地壳中重力、构造力和构造附加压力的力学基础

<正>迄今为止,地质作用的深度通常是用压力除以密度来计算的。这种方法只在假设岩石处于静止的液体状态下才是正确的(Heim,1878)。然而,实际上从浅部地壳直至地慢深处的岩石都是固体状态而不是液体状态,且粘性系数随深度递增。实测数据表明地下水平压应力总是大于垂直压应力,说明构造力在量值上超过重力。所以,在地壳中进行地质作用深度的测算必须把岩石看作是固体并依据固体物理理论,在吕古贤等提出地质作用的深度测算方法正好考虑到了这一情况。     

成岩成矿深度构造校正测算和实测

成岩成矿深度的构造校正测算方法,是从测算压力中先消除构造附加静水压力之后再计算上覆岩石厚度,即成岩成矿深度的方法。该方法建筑在对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上,采用弹性固体模型代替静止流体模型,比沿袭至今单纯用压力／密度方法得出的深度更符合于实际情况。该文以胶不玲珑－焦家式金矿床为例,介绍了该方法的理论基础和野外地质研究方法－开展变形岩相形迹填图,在室内利用三维变形和古差应力测量,计算差应力时     

"地壳异常压力"学术研讨会

延用至今的地质作用深度测算方法,即重力／密度法,是基于“地下岩石处于静水压力状态”（Ｈｅｉｎ,１９７８）和“地下某一深处的垂直压力等于上覆岩石柱的总重量”（ДИＨＨИК,１９３７）两个理论假设。下面刊登的是“地壳异常压力学术研讨会”专家 必言（北京,２０００．２）。到会专家对上述假设和汕算方法提出了不同见解,指出,浅部地壳直到地幔深处的岩石都是固体状态,地下的压力是极不均匀的,所以对地壳中的地质作     

成岩成矿深度的理论基础和构造校正测算的方法

<正>成岩成矿深度的构造校正测算方法,是从测算压力中先消除构造附加静水压力之后再计算上覆岩石厚度,即成岩成矿深度的方法(吕古贤和刘瑞珣,1999)。该方法建筑在对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上,采用弹性固体模型代替静止流体模型,比沿袭至今单纯用压力/密度方法得出的深度更符合于实际情况。该文以胶东玲珑-焦家式金矿床为例,介绍了该方法的理论基础和野外地质研究方法——开展变形岩相形迹填图,在室内利用三维变形和古差应力测量,计算差应力时根据样品所处构造     

关于成岩成矿深度构造校正测算的理论基础、方法和实例

成岩成矿深度的构造校正测算方法,是从测算压力中先消除掉构造附加静水压力之后再计算上覆岩石厚度,即成岩成矿深度的方法。该方法基于对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上,采用弹性固体模型代替静止流体模型,对“上覆岩石重力在数值上等同于该点所承受的静水压力”这一通常的认识提出了不同见解,比沿袭至今单纯用压力/比重(或密度)方法得出深度更符合于实际情况。本文介绍了该方法的理论基础和野外地质研究方法——开展变形岩相形迹填图,在室内利用三维变形和古差应力测量,根据样品所处构造部位和性质,选择不同的参数换算成矿时差应力的众值。以胶东玲珑——焦家式金矿床为例,求得成矿深度仅3.5km或更浅,进而提出更深部位存在深部金矿富集带的预测意见。胶东几个大型金矿深部第二富集带已揭露的勘探资料证实这一认识比较符合实际情况。用这一方法测算出大别超高压带含柯石英榴辉岩形成深度仅32km多,而不是用压力/比重方法估算的100多公里,这为大别造山带的构造格局和演化历史的研究提出新的途径和方法。     

构造附加(围压)静水压力的理论、模拟和实验研究

部分研究者假设：地下岩石处于静水压力状态。按此理论，某一深处的地下岩石各方向压力都相等，而且都等于从该处至地表岩石柱的总重量。换句话说，地下的压力只来自重力，且随深度直线增加，即依此，形成了“压力／比重”的深度的测深方法。然而，地壳应力状态主要是由重力和构造力引起，作者提出其（围压）静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成。本文用固体力学方法分析地壳中静水压力部分是由重力所附加的静水压力和由构造作用力所附加的静水压力叠合而成的特点，     

胶东大尹格庄金矿田成矿深度构造校正测算

对地壳深度的研究和探索是近年固体地球科学的前沿课题之一,以往很多方法都是将压力换算为上覆岩石重量再换算为深度的。吕古贤（1982,1995,1996）指出不是只有重力可以产生静水压力,构造力也会产生相应的静水压力,并称后者为“构造附加静水压力”。基于这一理论进展,吕古贤等（1997）建立了“成岩成矿深度的构造校正测算方法”。利用这一方法,本文在大尹格庄金矿田构造蚀变岩显微构造研究和相关应力测算的基础上,对其成矿深度进行了构造校正测算。     

地下岩石构造力复合重力的压力状态分析

针对大别一带超高压变质作用的形成深度存在两种观点:其一是形成深度可用静流体公式h=p/(ρg)算出,并得出变质作用形成于90km或更深处;其二是超高压是重力、构造力和其他力合成的,并不只是重力的作用,从而该变质作用可以在地壳内形成。地下的岩石处于固态,而静止流体公式不适用于固体。事实上,围压不仅来自重力,而且也来自构造力和其他力,所以合理的求深度算法应该是从总压力中减去构造力获得纯重力才可用来计算深度。还简要解释了诸如剪应力、差应力、构造力等概念。     

含柯石英榴辉岩形成深度构造校正测算的新数据

<正>对地壳岩石形成深度的研究是近20年来固体地球科学的前沿课题之一。自格鲁宾曼和尼格里设想地壳内温度和压力是深度的正比例函数以来,人们常把地下岩石应力状态设想为静止流体内的应力状态,即认为地下某处的静水压力值等于上覆岩层的总质量,因此,目前主要是用所估测的压力值(即各向等正应力,泛称静水压力状态)直接换算。该法是建立在压力与深度呈线性关系上,实际上是质量/密度(W/SW)的方法。它忽略了构造作用力对静水压力的影响,所以,测得成岩成矿的深度值会比     

影响地下应力状态的构造作用

成岩成矿的外部条件中压力是很重要的因素。地下岩石所受的压力不仅来自上覆岩石的重力，而且来自构造力和热力及其它力。这些力合成一个三轴不等的应力状态，相当一个以最短轴为半径的球状应力迭加一个差应力。前者影响成岩成矿和变质作用，后者控制岩石变形和组构的变化。通过三维应变应力测量，这两部分力通过计算是可以区分开的，因而这将是建立地下深度测算新方法的一个基础。     

Grain-size distribution and rheology of the upper mantle

The physical processes that govern the grain size of rocks in the upper mantle are examined. The analysis is based on the experimental data on creep, recrystallization, and grain growth in dunites and on a theoretical model for the thermomechanical structure of the cooling moving lithosphere. The grain size of rocks is shown to be determined by the in situ stress only at the deeper part where the temperature is high enough to allow significant strain rate. Above this depth, the microstructures record the thermomechanical history of rocks rather than the in situ stress.In the case of the oceanic lithosphere where the thermomechanical history is best known, the following features of grain-size distribution are found. At the uppermost mantle, where the amount of grain growth is limited, the grain size is determined by the initial value and the growth rate, and, where the effect of grain growth dominates, it increases with depth. When the amount of grain growth becomes large and the grain size reaches the steady state size corresponding to the ambient stress while the rock is hot enough to deform, the grain size is then determined by the applied stress. This grain size is, however, frozen, when the rock gets cool and the strain rate becomes too small to induce any further dynamic recrystallization. Thus, at the intermediate depth region, the grain size records the fossil (frozen) stress at which the microstructures of rock have been frozen. Since the frozen stress increases with age, the grain size in this depth interval decreases with depth. Finally, the grain size below this level reflects the in situ stress, and increases with depth, its extent being dependent on the nature of return flow in the deep mantle.Thus the grain size versus depth relation may show a sigmoid curve. The qualitative features of this curve may be similar also in the case of the continental lithosphere, if a similar thermal event (i.e., the intrusion of hot material and subsequent cooling) occurs. The results are quite consistent with the observed depth variation of olivine grain size in peridotite nodules (Avé Lallemant et al., 1980). The present model suggests that the depth of minimum grain size (65 and 150 km at the continental rift zone and the shield region respectively) corresponds to that where the mechanical properties of the upper mantle change from elastic to ductile at tectonic stress levels (~ 1 MPa) and in the geological time scale. This result leads to a new definition of the thickness of lithosphere in terms of its rheological properties. This thickness is about twice as large as that inferred from the flexure of lithosphere but approximately equal to seismic thickness. The model suggests the importance of grain growth as well as dynamic recrystallization and plastic flow in determining the texture of upper mantle rocks and therefore seismic anisotropy.     

卡林金矿带勘查的新进展

近年来对卡林金矿带上勘查工作,在其西北端和深部发现并勘探了新的超大型金矿床.延伸了卡林金矿带的范围.讨论了超大型金矿床的地质特征.其主岩为不纯碳酸盐或细屑岩,成矿与中酸性火成岩,新生代火山岩有关,并且与板块构造的演化有关.提出卡林型金矿与裂谷作用有关的认识.     

石油与天然气定量评价的体积统计法（续）

多元线性回归方法的可靠性如何呢?上述研究者以美国的二叠系盆地为评价对象,对该方法进行验证,所取得的结果是令人满意的,和其它方法所得的结果很接近。     

湘中锡矿山锑矿田稀土元素地球化学行为

由于稀土元素在各种地质作用中具有一定的活动性,正确考虑稀土元素的地球化学活动性是运用稀土元素解释地质问题的基础,本文系统地研究了湘中锡矿山锑矿田和矿床中蚀变硅化岩及其原岩,矿石及矿物的稀土元素地球化学特征,指出稀土元素在硅化蚀变和矿化过程中的确有定的活动性,并讨论了制约稀土元素活动性的主要因素。     

The Stress Field in the Upper Crust as Determined from In Situ Measurements

This paper provides a synopsis of the state of stress in the upper parts of the earth's crust based uponin situ rock stress determinations. Despite the large scatter of the data, two dominant trends can be detected in the variations of average horizontal stress with depth in various geological environments. Basement rocks in ancient shields and deformed rocks in fold belts usually show horizontal stresses larger than the theoretical overburden pressure. Sedimentary cover rocks and fissured massive rocks show horizontal stresses smaller than the overburden pressure. The ratio of the maximum to the minimum horizontal stress exhibits a clear stress anisotropy in most cases. Directions of maximum horizontal compression are fairly consistent in areas where sufficient measurements are available (North America and Fennoscandia), although in many instances they do not conform to any simple predicted stress pattern. Many factors complicate the interpretation ofin situ stress determinations. There is no simple relationship between the stress trajectories and the free surface. Topographic features and erosional processes may cause horizontal stress concentrations. Remanent stresses of great age can be superimposed on current tectonic stresses, while sometimes current stresses no longer coincide with the stress systems that caused observable faulting and folding. Observation of remanent stresses in ancient rocks shows that rocks in the upper crust have finite strength even under geological time intervals. From the viewpoint of global tectonics,in situ stress determinations ought to be used with great caution, and in conjunction with focal mechanism solutions of earthquakes. Although the state of stress is everywhere compressive, the fact that undeformed sedimentary cover rocks often show no excess horizontal stress would seem to indicate that no active global horizontal compression is required. Horizontal stresses larger than the overburden pressure in regions of intense palaeodeformation may be due to remanent stress effects and to the influence of the local structure. It is premature to advance any general statement on tectogenesis on the basis ofin situ stress determinations. More measurements, and a quantitative evaluation of the factors affecting them, are required before further progress can be made.     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了零开挖进洞的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

秦岭公路隧道2号竖井地应力与岩爆分析

秦岭公路隧道2号竖井主要位于混合片麻岩地层中,高地应力和岩爆是该竖井的主要工程技术难题。根据竖井的工程地质资料和邻近工程水压致裂法地应力测试结果,采用三维有限元法对竖井工程区域内的初始应力场进行反演回归分析研究:竖井地应力存在较大的水平地质构造应力,地应力分区分布,水平地应力最高达到28.7MPa,垂直地应力基本受岩体自重控制。在地应力场分析的基础上,利用陶振宇岩爆判据对竖井进行岩爆预测,竖井岩爆为轻微或中等类型;并采用脆性岩体的常偏应力准则,模拟分析竖井岩爆破坏区的深度,岩爆区最大深度为0.6m。通过与竖井开挖后岩爆状况进行比较,结果表明反演得到的竖井地应力和岩爆分析是合理的。     

大别山超高压变质岩形成深度的同位素限制

大别山超高压变质岩形成深度是各国地质学家十分关心的问题。它不仅影响对碰撞造山带形成机制和演化过程的认识,而且影响对地球深部状况及地球动力学的研究。该文对大别山超高压变质岩已有同位素资料进行了分析与讨论。大别山榴辉岩的ε_Nd为-6.2~-17,ε_Sr为18~42,且显示明显的Nd同位素的不平衡现象。大别山榴辉岩的氧同位素组成研究表明,这些榴辉岩的原岩在超高压变质前,不同程度地与贫18O的大气降水(或海水)发生过氧同位素交换,且在超高压变质过程中依然保留了这些痕迹。除一个样品外,大别-苏鲁地区的榴辉岩的3He/4He比值都落在0.79×10-7~9.35×10-7范围内,显示陆壳岩石来源He的重要贡献。所有Sr-Nd、O和He同位素研究均表明:超高压变质岩保存着表壳岩石原岩的同位素特征,而未显示变质时受到地幔物质的明显影响。对于超高压变质岩的上述同位素特征,有人认为是由于大别山造山带俯冲和折返的速度太快造成的。由于造山带俯冲和折返的速度太快,表壳岩石原岩变质时来不及与地幔物质发生交换,故没有留下地幔物质参与的痕迹。该研究认为这种解释有些勉强,因为大别造山带俯冲和折返时间至少需要15Ma.在如此长的时间内,在100多公里地幔深处高于700℃的高温下发生超高压变质作用,表壳岩石原岩不可能不与地幔物质发生同位素交换。相反,如果认为大别山超高压变质岩就在地壳内形成,则大别山超高压变质岩同位素的所有特征就很好解释了。      

深部三维地应力实测与巷道稳定性研究

原始地应力是地下工程围岩稳定与支护结构设计的一个基本参数。在唐口煤矿井下回风石门、西翼辅助运输石门等不同构造部位的3个测点采用空心包体应力解除法进行了现场地应力的实测工作,测点的埋深达1 024～1 030 m。详细介绍了三维地应力及其主应力的计算原理,并根据矿区实测地应力资料,分析了矿井地应力大小、方向变化和分布特征,进而获得了该矿区地应力的定性及定量资料,初步分析了地应力对巷道稳定性的影响,为巷道的合理支护结构设计提供了可靠依据。     

重力和构造力在地壳中的作用

本文对于“上覆岩石重力数值等同于静水压力数值”的认识提出了新的看法，地壳中应力场Ｔ可以看成是一个静水压力Ｐ和一个差应力σ的复合、则静水压力Ｐ是由重力附加静水压力ＰＲ和构造力附加静水压力ＰＳ两者叠合而成，而不仅仅是来自上覆岩石的总重量，有限元模型计算表明，在同样外力条件下，从挤压变形带，剪切变形带到引张变形带中的各带构造附加静水压力值呈降低变化，即ＰＣ〉ＰＺｈ〉Ｐｔ，因而构造附加静水压力得造成局部静