最大有效力矩准则及相关地质构造

摩尔-库伦准则广泛用以说明断裂构造的形成,然而却不能解释自然界广泛分布的大变形。最近提出的岩石变形新理论——最大有效力矩准则,其数学表达式为Meff=0.5(σ1-σ3)L.sin2α.sinα。式中,σ1-σ3代表变形岩石的屈服强度,L为单位长度,α为σ1与变形带间的角度。该准则证明最大有效力矩出现在σ1轴左右54.7°方向,55°±10°区间力矩无显著变化,天然和实验的全部观测值全部位于该区间内。相关地质构造包括:膝褶带、伸展褶劈理、膏盐层中的屈服带、低角正断层、高角逆断层、结晶基底中的菱网状剪切带、地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造和前陆盆地中的拆离褶皱等。据该准则可确定有关构造形成时的应力状态和运动学涡度,并扩展说明深俯冲超高压岩石的折返-出露机制。     

最大有效力矩准则及相关地质构造

摩尔-库伦准则广泛用以说明断裂构造的形成,然而却不能解释自然界广泛分布的大变形。最近提出的岩石变形新理论--最大有效力矩准则,其数学表达式为Meff=0.5(σ1-σ3)L.sin2α.sinα。式中,σ1-σ3代表变形岩石的屈服强度,L为单位长度,α为σ1与变形带间的角度。该准则证明最大有效力矩出现在σ1轴左右54.7°方向,55°±10°区间力矩无显著变化,天然和实验的全部观测值全部位于该区间内。相关地质构造包括:膝褶带、伸展褶劈理、膏盐层中的屈服带、低角正断层、高角逆断层、结晶基底中的菱网状剪切带、地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造和前陆盆地中的拆离褶皱等。据该准则可确定有关构造形成时的应力状态和运动学涡度,并扩展说明深俯冲超高压岩石的折返-出露机制。     

最大有效力矩准则的理论拓展

在分析"导致变形带内先存面理或层理发生转动的最大有效力矩与先存面理或层理方向有关"的基础上, 对最大有效力矩准则(M_eff=0.5(σ₁-σ₃) Lsin2αsinα)进行理论上的拓展, 提出了可以判定任意方向先存面理最大有效力矩的准则——泛最大有效力矩准则(M_G-eff=0.5(σ₁-σ₃)Lsin2αsin(α-θ)), 其中当先存面理与最大主压应力(σ₁)平行时, 则成为最大有效力矩准则。该准则的理论分析表明:①当先存面理与σ₁平行时, 在σ₁左右两侧±54.7°方向出现2个有效力矩的最大值, 形成共轭的变形带, 钝角(109.4°)对着σ₁方向; ②当先存面理与σ₁斜交时, 在σ₁的另一侧出现1个有效力矩的最大值, 从而只出现一个方向的变形带, 并随着先存面理偏离σ₁方向, 变形带与σ₁的夹角逐渐减小(从θ=0°时的54.7°, 减小到θ=90°时的35.3°), 而与先存面理之间的夹角逐渐增大(从θ=0°时的54.7°, 增加到θ=90°时的125.3°); ③当先存面理与σ₁垂直时, 在σ₁左右两侧± 35.3°方向出现2个有效力矩的最大值, 也形成共轭的变形带, 但锐角(70.6°)对着σ₁方向。在主应变平面上变形带与先存面理方向及变形带剪切方向(左旋或右旋)已知的情况下, 可以确定最大主压应力方向。泛最大有效力矩准则克服了最大有效力矩准则与滑移线理论不相容的问题, 可以解释大多膝褶带非共轭发育等多种现象, 预期在韧性变形域中具有广阔的应用前景。      

最大有效力矩准则约束下的广西罗阳山地震、地质与地貌效应

使用重新调查后的1936年灵山6?级地震的烈度资料,结合罗阳山西北麓和南麓的河流地貌与地质构造考察,参考该地区裂变径迹年代学资料,探讨了罗阳山地区的地质力学环境。重新调查后的极震区等烈度区有北北西和北东2个优势方向区域,这2个区域围绕北北西向的泗州断层和北东向的寨圩断层展布。在构造与地貌调查中发现:罗阳山山体有地貌隆升表现,并得到了裂变径迹证据支持;罗阳山西北麓山前冲沟具右旋活动表现;泗州断层内部破裂面的倾向以南西向为优势方向,并具顺时针旋转和高倾角特征。地震分布显示:寨圩断层和泗州断层交汇部位的东南侧有小地震密集展布现象。经分析后认为,以上构造地貌现象是最大有效力矩准则约束下的地震、地质和地貌效应。      

新世纪构造地质学两大支柱理论: 最大有效力矩准则与变位形分解

传统构造地质学用摩尔-库伦准则和贝克尔的应变椭球体理念分别解释地壳中的脆性断层和塑性变形,将变形局部化的韧性剪切带形成解释为平行应变椭球体的圆切面,却无法解释变形局部化的共轭剪切带稳定夹角~110°面对应缩短方向。变形局部化是独立于脆性和塑性变形外的变形领域,受最大有效力矩准则控制。20世纪末提出的变位形分解理念,摆脱连续介质力学的束缚,合理地说明广泛存在的走滑断层平行俯冲带或逆冲断层带。非均匀变形和非连续介质力学理念的建立,为地质学与力学的结合开辟了新的前景。文章试用上述两理念概略分析中国和邻区中新生代构造格局,以期引发讨论。     

不同构造层次岩石变形准则的融合与发展

岩石变形准则对于构造地质学、工程安全等方面均具有重要的理论价值与实践意义。经典的岩石脆性变形(破裂)准则包括屈特加准则(水平直线型包络线)、库伦准则(斜直线型和抛物线型包络线)、格里菲斯准则(抛物线型包络线)等。近年来最大有效力矩准则在野外韧性剪切带观测与理论计算中都得到了广泛应用,逐渐成为岩石韧性变形的重要准则。然而,这些变形准则在应用过程中还存在一些问题,如有些准则在理论上无法解释、彼此不相协调,最大有效力矩准则在摩尔图解中尚无对应的包络线,部分准则边界条件和应用范围不清等。本文针对这些问题,结合野外实际情况和理论分析,取得了如下认识:(1)水平直线型屈特加准则在地质过程中无法实现。(2)提出了最大有效力矩准则的包络线方程为τ=-0.35(σ_n-σ_d),在摩尔图解中为一条反倾斜直线型包络线;进而将脆性变形的格里菲斯准则和库伦准则与韧性变形的最大有效力矩准则统一表述于应力摩尔图解中,使各准则彼此协调和融合。(3)初步明确了各变形准则的适用条件及所对应的构造层次:张性应力存在的构造环境(包括地壳浅表层次、水力压裂等人为张性应力环境),格里菲斯准则比较合适,以张性破裂(θ=～0°)和张剪性破裂(θ=0°～30°)为主;上地壳在一般情况下(3个主应力均为挤压应力),斜直线型库伦准则更为合适,以锐夹角共轭剪破裂(θ=～30°)为主;随着深度的增加,在中地壳,抛物线型库伦准则较合适,以锐夹角脆韧性剪切变形带(θ=30°～45°)为主;进入下地壳及以下,最大有效力矩准则更合适,以钝夹角韧性剪切变形带(θ=～55°)为主。实际地质作用过程中影响岩石变形的因素更为复杂多样,应具体问题具体分析,不能简单地对号入座。     

最大有效力矩准则及其构造地质学意义

摩尔-库伦准则广泛用于解释断裂的形成。然而却不能说明自然界广泛存在的大变形。一新的变形理论——最大有效力矩准则(MEMC),其数学表达式为:Meff=0.5(σ1-σ3)Lsin2αsinα,式中σ1-σ3为相关岩石的屈服强度,L为单位长度,α是最大主压应力轴(σ1)与变形带间的夹角。该准则证明有效力矩的最大值出现在σ1轴两侧54.7°方向上,其大小在55°±10°区间内无显著变化、覆盖全部自然和实验数据。最大有效力矩准则的主要构造意义为:1可用以确定相关变形构造形成时的应力状态;2在涡度与应变速率保持恒定的条件下,确定相关韧性剪切带运动学涡度(…     

基于最大周向应变断裂准则定向射孔水力裂缝扩展研究

利用最大周向应变断裂准则,基于裂纹扩展增量法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果表明,上述裂缝扩展方法能有效模拟水力裂缝扩展过程。在此基础上利用该方法分析了定向射孔水力裂缝初始起裂水压、扩展路径和裂缝"偏转角"受射孔长度与倾角、地应力差、泊松比和注水压力的影响。通过预测裂缝初始起裂水压和扩展路径,可以优化选择合适的射孔参数。减小地应力差有助于降低裂缝起裂水压,同时可以使裂缝在扩展过程中沟通更大的有效储层。泊松比在临界荷载条件下对裂缝起裂特性产生显著影响,但是在高水压条件下对裂缝扩展路径无明显影响。敏感性分析表明,射孔倾角是影响压裂效果的关键性因素。对上述多因素的影响分析可以为定向射孔水力压裂设计与施工提供重要的参考依据。     

神秘的109.4°——共轭变形带的夹角

塑性力学的滑移线理论、Watterson零伸长度理论和最大有效力矩准则均获得共轭变形带的夹角为109.4°。该值与黄金规则相容,然而,滑移线理论的预测值面对伸长方向,与实际不符。零伸长度理论所预测的109.4°,不能解释实际观察到的平面共轭剪切带。根据最大有效力矩准则理论,预测韧性变形域共轭变形带面对主压应力方向或瞬时最小伸长度方向的夹角为109.4°。迄今获得的全部野外观测值和岩石力学实验结果均位于该预测值的±20°范围内,证明最大有效力矩准则的有效性。最大有效力矩准则可解释或求解:1)折劈理的形成,2)大型低角度正断层和高角度逆冲断层的形成,3)地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造,4)变质结晶基底的基本构造型式——菱网状韧性剪切带,5)拆离褶皱的形成,6)古主应力和相关的运动学涡度。     

神秘的109.4°——共轭变形带的夹角

塑性力学的滑移线理论、Watterson零伸长度理论和最大有效力矩准则均获得共轭变形带的夹角为109.4°.该值与黄金规则相容,然而,滑移线理论的预测值面对伸长方向,与实际不符.零伸长度理论所预测的109.4°,不能解释实际观察到的平面共轭剪切带.根据最大有效力矩准则理论,预测韧性变形域共轭变形带面对主压应力方向或瞬时最小伸长度方向的夹角为109.4°.迄今获得的全部野外观测值和岩石力学实验结果均位于该预测值的±20°范围内,证明最大有效力矩准则的有效性.最大有效力矩准则可解释或求解:1)折劈理的形成,2)大型低角度正断层和高角度逆冲断层的形成,3)地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造,4)变质结晶基底的基本构造型式--菱网状韧性剪切带,5)拆离褶皱的形成,6)古主应力和相关的运动学涡度.     

土工织物防护工程反滤准则试验研究

土工合成材料的出现,为岩土工程施工技术带来了重要的影响。但将土工合成材料应用在堤岸防护工程中所出现的一些问题还有进行深入科学研究的必要。尤其是保土性准则一直是研究的热点问题。本文结合较大孔径织造布在堤岸防护工程中多年应用实践,通过室内反滤试验,野外淘刷试验及工程应用实例分析研究,提出了O90（210）d90防护工程中织造布保土性设计新准则,突破了目前普遍采用的O90（12）d90设计指标。     

内蒙古固阳西部地区太古宙变质杂岩中膝折带及其与金矿关系

内蒙古固阳西部地区“东五分子群”“花岗岩—绿岩地体”在晚太古宙—早元古宙阶段,发生了四期变形。膝折作用属于第四期变形。区内的膝折作用主要发育在叶理化的岩石和糜棱岩中。它的类型有单斜膝折和共轭膝折。单斜膝折和不对称共轭膝折的形成是由于最大压缩应力方向斜交层(或叶理),夹角呈30°左右;对称共轭膝折的形成是由于最大压缩应力方向平行于层(或叶理)。膝折作用发生在早元古宙时期绿片岩相的变质环境中。本区金的矿化、运移、沉淀与韧性剪切带的活动(第二期变形)有密切关系。膝折作用与韧性剪切带叠加的构造部位,是寻找金矿的有利位置。     

冀东青龙河太古宙花岗岩绿岩带地质特征

青龙河花岗岩 绿岩带形成于新太古代晚期 ,形成环境为古岛弧环境 ,绿岩地体由双山子群、朱杖子群组成。区内褶皱构造、韧性剪切变形带及脆性断裂带十分发育。绿岩地体的形成时间为 2 6 50～ 2 750Ma。花岗质岩石即“TTG”岩系安子岭片麻岩套 ,由四个深成侵入体组成 ,其中柳各庄片麻岩单元直接侵入双山子群鲁杖子组。柳各庄片麻岩多件锆石U Pb一致线年龄数据在 2 510～ 2 550Ma之间。     

弱径流条件下陷落柱柱体活化导水的机理及判据

陷落柱突水事故在我国煤矿时有发生,但其导水机理至今仍不十分明确。为分析在弱径流条件下陷落柱柱体活化导水的机理,可用弹性理论求出在自身重力、周边地应力和地下水压力作用下的陷落柱柱体内的应力分布。根据这些应力分析,分别采用Griffith理论、极限平衡理论和库仑准则,可以推导出柱体的关键层和非关键层的活化导水的判据,并据此判据分析了影响陷落柱柱体破坏导水的有关因素。      

辽宁省地质灾害气象预报预警工作实践

辽宁省地质灾害频发,经济损失严重,平均每年由地质灾害造成的直接经济损失数以千万。为推动地质灾害防治工作,采用地貌分析-临界降雨量模板判据法开展了汛期地质灾害气象预报预警工作。     

对天山山前地下水库开发利用的认识

针对天山山前三工河流域不同水文地质单元区的地下水动态分析人手,对流域大力开发山前地下水库,造成其水位持续下降对潜水溢出带环境的改变和水位最终保持稳定的现象进行探讨分析,结合流域生态环境趋于良性发展的现实,从保护流域生态环境和社会发展的角度出发,提出开发三工河流域山前地下水库必须保持潜水溢出带有相对较高的稳定水位,山前地下水库中心控制开采水位在数值上应不低于潜水溢出带处的地面高程。三工河流域40多年开发利用地下水的模式对流域社会经济发展和环境的贡献,可为相似于三工河流域的地区开发利用地下水资源提供借鉴和经验。     

甘肃龙首山超基性岩带含矿岩体主造岩矿物化学特征研究

对甘肃龙首山超基性岩带含矿岩体的主造岩矿物———橄榄石、辉石,进行了矿物化学特征分析 ;比较了金川岩体与外围岩体在矿物化学特征方面的异同。通过研究 ,龙首山超基性岩带的岩体中 ,五号异常岩体与金川岩体极为相似 ,有望在深部寻找到金川式铜镍硫化物矿床     

雅鲁藏布江缝合带内韧性剪切带的地质特征及其意义

阐述了雅鲁藏布江缝合带内发现的巨型韧性剪切带的规模、构造分带性及其地质特征,指出了膝折构造带与低温高压变质带以及韧性剪切带的成因关系,阐明了缝合带内韧性剪切带在板块俯冲时的空间位置及其构造地质意义。     

塔里木盆地西部喀什地区的新生代冲断构造

利用新近获得的地球物理资料并结合前人的研究成果研究了塔里木盆地西部喀什地区的冲断构造特征.天山南缘冲断带西段(巴什布拉克构造带)以倾伏的短轴背斜为特征,东段(乌恰-阿图什-喀什构造带)以3排枢纽近平行的线性背斜为特征.西昆仑北缘冲断带中褶皱相对不太发育,西北段(肖尔布拉克构造带)的前锋不是原来普遍认为的乌帕尔断层,而是其北部隐没在克孜勒苏河之下的一条无名逆冲断层.在乌恰以西,由于南天山与西昆仑相距较近,肖尔布拉克构造带的前锋与巴什布拉克构造带的前锋相互交切改造,不显示明显的早晚关系;在乌恰以东,南、北两条冲断带基本被喀什深洼陷阻隔.两个冲断带都在上新世中-晚期成型,第四纪以来仍受到强烈改造.西昆仑北缘冲断带主要以无序的方式扩展,天山南缘冲断带则主要以后展的方式扩展.冲断带的前锋断层主要是盲冲断层,这使得冲断带内,特别是南天山南缘冲断带内的背斜圈闭得以比较好地保存下来,对油气勘探具有重要意义.