基性岩流变的复杂性与成分对岩石流变影响的实验研究

在采用天然基性岩样品进行的流变实验中,存在因实验温度低而样品处于半脆性变形域与因实验温度高而样品颗粒边界出现熔体的矛盾。文献中给出的流变参数中,应力指数n的可靠性高,具有良好的重复性,激活能Q在一定范围内具有重复性,而系数A重复性差。采用6种样品进行流变实验。结果表明,矿物成分对岩石流变的影响比根据端员组分确定的双组分和多组分岩石流变物理模型要复杂得多。由斜长石、单斜辉石和角闪石组成的样品中,当斜长石和单斜辉石含量接近,而角闪石含量低于10%,斜长石和单斜辉石控制了岩石的流变;如果样品中有超过10%的角闪石参与流变,角闪石在变形中所起作用非常显著。由斜长石、石英和角闪石组成的样品,当石英含量小于10%而斜长石和角闪石含量接近时,斜长石和角闪石控制了岩石的流变;当斜长石含量达到70%时,样品变形更接近长石特性;如果石英含量超过20%时,石英在变形中起到主要作用。选择与基性麻粒岩中主要矿物成分接近的天然辉长岩(辉绿岩),或者从天然基性麻粒岩中挑选出主要矿物,通过热压合成人工样品,进行高温流变实验是研究基性麻粒岩流变的最有效途径。     

水热条件下含橄榄石大洋玄武岩的摩擦特性实验研究

玄武岩作为大洋地壳上的主要成分,研究其摩擦特性是更好地探究逆冲板块边界上大地震等力学行为机理的基础.为了研究少量橄榄石矿物是否会影响玄武岩的摩擦特性,本研究选用了国际大洋钻探计划(IODP)349航次获取的玄武岩样品,其中含有少量的橄榄石矿物.本次研究的实验温度范围为100～600℃,施加的有效正压力和孔隙水压分别为150 MPa和100 MPa.实验中玄武岩样品在300～400℃的温度条件下表现出不稳定的准静态震荡现象,并且在高温条件下(T>400℃)其剪切强度表现出显著的位移弱化现象,即摩擦系数随着剪切位移的进行而持续减小.在3 mm的剪切位移范围内,摩擦系数的变化范围为0.7～0.55.通过初步的微观剪切变形研究,我们推测橄榄石在摩擦实验过程中对一种弱矿物的生成可能起到了催化作用,但生成的弱矿物含量不足以显著地弱化断层泥的摩擦强度.同时微观构造分析也发现,随着温度的升高,断层泥的剪切构造由局部剪切向整体弥散性剪切变形转变,同时伴随着孔隙度的显著降低,因此我们认为剪切强度的位移弱化现象与流体参与下的颗粒间的压溶过程的逐步增强有关.     

辉长岩摩擦实验中断层泥的剪切组构及成因

模拟断层泥的摩擦实验对地震的成核及断层带变形组构的研究具有重要意义。文中对辉长岩摩擦实验中的断层泥变形组构及形成机理进行了研究 ,以期从实验室角度来理解地壳深部断层活动的性质和特点。断层泥剪切组构中的边界剪切带 ,R1,Y剪切面比较发育 ,T裂隙次之 ;R2 ,P ,X剪切面不发育。R1面与边界面的夹角较小 ,平均在 1 1°左右 ,为单剪变形过程中达到破裂极限状态时形成的 1组库仑破裂面。分析表明R1面密度随正应力的增加而明显增高。而在相同的正应力下 ,随温度的增高 ,R1面的密度也有增加的趋势。当温度高于 5 0 0℃时 ,断层带内的斜长石出现塑性变形特征 ,R1剪切面与矿物的压性面理组成典型的S -C组构     

大陆岩石圈流变研究进展与高温高压流变实验现状

大陆岩石圈类似于“三明治”的多层流变结构已经被广泛接受,并用于大陆动力学研究的各方面．然而近年来地震资料和高温高压流变实验结果表明,大陆岩石圈流变可能不是单一模式,流变结构具有多样性,而下地壳流变特性是其中最复杂的层次,这不仅受下地壳成分和结构本身的非均匀控制,而且与其含水程度相关．高温高压流变实验已经积累了大量的数据,但基性岩流变实验目前仍然处于数据积累阶段,缺乏系统性,特别是缺少含水基性岩的流变实验结果,因此,加强干的和含水的基性岩流变实验研究是深入认识下地壳岩石流变必不可少的手段和方法之一．     

岩石摩擦弱化及失稳序列的数值模拟

通过基于“瞬间闭锁”假定的多滑块-弹簧模型对摩擦滑动进行模拟,讨论了强度分布不均匀性及系统刚度构成对整个系统稳定性的影响.通过图示平均剪应力和平均位移的关系,对断层模型随错动的演化作了清晰的描述.结果表明:(1)均匀的滑动面及外部系统刚度较小的情况(这相当于高压条件下形成的光滑剪切破裂面的情况)易于发生粘-滑振荡.(2)随着错动次数的不断增加,错动的空间分布向不均匀方向发展,从而使平均应力降减小,系统整体趋向稳定,即断层活动历史越长越趋向稳定.(3)由于导入了具有负刚度效果的力和位移组合控制,通常加载方式条件下只能产生不稳定的过程可以转变为一个平均效果上的准静态弱化过程,类似于滑动弱化过程.     

断层滑动速率变化对滑动稳定性的影响

在与主压应力方向斜交的断层上,正应力与剪应力之间存在线性相关关系,以此为基础导出了小扰动条件下决定稳定性的临界刚度与滑动速率的关系。由于这一关系具有临界刚度随滑动速率增加而减小的特点,因此速率增加可能导致周期性粘滑向稳定滑动转化,而速率减小可能使本来稳定的滑动转化为周期性粘滑过程。在这种斜交断层中,速率增加虽然可能抑制周期性粘滑,但是稳滑时超过一定限度的速率增加会导致一次性不稳定滑动。三轴摩擦实验提供了关于粘滑与稳滑可相互转化的支持证据     

地壳主要岩石流变参数及华北地壳流变性质研究

岩石流变参数和变形机制是根据断层摩擦和岩石幂次流动本构关系建立岩石圈强度剖面的基础。近 30年来 ,高温高压实验取得了很大进展 ,获得了大量地壳矿物和岩石流变资料。本文系统总结了这些流变实验资料 ,并应用流变数据结合地震震源深度分布 ,对华北地壳流变性质进行了研究。结果表明 ,以花岗岩和低级变质岩为代表的上地壳为脆性破裂 ,其强度受断层摩擦约束 ,以长英质片麻岩为主的中地壳和以中性麻粒岩为主的下地壳上层处于塑性流变状态 ,由干的基性麻粒岩组成的下地壳下层处于脆性向塑性流变的过渡状态。华北地壳的这种物质组成和流变为地壳不同层次的解耦和强震孕育提供了力学条件 ,也构成了不同尺度块体的底边界     

高温高压条件下辉长岩的摩擦强度和滑动稳定性

过去的变形实验表明,花岗质岩石变形的主要控制因素是高温下易于变形的石英.然而随着深度的增加,石英含量逐步减少到对变形来说无足轻重的地位,岩性则从中地壳下部的中性向下地壳的基性过渡.在摩擦本构参数研究中,以往的研究主要将注意力放在了中上地壳典型的花岗质岩石上(Lockner等,1986;Blanpied等,1995),而对于其下部的中性岩和基性岩则涉及甚少.在早期,Stesky等(1974)对Marcos gabbro进行了初步研究,但是当时未涉及速度依赖性问题,因此,其结果不能用于滑动的稳定性分析.     

用高温高压岩石蠕变实验解释岩石圈流变时存在的若干问题的讨论

由于实验条件和实际地质条件的差别,在实验温压条件下得出的变形机制。流动律和微观组构不等同于岩石圈相同温压条件下的变形机制、流动律和微观组构。因此,用高温高压蠕变实验结果直接外推解释岩石圈流变时存在若干问题。只有把实验条件、变形机制、微观组构作为一个有机的整体。去理解和认识岩石圈流变特性,才不至于产生太大的偏差。     

粗粒料大型三轴试验的尺寸效应研究

采用大型三轴仪,对双江口高土石坝的砂岩过渡料进行试验研究。通过对不同试样直径D和不同最大粒径dmax的过渡料进行等?3应力路径试验,分析了D、dmax对应力-应变-强度特性的影响,研究了室内试验存在的尺寸效应。结果表明,对同一种级配试样,破坏主应力差、内摩擦角和初始切线模量随试样直径的减小而增大;在低围压下破坏主应力差和内摩擦角的增大趋势明显,但随围压增大,增大幅度减小;对同样的试样直径,最大粒径增大,破坏主应力差和内摩擦角增大,同样这种增大趋势在低围压下明显。