应变类型 1. 轴对称伸展 2. 轴对称缩短 3. 平面应变 4. 简单剪切应变 5. 一般应变（纯剪切应变） 纯剪切应变和简单剪切应变 纯剪切应变（pure shear strain）是一种均匀的非旋转应变，其特征：平行于应变椭球主轴的质点线在变形前后具有同一方位。 简单剪切变形（simple shear strain）是一种均匀的旋转应变，其特征：平行于应变椭球体主轴的质点线在变形前后发生了旋转。 大多数野外变形露头表明，简单剪切的旋转形变是天然构造形成的最重要的地质作用。 褶皱形成过程中的应变变化 均匀应变的图解法 1935年Zings首次提出一种图解，1962年Flinn把它应用于构造地质学，又称为弗林图解（Flinn diagram）。 弗林图解的基本原理是利用应变椭球体的长轴和中间轴之比（a= λ1/λ2）相对于中间轴和短轴之比（b= λ2/λ3 ）的图解法（原点采用1，1）。用k值表示 k=0－应变椭球体为单轴压扁体，形如“薄饼”状； 0k1－应变椭球体为扁球状，变形属于压扁体类型； k=1－恒定体积下的平面应变，属简单剪切变形； 1k∞－应变椭球体为长球状，变形为”缩颈”型； k= ∞－应变椭