初论构造应力-应变系统的复杂性

地球内部构造应力主要集中于岩石圈上层。通过岩石变形的微观机制与宏观表现的研究 ,可以看出 :构造应力应变作用绝不仅仅是一种简单的、线性的力学过程 ,而是多圈层相互作用、受多种物理和化学因素控制的、非线性作用过程。地球构造应力场在不可逆演化过程中是一种具有某种阵发式变化的复杂系统。     

利用地震波研究地壳内部应力状态的方法(综述)

地壳中的构造现象和地震的发生均为地壳内部应力作用的结果。研究地壳内部的应力场应力场状态、应力场随时间和空间的分布变化规律,以及地震在什么样的应力状态下发生是解决地震预报问题的关键问题。而了解地壳表层应力的形成和分布规律,应力的大小和变化特征,对于解决地质工程问题具有很重要的意义。目前研究地球内部应力及应力场的方法主要有以下四大类。 (1) 实地直接测定钻孔中的应力状态。 (2) 利用地球物理观测获得的地震学、重力学及地热学资料推断地球内部的应力状态。 (3) 利用地质学方法,推断产生现代构造运动的应力场。 (4) 在实验室研究地壳内部岩石的脆破裂,高温高压下物质的流动规律,岩组测压技     

通过构造岩鉴别岩石动态重结晶的机制

岩石如书,包含着丰富的地球演化信息。通过破解这本天书,地质学家得以了解发生在地球内部的地质过程。构造岩中的显微构造是“写在岩石中的变形过程”。通过显微构造观察,可以了解岩石矿物的变形机理。以天山造山带内发育的糜棱岩为具体实例,介绍了中、下地壳层次变形岩石动态重结晶的机理及形成的相关显微构造的特点。由于构造岩均是经历过重结晶作用的产物,显微观察只能揭示变形矿物重结晶的机制。在中、下地壳层次,矿物动态重结晶的主要机理分为3种（从低温到高温）：膨胀鼓出(BLG,又称膨凸)、亚晶粒旋转(SGR)和高温颗粒边界迁移(GBM)。这3种方式形成各具特色的显微构造：BLG形成近等粒交叉舌状构造;SGR产生定向排列的拉长新颗粒条带;而GBM造成典型的具不规则状颗粒边界、大小悬殊的新颗粒组合、颗粒内部波状消光不明显的显微构造。除了温度条件外,应变速率对动态重结晶机制也有明显的影响。在显微构造观察过程中,详细、全面应该是最重要的原则。     

关注三维交切构造——出露地表的大陆岩石圈构造解耦面

大陆内部弥散性的变形表明经典板块构造理论未能阐述大陆构造.矿物变形的实验室研究结果、岩石流变学性质随深度改变和地震测深剖面资料都提示大陆岩石圈具有三明治式的强度包络面.任纪舜、张国伟和钟大赉分别把岩石圈不同深度层次的三维交切构造称为立交桥式构造或多向层架构造.它们的出现提示岩石圈发生了构造解耦,新的变形体制在拆离面以上发展起来.前苏联地质学家把它称为岩石圈的构造成层作用.本文列举了喜马拉雅东、西构造结和秦岭造山带可能出露于地表的三维交切构造实例,呼吁重视这类代表大陆岩石圈不同深度层次的构造堆叠体,并把它作为揭示岩石圈构造变形的最佳切入点.     

构造地球化学的回顾与展望

较早的构造地球化学研究思想是“经受着变形的岩石可以发生化学变化”( Sorby,1863).经过长期、广泛和深入研究,相继提出了应力矿物、构造变质、构造动力成岩成矿、改造成矿、构造相和构造地球化学等概念和认识,揭示了构造作用在控制岩石形成和变形过程中还影响其中地球化学元素的分布、分异和成矿等,推动了大地构造、区域地质、...     

岩石圈的流变性与大陆动力学的科学基础

地球是一动态系统,其各层圈的构造运动归根究底就是多矿物复合岩石及其中各主要造岩矿物在变化的物理条件(例如,温度、围压、差应力、应变速率、应变方式等)下和化学环境(例如,氧逸度和水含量)中的形变。岩石流变学是一门研究岩石力学性质和变形行为的科学,现已成为定量大陆动力学和构造地质学发展的一个瓶颈,超越这个瓶颈,学科才能大踏步前进。本文对过去四十年来岩石流变学的实验和韧性变形域内古应力研究成果做了简明扼要的总结,特别关注尚存的问题与急需克服的困难。强调运用现代材料学、地球物理学和地球化学的新理论和新方法,改进与完善高温高压实验设备,提高其力学测量的灵敏度和准确度。而且必须采用大应变的实验途径解决稳态蠕变与稳态显微构造的问题,保证实验所获流动律外延至自然界的合理性与稳定性。鼓励那些有坚实积累、开阔视野和科学思维的青年学者,开拓进取,在岩石圈流变学与大陆动力学领域做出经得起时间淘洗、实践检验的原创性成果来。     

“构造地质学”发展方向的一些思考

构造地质学是地质学的核心基础学科,其发展方向是目前构造地质学家面临的挑战之一。本文从构造作用的本质出发,试图对构造地质学的发展方向进行思考。构造作用本质上是岩石和矿物对应力作用的响应,包括物理响应和化学响应,进而用数学方法进行表达:(1)物理响应主要表现为变形,包括脆性变形和韧性变形。岩石的力学性能决定了其变形特征。岩石圈力学性能在时间和空间上的不均一性一直是研究岩石圈变形行为的巨大挑战。需要结合野外观测、岩石力学和流变学研究,并借助多尺度模拟方法来建立不同时间尺度和空间尺度下岩石的变形行为和变形准则。(2)化学响应主要指构造应力作用下岩石和矿物发生化学变化的过程,即应力化学作用。变形变质作用、剪切带成矿作用、剪切带石墨化、应力生气和生烃等方面都可能存在应力化学过程,但其详细过程和反应机理还需要进一步探究。(3)运用数值模拟、量子计算对以上这些构造过程进行数学表达,也是构造地质学未来发展值得关注的方向。总之,构造地质学未来的发展方向应是与物理学、化学乃至数学等基础学科的深度融合。     

变形岩石的应变分析

地壳中的岩石受力作用后,可以发生整体移动或转动,或两者兼有,而岩石内部可不发生任何变化.如果岩石受力后,内部质点出现相对位移,就产生岩石的变形.变形程度的大小叫应变.分析变形岩石应变的大小和特点,有助于了解应力作用的情况,为应力分析提供可靠的依据;通过应变分析还可以确定岩石的变形机制.因此,应变分析是构造地质学的重要组成部分. 最早从事岩石应变分析的是豪顿(1856).他将未变形的腕足类化石和已变形的同类化石加以比较,从而计算出变形化石的主应变轴率的大小.豪顿假设变形是均匀的,而且有两个主应变轴是位于劈理面上.魏特斯坦(1886)曾根据第三纪板岩中的变形鱼化石计算岩石的主应变轴     

磁化率、岩组与应变:回顾

0 序言本文提示构造地质学家注意磁组构的价值,但也指出了磁组构解释中的某些局限性。这里也指出了地球物理研究中并不总是很重要的某些岩石变形的相对复杂性方面。岩石,尤其是构造变形岩石,其形体变化与其运动历史的某些方面可以由颗粒和矿物组构推演出来,这些工作不仅费时繁索,而且需要某些特定的构造或结构存在。相较之下,磁化率的异向性却可以利用多种具一定形态的样品(一般l(长)=0.82×d(直径)的岩心块)迅速地确定。其最吸引人的特点在于它综合了岩石所有组分的磁效应,并给出一组总平均组构。继而出现了它与岩石组构的关系问题,因为大多数可以磁化的     

关注三维交切构造——出露地表的大陆岩石圈构造解耦面

大陆内部弥散性的变形表明经典板块构造理论未能阐述大陆构造。矿物变形的实验室研究结果、岩石流变学性质随深度改变和地震测深剖面资料都提示大陆岩石圈具有三明治式的强度包络面。任纪舜、张国伟和钟大赉分别把岩石圈不同深度层次的三维交切构造称为立交桥式构造或多向层架构造。它们的出现提示岩石圈发生了构造解耦,新的变形体制在拆离面以上发展起来。前苏联地质学家把它称为岩石圈的构造成层作用。本文列举了喜马拉雅东、西构造结和秦岭造山带可能出露于地表的三维交切构造实例,呼吁重视这类代表大陆岩石圈不同深度层次的构造堆叠体,并把它作为揭示岩石圈构造变形的最佳切入点。     

透射电子显微术在显微构造研究中的应用

一、现状和进展自七十年代以来,由于蓬勃发展的物理冶金学和材料科学引进到构造地质学,位错理论以及位错观察技术的突破性的进展,透射电子显微镜和高温高压岩石变形实验技术的应用,给显微构造研究带来了新的活力,使显微构造与组构的研究从微观到超微观,从定性到定量,从单一的优选方位研究向各种类型的组构形迹(包括位错组态)的研究发展.特别引人注目的是,显微构造的研究不仅用来揭示变形岩石的形成环境,变形机制,而且还通过变形参数的测量,定量估算古应力的大小.就目前发展趋势来看,这种测定古应力的方法具有很大的理论意义和实践意义,已经引起国内外地质学家们的高度重视.此外,当前地质学中的物理冶金学方法的研究方向,也逐渐引起人们的兴趣和重视.因此,我们可以这样说:显微构造与组构的研究无论在深度和广度上都在迅速发展,预示不久的将来会有一次质的飞跃.     

金山金矿构造控矿特征及其模拟实验

在前人工作的基础上,研究金山金矿构造控制产出部位,控制金山金矿蚀变糜棱岩金矿和石英脉金矿体及矿石类型,控制金山金矿微量元素、稀土元素、同位素及流体包裹体等地球化学特征;运用中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室中的构造地球化学(构造成矿)高温高压实验条件进行构造控矿模拟实验,模拟高温高压条件下,岩石、矿石的变形实验,构造控制成矿物质活化、迁移聚集以及构造控制金山金矿载金矿物成矿元素变化的模拟实验和多期多次构造应力作用下成矿物质活化、迁移模拟实验。实验结果表明:构造活动的热动力作用下,不仅使岩石、矿石产生韧性剪切变形和脆性变形,并可看出韧性变形在前,脆性变形在后,并叠加在韧性变形之上,构造作用能使成矿物质活化、迁移并聚集在襁皱虚脱部位,层间破碎带及裂隙交汇部位;多期多次构造应力实验不仅使变形、破裂加剧,并使成矿物质叠加富集。实验结果与金山金矿成矿十分近似,这不仅为研究金山金矿成矿和分布规律提供实验资料和依据,也为矿区进一步找矿提供有益信息。     

中国庐山第四纪沉积砾石的显微构造系统及地质环境动力学分析

经过多年的区域地质调查和第四纪环境演变的分析, 对庐山芦林盆地大校场谷口剖面松散沉积物中变形砾石进行岩石显微构造学的研究。发现变形砾石内部存在特殊的微裂隙组构, 呈现出错裂-横裂-劈裂-爆裂-复裂-应力矿物等的复杂组合, 其结构面特征反映出显微构造形迹的力学性质是互为转变的。通过物理模型分析和试验变形比对等综合材料证明, 变形砾石是遭受了既密集、又分散、还具有同时发生作用的长时期的多边界外力条件及平衡力系, 内部形成破裂其应力传递过程和性质改变与变形形迹转变及其做功连续扩展, 是由低于疲劳极限的具有脉动性作用微弱应力造成的。地球陆表过程和地质环境要素及其动力学机制的研究认为, 只有第四纪晚期地质事件的低温、低应力及其分散密集的多颗粒平衡力系的缓慢长期及间歇脉动作用的边界条件才能满足、符合及形成这种特殊的岩石变形构造, 为中国东部山地可能遭受第四纪冰冻环境及冰川作用提供了新的科学证据。     

变形岩石显微构造研究的一些进展

本文概述了近年来变形岩石显微构造研究的成果.文中介绍了TulliS等人对大理岩、灰岩及石英岩所作的简单剪切变形实验及Simpson等对剪切带中天然变形岩石显微构造演化的观察结果,概括了韧性变形中动态重结晶的三种主要形式.文中还介绍了应用显微构造判别剪切指向、推断变形岩石的应变方式、应变大小、应变路径以及估计变形条件等的准则及方法.     

关注三维交切构造--出露地表的大陆岩石圈构造解耦面

大陆内部弥散性的变形表明经典板块构造理论未能阐述大陆构造。矿物变形的实验室研究结果、岩石流变学性质随深度改变和地震测深剖面资料都提示大陆岩石圈具有三明治式的强度包络面。任纪舜、张国伟和钟大赉分别把岩石圈不同深度层次的三维交切构造称为立交桥式构造或多向层架构造。它们的出现提示岩石圈发生了构造解耦，新的变形体制在拆离面以上发展起来。前苏联地质学家把它称为岩石圈的构造成层作用。本文列举了喜马拉雅东、西构造结和秦岭造山带可能出露于地表的三维交切构造实例，呼吁重视这类代表大陆岩石圈不同深度层次的构造堆叠体，并把它作为揭示岩石圈构造变形的最佳切入点。     

北京西山流动变形碳酸盐岩的微构造分析

本文提供一个可以与岩石力学变形试验相比较的碳酸盐岩天然流变实例。根据对变形岩石的构造微貌、应变特征、微构造相的系统分析,得出以下主要结论:（1）流动变形期的环境参数分别是:温度为250°～450℃C;压力为200—400MPa;差异应力为60—90MPa;在剪切带内可达110MPa;低应变速率(10^-13量级);（2）流变碳酸盐岩的典型组构是小圆环带的单斜对称型式。在剪切带内,可以无优选方位。岩石经受平面应变,略偏向拉伸应变,主压扁面与新生构造面理近于平行;（3）在中低温—中压,低应变速率的变形环境中,扩散作用是碳酸盐岩变形的重要机制之一。在强剪切带内,岩石进入第三蠕变阶段;（4）在褶叠层内部,应力、应变强度及应变速率的差异表明,分层差异剪切流动作为褶叠层的一种成因模型是可信的。     

基于深部地球物理信息的构造变形岩相分类研究

“构造变形岩相”填图方法的创立和应用为老矿区深部及外围的找矿工作指明了方向,在实践中取得了显著的效果,需要大力推广和深入研究。对于构造变形岩相带的深部结构认识,需要依靠地球物理信息的解译。与地球物理场性质相类似,构造变形岩相带也是一个现存的地质体;物探工作目的是要探测和揭示构造变形岩相带的埋深、轮廓、内部结构构造等特征,为确定其形成时间和演化过程提供依据。由于地质与地球物理的复杂时空关系,如果仅以新鲜岩石标本物性参数的差异作为判别标志,难以提高地球物理方法的分辨率和有效性。结合构造变形岩相进行综合解译,更能提高解释推断成果的多学科融合性。作为终极勘探目标,需要紧密结合构造控矿级序,建立构造变形岩相带的三级分类标准,提取对应的地球物理信息:一级构造变形岩相带为目标物所处的构造单元及构造应力场,及其所对应的区域地球物理场特征,如隆凹构造相间的伸展构造域;二级构造变形岩相带为目标物所处的控矿构造体系,及其所对应的矿田地球物理场特征,如岩浆核杂岩隆起-拆离构造系统;三级构造变形岩相带为目标物所在的有利成矿构造部位,及其所对应于关键剖面的地球物理特征,如侵入岩体与围岩的接触带或者含矿断裂带等。选择国际流行的典型金属矿床类型,介绍了三级构造变形岩相带的地球物理组合信息特征及其分级利用操作流程,为有效应用地球物理勘探方法开展深部找矿预测提供了范例。     

构造应力对裂缝形成与流体流动的影响

裂缝是低渗透储层流体流动的主要通道,控制了低渗透油气藏的渗流系统。低渗透储层裂缝的形成与流体密切相关,高流体压力引起岩石内部的有效正应力下降,导致岩石剪切破裂强度下降,使岩石容易产生裂缝。高孔隙流体压力还造成某一点的应力摩尔圆向左移动,可以使其最小主应力(σ3)由压应力状态变成拉张应力状态,从而在岩石中形成拉张裂缝。裂缝的渗透性受现今应力场的影响,通常与现今应力场最大主压应力近平行分布的裂缝呈拉张状态,连通性好,开度大,渗透率高,是主渗透裂缝方向。构造应力对沉积盆地流体流动的影响主要表现在三个方面:(1)构造应力导致的岩石变形,不仅提供了流体流动的通道,而且还改变了岩石的渗透性能;(2)在构造强烈活动时期,构造应力的快速变化是流体流动的重要驱动力;(3)岩石中应力状态影响多孔介质的有效应力,从而影响介质中的渗流场。当作用在含流体介质上的构造应力发生改变时,岩石孔隙体积变小,构造应力首先由岩石的骨架来承担;当岩石孔隙体积减小到一定程度时,构造应力由孔隙流体来承担,从而影响岩层渗流场的变化。     

330硅质断裂带变形特征及其与铀成矿作用的关系

本文从应力矿物、岩石组构、古应力估算及构造地球化学等方面对330产铀硅质断裂带的形成环境、发展演化及变形机制作了初步分析,并讨论了它们与铀成矿作用的关系。通过构造岩及石英、云母的微观研究,认为本断裂带经历了韧性—脆性—脆韧性—脆性的交替变换变形过程。韧性变形具有波状消光、变形纹、流动构造、B+S构造岩等显微构造和组构特征。据重结晶晶粒粒径测定,其差异应力平均值为0.5干巴。脆性变形与韧性变形明显不同,表现出破裂构造和角砾岩类发育,可见吕对尔线和石英沙钟构造以及S构造岩或均质组构等特点。早期韧性变形阶段形成的糜棱岩是一种富硅岩石,硅除主要来自后来的热液外,也来自原岩的动力分异和动热变质作用。韧性变形阶段之后接着是脆性变形阶段,岩石产生破裂构造,充填了早期脉体。成矿作用主要发生在形成碎裂糜棱岩的脆韧性变形阶段,此时的含矿断裂带是一个半开放系统,成矿的地质环境是:温度200—300℃,差异应力0.5干巴,区域差应力0.5干巴,深度1—2公里,基本上属低温浅成环境。     

高温高压岩石变形实验的发展及其在构造地质学中的意义

在50多年以前,构造地质学还几乎停留在定性描述的水平上。地质学家关于岩石变形机制,岩石的破裂机制,岩石的流动变形特点以及岩石强度等方面的知识还掌握得甚少。其原因就是岩石变形实验没有开展起来。野外地质观察不能提供关于岩石的基本物理性质的资料。而这些资料又是我们认识褶皱、断裂机制、了解矿山爆破及地震机制等所必需的。这些资料只有在一定条件下的实验中才能获得。因此,岩石变形实验的开展是研究地质构造、地壳运动的需要。实验岩石变形研究大大推动了对地壳岩石的变形性质和运动机制的认识。