有限应变测量的关键原理--摩尔圆

20世纪60年代,在板块理论建立的同时,对变形岩石和矿田构造作定量分析以替代定性分析的有限应变测量方法也建立了起来。定量分析的主要标志是将摩尔圆方法从力学引入到地质学,同时也引入矿田构造分析中,并且得到改进与发展。有限应变摩尔圆为分析岩石大变形而建立,极摩尔圆随后为分析广布于野外岩石中的一般剪切变形而建立。我国著名学者李四光在此之前将应力摩尔圆和库仑准则从力学领域介绍到构造地质学,尔后一些中国学者为改进和发展极摩尔圆方法作出了自己的贡献。本文以浅显的方式解释摩尔圆的基本概念和作图方法,附带做些练习和解答。

富蕴地区阿尔泰造山带有限应变测量和应变恢复

本文采用褶皱等倾线法、砾石三维应变和S-C夹角等应变测量方法,对富蕴地区阿尔泰造山带一个50km的剖面进行了系统的有限应变测算,得出其顺层缩短和剪应变剖面图。测量结果表明,该剖面褶皱压扁的顺层缩短量高达78％,断层处的剪应变(γ)最大可达8左右。三维应变分析和Flinn图解表明该区应变主要为平面应变,断层活动为简单剪切。利用分段积分和正态曲线恢复方法对剖面的缩短和剪切进行应变恢复,结果表明该剖面由原宽为267.2 km的原始剖面经缩短和剪切而形成。

小秦岭楼村地区寒武系鲕粒变形有限应变测量分析及意义

秦岭造山带中洛南-栾川断裂是划分华北板块南缘和北秦岭的重要界线。断裂带北侧楼村地区广泛出露寒武系张夏组鲕粒灰岩,鲕粒变形普遍发育。通过对变形鲕粒进行显微组构研究,在了解该地区岩石宏观变形机制及构造演化期次基础上,分别计算楼村3处测点样品的三轴比率及Flinn参数K,绘制该区岩石应变测量的Flinn图解。结果认为,鲕粒变形以单轴压扁为主(0<K<1),是南北向挤压应力所致,鲕粒发生单轴压扁变形是洛南小秦岭逆冲推覆构造作用的微观响应。岩石变形主要受秦岭主造山期(印支期)小秦岭逆冲推覆构造系自北向南的推覆挤压作用影响。另外,通过野外观察与邻近地区进行对比,表明洛南小秦岭逆冲推覆构造系自北向南变形增强。

岩石有限应变测量R_f/Φ法的一种改进方法

本文提出了利用 Rf/Φ法进行有限应变测量的一种改进方法。在最大主伸长方向未知的情况下 ,利用多元线性回归的方法 ,也可以求出应变椭圆的轴率 Rs等参数。利用本方法 ,对初始为椭圆 (球 )形标志体进行有限应变测量时不需要通过别的方法确定最大主伸长方向 ,不必假定初始椭圆为随机取向 ,因而大大提高了

大兴安岭阿尔山大山多金属矿区控矿断裂有限应变测量与分析

文章通过对大山多金属矿区的主控矿断裂的三维应变测量分析,确定了大山多金属矿区主干控矿断裂其北东段为右行剪切兼逆冲性质的韧性剪切带,带内显微构造变形机制以粒内滑动、位错为主;确定了大山多金属矿区晚侏罗世(主构造期)的应变缩短主轴方位,也间接取得这次运动对应的σ1(最大主应力)、σ2(中间主应力)、σ3(最小主应力)的方位分别为345°∠18°、247°∠9°、150°∠72°。对部分韧性剪切带来说,若在野外能够直接利用面状和线状组构要素确定主应变轴的方向,简易应变测量方法可行。大山地区今后的找矿远景区段是上奥陶统裸河组二段内的的次级剪切断裂是下一步寻找多金属矿的远景区段,次级剪切断裂与近EW向张节理交汇处是重点找矿靶区。矿床类型除了夕卡岩型、隐爆角砾岩型外,应重视剪切带型。

在CorelDRAW平台上进行Fry法有限应变测量的新技术

有限应变测量是韧性变形定量估算的主要手段。Fry法有限应变测量以变形颗粒,如变形砾石、鲕粒、近等轴矿物等为应变标志体,地质实践中较容易获得,是岩石有限应变测量的最普遍手段。其传统测量过程极为繁琐,难以满足大范围应变测量的要求,数据精度也较低,限制了Fry法的应用。前人曾根据Fry法原理设计了计算机程序,但其程序相关编程语言如今已基本不能使用。本研究基于目前地质上较普遍使用的制图软件Corel DRAW平台的VBA编程,设计出一个基于Corel DRAW平台的Fry法应变测量宏程序FRY-1。在新图层上将所有变形颗粒的中心点标出后,运行FRY-1宏程序即可快速得到精确的Fry图解,并计算出相对精确的R值。通过实例与"最邻近心对心法"的测量结果进行的对比,证明该方法简便易操作,并可大幅提高有限应变测量的效率和有效减小误差。

岩石有限应变测量的莫尔圆图解网法

通常进行的应变测量需经过繁杂的数学计算或莫尔圆作图才能获得应变结果。本文介绍了笔者新设计的莫尔圆图解网及其使用方法。它可以快速准确地作出莫尔圆,进而求得应变结果,也可用于求解应力莫尔圆问题。

运用Objective-C实现Fry法有限应变测量

在地质构造研究中,有限应变测量衍生出了长短轴法、Fry法和心对心法等,但最为常用的是Fry法。在传统的Fry法有限应变测量中,其手工制作较为麻烦,点的个数呈指数增长。本文设计了一个程序,通过相关算法和编程,运用Objective-C可以快速的在移动平台上实现Fry图解,并取得了良好的效果,提高了工作效率,突破了时空限制。

贵州雷公山地区过渡性剪切带的显微构造特征及有限应变测量

雷公山地区的过渡性剪切带发育于低级片岩相的绢云母板岩、粉砂质板岩和凝灰质板岩为主的岩石中，原岩位度细小，虽经较强的剪切、挤压作用，产生一定的塑性变形现象，但在微观上并无明显的研磨和动态重结晶现象，只是微细颗粒之间的相对运动．形成定向流动构造，其中一些较大斑晶出现韧性变形，这种保存原岩特征，无明显粒度减小，出现在较窄地带内，具密集劈理和流动构造的岩石，笔者定名为糜棱岩化岩石．并对其岩石进行有限应变测量。

礼岷金矿带挤压域、压影域内斑点的有限应变测量分析及其比较

礼岷金矿带内中川、柏家庄、闾井、教场坝、碌碡坝等 5大花岗岩体从分布上显示了受基底“Χ”型断裂控制的特征。在“X”型剪切力偶作用下 ,使得岩体外围形成不同的构造域 -挤压域和压力影域 ,在压力影域内由于岩体承受了部分应力而使其成为一个相对的低压力区 ,在岩体外接触带中循环流动的矿液 ,从挤压域的高压区自动向压力影域的低压区迁移集中、富集成矿 ,因此 ,这一构造对本区成矿及矿床定位起着极为重要的作用。应变测量分析结果反映了礼岷地区不同构造域内岩石的应变程度 ,也反映了压影域和挤压域之间岩石应变程度的差异性 。

岩石有限应变与造山带构造块体变形要素的估算

提出定量研究造山带的一种简便而实用的方法。利用岩石应变测量方法测量出岩石中变形标志体长轴、中间轴、短轴之间的比值(X∶Y∶Z),计算构造块体的三轴比率;假设变形前后体积不变,可估算出构造块体的原始宽度;若已知构造块体其中一个轴(如Z轴)的长度,便可估算出其它两个轴的长度,近而估算出构造块体变形前后的缩短分量和缩短率、伸展分量和伸展率、垂向伸展量、垂向伸展率、剥蚀量和深部调整量等,从而进一步研究整个造山带的变形要素。

鄂东南铁山梯形石香肠构造基质层中的应变测量与分析

鄂东南铁山是全球第二个梯形石香肠构造的发现点。以该区成层分布、形态相近的梯形石香肠构造为研究对象,利用惯量椭圆法对其基质层进行有限应变测量,获得真应变差、岩层厚度比、运动学涡度分布等。结合梯形石香肠几何形态学、岩石学特征,对所得数据综合分析研究表明:剪切带中垂直剪切方向的厚度比值与其所受真应变差趋于负相关;该梯形石香肠构造是由其上、下相邻基质层厚度差异,基质层中总体上的纯剪切,局部相对集中的简单剪切及相对富集于张裂隙处角岩层中的热液流体等综合作用形成的;发育成层分布且形态相近的梯形石香肠构造所需特征性条件是能干层上、下相邻基质层厚度相差较大,且受总体上持续的平行层面拉伸、垂直层面压缩的纯剪切与局部的简单剪切共同作用。该类石香肠构造是较好的岩石流变学标志。

鄂东南铁山不对称骨节状石香肠构造基质层中的应变测量与分析

鄂东南铁山是亚洲首个发现骨节状石香肠构造的地区。以该区不对称骨节状石香肠构造为研究对象,利用惯量椭圆法对其基质层进行有限应变测量,获得真应变差、运动学涡度等相关参数及有限应变椭圆长轴展布方位的分布图。对所获数据资料研究表明:该不对称骨节状石香肠构造基质层的应变受其能干层控制,有限应变值与其离能干层的距离趋于负相关,且与其矿物颗粒粒径呈负相关,在平行于石香肠构造伸展方向上基质层有限应变分布不均;石香肠体附近与之相近规模的变形构造可使其相应基质中的应变分布紊乱;该不对称骨节状石香肠构造是由早期平行于层面简单剪切叠加晚期平行层面伸长、垂直层面压缩的纯剪切作用形成。与不对称鱼嘴状石香肠构造对比研究表明,两者基质层中简单剪切与纯剪切的分布均分别与其相对增厚与减薄区段对应,而两者形态的不同主要与石香肠体不连续处充填物的能干性不同有关,再次表明两者均是较好的岩石流变学标志。

米仓山南缘基底断裂带上两段有限应变和形成条件

采用有限应变测量方法对上两断裂带变形作了全面而系统的分析 ,在断裂带变形特征、变形条件、变形机制等方面取得了一系列重要的认识 ,提供了大量的定量参数 ,大大深化了前人对该区的认识。

褶皱叠加型石香肠基质层有限应变分析

以湖北铁山褶皱叠加型骨节状石香肠为研究对象,从微观尺度研究基质层的二维应变特点。通过微观应变测量与统计分析,研究褶皱叠加型骨节状石香肠的成因机制。使用Straindesk软件对石香肠基质层进行有限应变测量分析和统计,使用Surfer软件生成运动学涡度等值线分布图、真应变差等值线分布图、岩层厚度比等值线分布图。对所获得数据资料的研究表明,早期的2次纯剪切作用形成骨节状石香肠构造,晚期受到纵弯褶皱作用,由于岩层间力学性质的差异,在香肠构造的基础上叠加褶皱。该褶皱叠加型骨节状石香肠的基质层应变受能干层控制,基质层的应变大小与其距离能干层的远近有负相关趋势。由于骨节缝处脉体的能干性较香肠体更强,因此形成骨节颈。

利用任意三个互不平行的截面进行三维应变计算的一种改进算法

进行有限应变测量是构造地质学的一项重要任务，而如何通过平面二维应变计算三维应变椭球就成为有限应变测量中的一个重要问题．现行的由任意三个互不平行的平面上进行计算三维应变椭球需要首先要进行相容性和误差调整，造成了计算过程的复杂性。本文在前人工作的基础上，利用数学方法，将相容性调整和应变椭球系数的计算合二为一，从而简化三维应变的计算。

北京云蒙山变质核杂岩大水峪韧性剪切带的应变特征及构造意义

北京云蒙山变质核杂岩东南缘的大水峪韧性剪切带是认识云蒙山变质核杂岩构造演化的关键。本文通过变形温度区间估算、有限应变测量以及运动学涡度计算等手段对大水峪韧性剪切带的应变特征进行了系统分析。长石石英温度计与EBSD石英组构分析结果表明剪切带的变形温度区间为480~650℃。剪切带南西段的变形温度自北向南逐渐降低,北东段的变形温度由岩基向断层方向先降低后升高。有限应变测量结果指示剪切带的变形整体经受压扁作用为主,南西段的压扁程度与韧性位移量均大于北东段。运动学涡度的计算结果表明剪切带在形成过程中主要受纯剪切控制。南西段的运动学涡度自北向南逐渐增大,北东段的运动学涡度由岩基向断层方向先减小后增大。据此认为岩浆作用是导致云蒙山变质核杂岩形成的主导因素,大水峪韧性剪切带北东段的拆离过程可能受到了东侧岩体的阻挡。

江西抚州盆地南西段白垩系构造变形特征及其动力学背景

抚州盆地南西段潭丘—戴坊一带出露陆相红色碎屑沉积岩,锆石U-Pb测年限定该套地层的沉积下限为109 Ma,印证了前人将其划归为上白垩统的认识。野外构造观测和显微应变测量表明,上白垩统发育2期挤压构造变形:第一期NNW向挤压以NEE向共轭剪节理和压扁状钙质结核为主要识别特征,岩石应变类型主要为压扁型;第二期NE向挤压作用以发育NW向逆冲剪切破裂为识别标志,小规模切割错断第一期变形构造。结合中新生代中国东部构造演化历史,探讨并提出上述构造变形的动力学背景如下:第一期NNW向挤压可能与古近纪早期印度板块北向运移与欧亚大陆间的碰撞作用有关;第二期NE向挤压事件可能与赣江断裂带右行走滑派生的局部挤压应力场有关,其动力背景可能为古近纪中晚期印度板块对欧亚板块碰撞引发青藏高原物质东向挤出。

基于ArcGIS的Fry法自动实现

Fry法是一种基于应变标志体相对位置的有限应变测量方法,在构造地质研究领域广泛应用。传统的纸上作业方式过程繁琐,耗时漫长;已有的计算程序因编程语言不再使用、可视化程度低或主观性较强也已较少使用。本文基于ArcGIS平台,使用Python语言编制了新的Fry法应变测量程序。在点要素类上人工标记应变标志体的中心点后,运行程序即可快速获得Fry图解;交互输入空心椭圆半长轴、半短轴和旋转角的可能范围、步长后,利用点密度法可计算获得最佳拟合椭圆,并输出对应数据。本文通过2个实例,证明该程序操作简便,结果客观。

运动学涡度的理论与实践

一般剪切作用下，碎斑或顺剪切作用方向向前或逆向旋转向两特征方向或流脊（非旋转方向）靠拢。高应变条件下，二长比大于一特定值的碎斑，当其顺向或逆向旋转至以特征方向为渐近线的双曲线的稳定翼上时，便稳定下来不再旋转。二长比小于该值的碎斑将不断向前旋转。这一特定值位于该双曲线的顶点，相应的临界形态因子（B＊）或／和两特征方向间夹角的余弦定义为运动学涡度（Wk）。Wk是确定一相关韧性变形带纯剪切和简单剪切组分相对大小的重要度量，是根据内旋转（涡度）与线应变速率之间的比值而定的数值度量。就变形带而言，一般剪切带的运动学涡度变化为0～1，纯剪切为零，简单剪切为1。这是一非线性尺度，纯剪切和简单剪切各占50％的运动学涡度为0．71，而不是0．5。运动学涡度可通过计算、图解（双曲线网（PHD）、刚性颗粒网（RGN）法、Passchier图解、wallis图解）、极摩尔圆法和应力或瞬时增量应变方向获得。运动学涡度与有限应变测量相结合很可能是估算一地地壳减薄/伸展量或增厚/缩短量的最佳途径。变形过程中运动学涡度很可能变化，应根据不同时期形成的构造获得相应时期的运动学涡度。