第五章影响岩石变形的因素-课件
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第五章影响岩石 变形的因素
眼镜小生制作
第一节 影响岩石力学性质因素
一、岩石力学性质：指处于一定 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。
R=f(F、M、E) 其中，F：代表力的状态 M：代表岩石物理学性质、成分、结构
E：代表外界因素
二 岩 石 各 向 异 性 对 其 力 学 性 质 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）孔隙流体对岩石力学性质影响
Pc=Pe-Pp
（五）时间
冰川砾石的脆-韧性变形
三、外界因素的影响
（一）围压 （二）温度 （三）溶液 （四）空隙压力
(五) 时间
（一）围压
大理岩变形20％
27MPa
44.5MPa
围压
对岩石变形 行为的影响
增大岩石强度 增大岩石韧性
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
第二节 岩石破裂准则
共轭剪裂角——剪裂角—为什么剪裂角 小于45
一、库仑剪切破裂准则
二、莫尔剪切破裂准则
三、格里菲斯准则
第三节 岩石的能干性
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 干性差异分为：能干的岩层（强的） 和不能干的岩层（弱的）。区分岩
石相对能干的方法如下：
（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
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 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 许多无位错的细小新晶粒。如果大晶粒 还没有分解完，就形成核幔构造。
能干次序
1 能干 2
3 4 较能干 5 6 较次软 7 8 软弱 9 10
岩石类型
白云岩、硅质白云岩 长石砂岩、长英质砂岩 石英砾岩、石英砂岩
岩屑砂岩 含白云质砂质灰岩 鲕粒灰岩、含泥质砂岩 豹皮灰岩、细晶灰岩 粉砂岩、凝灰质砂岩
泥灰岩 页岩、泥岩
第四节 岩石变形的微观机制 一、岩石脆性变形机制
二、塑性变形机制
• 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
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
湿
变
曲
线
的
影
响
小结：增高温度对变形的影响
1、应变速率对岩石变形的影响
2 、弛松与变蠕
高温高 应力
蠕
典型蠕变
变
低温低 应力
松 弛
冰川砾石的脆-韧性变形
冰川砾石的韧性变形
外界因素 强 弹 塑 脆 韧性
度性性 性
围压（P）
温度(T)
溶液(L)
空隙压力(Pc)
长期施压
图为应力—应变图解。（1）请分别指出a,b, c,三条曲线 所代表的变形作用过程的特征；（2）如果变形温度增高， 那么应力-应变曲线会发生怎样的变化，请标注于图解上； （3）如果变形环境围压增高，那么应力-应变曲线会发生 怎样的变化，请标注于图解上
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
房
岩 中 的 褶 皱 和 劈 理 折 射
山 孤 山 口 白 云 岩 和 钙 质 千
枚
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：
• 方解石、石英、钾长石、斜长石、角闪 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
一、香肠构造
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
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
Biblioteka Baidu • 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
（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
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 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 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：是沿一个不动的结晶面—滑 移面发生晶体格架层的平行位移。位移 是离子间的整数倍。双晶滑移：位移后 双晶化与未双晶化的部分呈镜象对称。
• 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
（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。
第五章影响岩石 变形的因素
眼镜小生制作
第一节 影响岩石力学性质因素
一、岩石力学性质：指处于一定 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。
R=f(F、M、E) 其中，F：代表力的状态 M：代表岩石物理学性质、成分、结构
E：代表外界因素
二 岩 石 各 向 异 性 对 其 力 学 性 质 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）孔隙流体对岩石力学性质影响
Pc=Pe-Pp
（五）时间
冰川砾石的脆-韧性变形
三、外界因素的影响
（一）围压 （二）温度 （三）溶液 （四）空隙压力
(五) 时间
（一）围压
大理岩变形20％
27MPa
44.5MPa
围压
对岩石变形 行为的影响
增大岩石强度 增大岩石韧性
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
第二节 岩石破裂准则
共轭剪裂角——剪裂角—为什么剪裂角 小于45
一、库仑剪切破裂准则
二、莫尔剪切破裂准则
三、格里菲斯准则
第三节 岩石的能干性
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 干性差异分为：能干的岩层（强的） 和不能干的岩层（弱的）。区分岩
石相对能干的方法如下：
（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
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 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 许多无位错的细小新晶粒。如果大晶粒 还没有分解完，就形成核幔构造。
能干次序
1 能干 2
3 4 较能干 5 6 较次软 7 8 软弱 9 10
岩石类型
白云岩、硅质白云岩 长石砂岩、长英质砂岩 石英砾岩、石英砂岩
岩屑砂岩 含白云质砂质灰岩 鲕粒灰岩、含泥质砂岩 豹皮灰岩、细晶灰岩 粉砂岩、凝灰质砂岩
泥灰岩 页岩、泥岩
第四节 岩石变形的微观机制 一、岩石脆性变形机制
二、塑性变形机制
• 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
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
湿
变
曲
线
的
影
响
小结：增高温度对变形的影响
1、应变速率对岩石变形的影响
2 、弛松与变蠕
高温高 应力
蠕
典型蠕变
变
低温低 应力
松 弛
冰川砾石的脆-韧性变形
冰川砾石的韧性变形
外界因素 强 弹 塑 脆 韧性
度性性 性
围压（P）
温度(T)
溶液(L)
空隙压力(Pc)
长期施压
图为应力—应变图解。（1）请分别指出a,b, c,三条曲线 所代表的变形作用过程的特征；（2）如果变形温度增高， 那么应力-应变曲线会发生怎样的变化，请标注于图解上； （3）如果变形环境围压增高，那么应力-应变曲线会发生 怎样的变化，请标注于图解上
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
房
岩 中 的 褶 皱 和 劈 理 折 射
山 孤 山 口 白 云 岩 和 钙 质 千
枚
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：
• 方解石、石英、钾长石、斜长石、角闪 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
一、香肠构造
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
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
Biblioteka Baidu • 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
（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
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 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 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：是沿一个不动的结晶面—滑 移面发生晶体格架层的平行位移。位移 是离子间的整数倍。双晶滑移：位移后 双晶化与未双晶化的部分呈镜象对称。
• 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
（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。