第一章緒論思考問題

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顯微構造定義、研究內容

2怎樣進行顯微構造研究1第一章緒論1第二章巖石變形及影響因素一、巖石礦物變形的基本概念1.彈性變形與塑性變形彈性變形巖石在外力作用下發生變形，當外力取消后，便又恢復到變形前的狀態。巖石的這種力學性質稱為彈性，這種變形稱彈性變形。這時應力與應變成正比，符合虎克定律：

σ=Eε式中σ為應力，E為彈性模量（楊氏模量），它的物理意義是代表拉、壓時，材料對彈性變形的抵抗能力，ε為應變值。P點為彈性極限2第二章巖石變形及影響因素一、巖石礦物變形的基本概念1.彈性精品資料3精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結一節課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”44

外力繼續增加，變形繼續增強，當應力超過巖石的彈性極限，即使外力去掉后，巖石也不能完全恢復到原來的形狀，從而使一部分變形保留下來，這種變形稱塑性變形（即出現剩余變形或永久變形），巖石的這種性質稱為塑性。如圖1-1-8中B點開始，巖石進入塑性變形階段，過B點后，曲線顯著彎曲，當達到C點時曲線很快就變成水平，這就意味著在沒有增加載荷的情況下變形卻顯著地增加，此時巖石抵抗變形的能力就很弱了，這種現象稱為巖石的屈服，C為屈服點，對應此點的應力值σγ，稱為屈服極限。過C點后應力緩慢增加，一直到D點，應力值增加到最大值。塑性變形5外力繼續增加，變形繼續增強，當應力超過巖石的彈性極限第二章巖石變形及影響因素2.脆性行為與韌性行為；脆性是指巖石和礦物出現明顯破裂，在破裂之前未出現永久變形；韌性是指巖石和礦物在沒有明顯破裂情況下，其大小和形狀發生了顯著的變化。小于2%的應變量為脆性；在2-8%為脆韌性；<8%為韌性。據Griggs,19606第二章巖石變形及影響因素2.脆性行為與韌性行為；據Grig77根據巖石破壞前應變的百分數可以將巖石破壞分成五種類型（1）巖石處于地表或近地表的情況，在常溫常壓環境下或稍有圍壓而應力差值σ1-σ3很大時，巖石破壞前永久應變＜1%，巖石表現為脆性狀態，應力—應變近于直線關系。在上述前提下，當應力達到一定值時，巖石垂直于小主應力方向產生張性破裂，這是由于圍壓、溫度較低或空隙水壓力及應變速率較大，允許巖石有一定側向膨脹的結果。

據Griggs,19603、巖石破壞類型8根據巖石破壞前應變的百分數可以將巖石破壞分成五種類型據Gr據Griggs,1960（2）巖石離地表有一定深度，其圍壓與溫度較第一種情況稍高，但應變速率及空隙水壓力很低的情況，巖石表現出少量的塑性，隨著塑性增加破壞前永久應變增加到1~5%，巖石破壞時邊緣出現與最大主應力σ1方向夾角小于45°的局部剪切破裂面，而大范圍仍沿著最大主應力方向成張性破裂，其應力—應變曲線最初呈現近似線性關系，超過彈性極限則略有向下彎曲的部分，仍可歸納為脆性破裂范圍。

9據Griggs,1960（2）巖石離地表有一定深度，其圍壓與據Griggs,1960（3）相當于巖石處于離地表更深處（約2~5km），圍壓、溫度較前更高或圍壓較大，均可產生這種情況的破壞。其破壞面屬于單一剪切面，破壞面與最大主應力方向夾角小于45°，破壞前應變為2%到8%，為脆性向塑性過渡狀態。這種情況相當于薄的破壞帶，斷層泥少的逆斷層，正斷層、平移斷層及X節理等構造形跡也可以也可能在斷層一側或兩側有序次的羽裂。剪切破裂面的角度隨著圍壓而變化，共軛剪切破裂面角隨著圍壓的增加而增大。

10據Griggs,1960（3）相當于巖石處于離地表更深處（約據Griggs,1960（4）相當于離地表10~20km處的巖石。其圍壓與溫度更高，或應變速率很低時或巖石本身具有一定塑性（如碳酸巖類巖石）其破壞前總應變為5%到10%，前者為脆性轉化塑性的界線，后者已處于塑性狀態。破壞時剪切破裂帶較寬且有一定的相對錯動，斷層面與最大壓應力方向夾角略小于45°或接近45°，這相當于較寬的斷層泥較多的破碎帶，有時其一側或兩側伴有牽引褶皺。

11據Griggs,1960（4）相當于離地表10~20km處的據Griggs,1960（5）相當于巖石離地表更深，圍壓大于500Mpa，溫度超過500℃或應變速率小于10-12/s情況，巖石呈現出完全塑性狀態，這可能相當于各種復雜流變褶皺形成的物理環境，塑性增加使永久變形大于10%。

12據Griggs,1960（5）相當于巖石離地表更深，圍壓大于第二章巖石變形及影響因素13第二章巖石變形及影響因素13影響應變軟化的顯微機制：（1）流體和水的作用；（2）變形過程中礦物定向排列；（3）變形過程中礦物粒度細化；（4）變形過程中顯微分層構造形成；（5）變形過程中礦物邊界的動態遷移；（6）變形過程中的動態重結晶作用；（7）構造變質作用；（8）應變能和摩擦熱能的積累；14影響應變軟化的顯微機制：145.蠕變小的恒定應力長期作用下，固態巖石變形連續增加。蠕變過程可以劃分為三個階段：第一階段A-B應變速率不斷減小，為過度蠕變；第二階段，B-C階段應變速率恒定，為穩態蠕變；第三階段C-D階段；應變速率增加，加速蠕變。時間－應變曲線155.蠕變時間－應變曲線15第二章巖石變形及影響因素16第二章巖石變形及影響因素161717第二章巖石變形及影響因素外部因素（圍壓、溫度、應變速率、流體）；內部因素（成分、結構等）1.圍壓圍壓增高會提高巖石強度，當圍壓達到一定程度時，巖石變形行為也由脆性轉變為韌性。18第二章巖石變形及影響因素外部因素（圍壓、溫度、應變速率、流Carrara大理巖在不同圍壓下變形差異應力-應變曲線拉伸和擠壓實驗中脆-韌性過度與溫壓的關系19Carrara大理巖在不同圍壓下變形差異應力-應變曲線拉伸和2.溫度溫度是影響巖石強度和變形行為的一個重要因素。溫度升高降低巖石強度，巖石變形由脆性轉變為韌性。引起熱蠕變，當溫度達到500℃巖石蠕變強度變的極低（0.1~1MPa)。熱蠕變對解釋深部構造層次變質巖中各種復雜的應變具有特殊的意義。202.溫度20溫度升高使巖石強度明顯降低兩個實驗結果21溫度升高使巖石強度明顯降低兩個實驗結果2122223.流體流體決定了地殼中的物資和能量的運動和交換，因而影響和控制地殼內部的成巖作用、巖漿作用、變質作用、構造作用和成礦作用等地質作用過程，以及地質動力學機制和演化。流體決定礦物變形行為主要表現在以下幾個方面：1）均衡傳遞空隙壓，水壓越大裂隙末端越易擴張，使巖石強度降低；2）作為溶劑，促進物資的溶解和運移，改變巖石的成分和結構使得巖石易于變形；3）潤滑作用，降低顆粒之間的粘結力，易于產生滑動。最為典型的實例是逆沖推覆構造；233.流體23均衡傳遞空隙壓，水壓越大裂隙末端越易擴張，使巖石強度降低24均衡傳遞空隙壓，水壓越大裂隙末端越易擴張，使巖石強度降低24作為溶劑，促進物資的溶解和運移25作為溶劑，促進物資的溶解和運移254）顆粒邊界弱化作用，使巖石變形機制由位錯蠕變向擴散蠕變轉化，使巖石強度降低。幾種巖石在干濕條件下的抗壓強度巖石名稱干燥狀態下抗壓強度MPa潮濕狀態下抗壓強度MPa強度降低率%花崗巖193~213162~17016~20閃長巖12310821.8煌斑巖18314312石灰巖150118.521礫巖85.654.836砂巖87.153.139頁巖52.220.460264）顆粒邊界弱化作用，使巖石變形機制由位錯蠕變向擴散蠕變轉化5)水解弱化:6)流體存在引起流體壓力增高，引起脆性破裂。275)水解弱化:27大青山地區熔體構成的條帶28大青山地區熔體構成的條帶284.外部加載條件：1）加載方式，因為巖石抗壓強度、抗張強度和抗剪強度明顯不一樣；2）加載方位；當巖石內先存在面狀構造（破裂面、葉里面等）或結構不均勻時，加載方位不同，巖石強度明顯不同。294.外部加載條件：29含不同角度石膏夾層的大理巖模型在單軸壓縮下的應力-應變曲線（馬瑾，1981）30含不同角度石膏夾層的大理巖模型在單軸壓縮下的應力-應變曲線（31315.應變速率應變速率直接影響了巖石變形方式；White(1975）把構造變形應變速率劃為高、中、低三種應變速率體制；1）高應變速率（>10-3/s),脆性變形、玻化巖2）中應變速率（10-4/s~10-9/s)，塑性變形和碎裂變形共存；3）低應變速率（<10-9/s)明顯發生了塑性變形，形成了糜棱巖。325.應變速率326.巖石的成分及結構構造1）在相同的變形條件下，不同成分的巖石和礦物其變形行為有很大差異。336.巖石的成分及結構構造33第二章巖石變形及影響因素Competent能干的competence能干性Incompetent不能干的巖石的相對易流變性，與巖石變形時的粘度有關。強硬材料比軟弱材料的剛性強，粘度大，不易流動或容易破碎。34第二章巖石變形及影響因素Competent能干的comp劈理的折射劈理從一個層到另一個層的方位改變的現象稱為劈理折射；反映了變形強度的差異。劈理平行于XY面，在變形巖層中劈理的方向的變化反映巖石的能干性。劈理的發育強度與X/Z成正比。劈理的密度：條/cm35劈理的折射35第二章巖石變形及影響因素36第二章巖石變形及影響因素36第二章巖石變形及影響因素37第二章巖石變形及影響因素37第二章巖石變形及影響因素38第二章巖石變形及影響因素38第二章巖石變形及影響因素39第二章巖石變形及影響因素39第二章巖石變形及影響因素40第二章巖石變形及影響因素40第二章巖石變形及影響因素41第二章巖石變形及影響因素41第二章巖石變形及影響因素42第二章巖石變形及影響因素42第二章巖石變形及影響因素43第二章巖石變形及影響因素43香腸構造：石香腸斷面的形態與巖石的能干性差異：矩形—菱形—藕結形—腫縮構造44香腸構造：石香腸斷面的形態與巖石的能干性差異：44第二章巖石變形及影響因素45第二章巖石變形及影響因素45第二章巖石變形及影響因素46第二章巖石變形及影響因素46第二章巖石變形及影響因素47第二章巖石變形及影響因素47第二章巖石變形及影響因素48第二章巖石變形及影響因素48第二章巖石變形及影響因素49第二章巖石變形及影響因素49第二章巖石變形及影響因素尖圓褶皺的形態與韌性差50第二章巖石變形及影響因素尖圓褶皺的形態與韌性差50第二章巖石變形及影響因素51第二章巖石變形及影響因素51第二章巖石變形及影響因素52第二章巖石變形及影響因素52第二章巖石變形及影響因素53第二章巖石變形及影響因素53第二章巖石變形及影響因素54第二章巖石變形及影響因素54第二章巖石變形及影響因素55第二章巖石變形及影響因素55第二章巖石變形及影響因素56第二章巖石變形及影響因素5657572）具有相同化學成分和礦物成分巖石的結構不同，其變形方式也不同。粒度可以導致礦物和巖石的變形機制的不同：對花崗巖變形實驗表明，粒度在10~50μm樣品中長石變形以位錯蠕變為主，當粒度減至2~10μm時，長石變形轉變為顆粒邊界擴散蠕變為主。3）巖石中的礦物組成、粒度、結構構造等因素決定了巖石的能干性的差異，進而影響了巖石固態流變的形態、樣式、變形機制不同。白云巖-長石砂巖-石英砂巖-巖屑砂巖-粗粒灰巖-細粒灰巖-粉砂巖-頁巖-巖鹽基性巖-粗粒花崗巖和花崗片麻巖-細粒花崗巖-云母片麻巖-石英巖-大理巖-片巖582）具有相同化學成分和礦物成分巖石的結構不同，其變形方式也不5959第一章緒論思考問題

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顯微構造定義、研究內容

2怎樣進行顯微構造研究60第一章緒論1第二章巖石變形及影響因素一、巖石礦物變形的基本概念1.彈性變形與塑性變形彈性變形巖石在外力作用下發生變形，當外力取消后，便又恢復到變形前的狀態。巖石的這種力學性質稱為彈性，這種變形稱彈性變形。這時應力與應變成正比，符合虎克定律：

σ=Eε式中σ為應力，E為彈性模量（楊氏模量），它的物理意義是代表拉、壓時，材料對彈性變形的抵抗能力，ε為應變值。P點為彈性極限61第二章巖石變形及影響因素一、巖石礦物變形的基本概念1.彈性精品資料62精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結一節課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”634

外力繼續增加，變形繼續增強，當應力超過巖石的彈性極限，即使外力去掉后，巖石也不能完全恢復到原來的形狀，從而使一部分變形保留下來，這種變形稱塑性變形（即出現剩余變形或永久變形），巖石的這種性質稱為塑性。如圖1-1-8中B點開始，巖石進入塑性變形階段，過B點后，曲線顯著彎曲，當達到C點時曲線很快就變成水平，這就意味著在沒有增加載荷的情況下變形卻顯著地增加，此時巖石抵抗變形的能力就很弱了，這種現象稱為巖石的屈服，C為屈服點，對應此點的應力值σγ，稱為屈服極限。過C點后應力緩慢增加，一直到D點，應力值增加到最大值。塑性變形64外力繼續增加，變形繼續增強，當應力超過巖石的彈性極限第二章巖石變形及影響因素2.脆性行為與韌性行為；脆性是指巖石和礦物出現明顯破裂，在破裂之前未出現永久變形；韌性是指巖石和礦物在沒有明顯破裂情況下，其大小和形狀發生了顯著的變化。小于2%的應變量為脆性；在2-8%為脆韌性；<8%為韌性。據Griggs,196065第二章巖石變形及影響因素2.脆性行為與韌性行為；據Grig667根據巖石破壞前應變的百分數可以將巖石破壞分成五種類型（1）巖石處于地表或近地表的情況，在常溫常壓環境下或稍有圍壓而應力差值σ1-σ3很大時，巖石破壞前永久應變＜1%，巖石表現為脆性狀態，應力—應變近于直線關系。在上述前提下，當應力達到一定值時，巖石垂直于小主應力方向產生張性破裂，這是由于圍壓、溫度較低或空隙水壓力及應變速率較大，允許巖石有一定側向膨脹的結果。

據Griggs,19603、巖石破壞類型67根據巖石破壞前應變的百分數可以將巖石破壞分成五種類型據Gr據Griggs,1960（2）巖石離地表有一定深度，其圍壓與溫度較第一種情況稍高，但應變速率及空隙水壓力很低的情況，巖石表現出少量的塑性，隨著塑性增加破壞前永久應變增加到1~5%，巖石破壞時邊緣出現與最大主應力σ1方向夾角小于45°的局部剪切破裂面，而大范圍仍沿著最大主應力方向成張性破裂，其應力—應變曲線最初呈現近似線性關系，超過彈性極限則略有向下彎曲的部分，仍可歸納為脆性破裂范圍。

68據Griggs,1960（2）巖石離地表有一定深度，其圍壓與據Griggs,1960（3）相當于巖石處于離地表更深處（約2~5km），圍壓、溫度較前更高或圍壓較大，均可產生這種情況的破壞。其破壞面屬于單一剪切面，破壞面與最大主應力方向夾角小于45°，破壞前應變為2%到8%，為脆性向塑性過渡狀態。這種情況相當于薄的破壞帶，斷層泥少的逆斷層，正斷層、平移斷層及X節理等構造形跡也可以也可能在斷層一側或兩側有序次的羽裂。剪切破裂面的角度隨著圍壓而變化，共軛剪切破裂面角隨著圍壓的增加而增大。

69據Griggs,1960（3）相當于巖石處于離地表更深處（約據Griggs,1960（4）相當于離地表10~20km處的巖石。其圍壓與溫度更高，或應變速率很低時或巖石本身具有一定塑性（如碳酸巖類巖石）其破壞前總應變為5%到10%，前者為脆性轉化塑性的界線，后者已處于塑性狀態。破壞時剪切破裂帶較寬且有一定的相對錯動，斷層面與最大壓應力方向夾角略小于45°或接近45°，這相當于較寬的斷層泥較多的破碎帶，有時其一側或兩側伴有牽引褶皺。

70據Griggs,1960（4）相當于離地表10~20km處的據Griggs,1960（5）相當于巖石離地表更深，圍壓大于500Mpa，溫度超過500℃或應變速率小于10-12/s情況，巖石呈現出完全塑性狀態，這可能相當于各種復雜流變褶皺形成的物理環境，塑性增加使永久變形大于10%。

71據Griggs,1960（5）相當于巖石離地表更深，圍壓大于第二章巖石變形及影響因素72第二章巖石變形及影響因素13影響應變軟化的顯微機制：（1）流體和水的作用；（2）變形過程中礦物定向排列；（3）變形過程中礦物粒度細化；（4）變形過程中顯微分層構造形成；（5）變形過程中礦物邊界的動態遷移；（6）變形過程中的動態重結晶作用；（7）構造變質作用；（8）應變能和摩擦熱能的積累；73影響應變軟化的顯微機制：145.蠕變小的恒定應力長期作用下，固態巖石變形連續增加。蠕變過程可以劃分為三個階段：第一階段A-B應變速率不斷減小，為過度蠕變；第二階段，B-C階段應變速率恒定，為穩態蠕變；第三階段C-D階段；應變速率增加，加速蠕變。時間－應變曲線745.蠕變時間－應變曲線15第二章巖石變形及影響因素75第二章巖石變形及影響因素167617第二章巖石變形及影響因素外部因素（圍壓、溫度、應變速率、流體）；內部因素（成分、結構等）1.圍壓圍壓增高會提高巖石強度，當圍壓達到一定程度時，巖石變形行為也由脆性轉變為韌性。77第二章巖石變形及影響因素外部因素（圍壓、溫度、應變速率、流Carrara大理巖在不同圍壓下變形差異應力-應變曲線拉伸和擠壓實驗中脆-韌性過度與溫壓的關系78Carrara大理巖在不同圍壓下變形差異應力-應變曲線拉伸和2.溫度溫度是影響巖石強度和變形行為的一個重要因素。溫度升高降低巖石強度，巖石變形由脆性轉變為韌性。引起熱蠕變，當溫度達到500℃巖石蠕變強度變的極低（0.1~1MPa)。熱蠕變對解釋深部構造層次變質巖中各種復雜的應變具有特殊的意義。792.溫度20溫度升高使巖石強度明顯降低兩個實驗結果80溫度升高使巖石強度明顯降低兩個實驗結果2181223.流體流體決定了地殼中的物資和能量的運動和交換，因而影響和控制地殼內部的成巖作用、巖漿作用、變質作用、構造作用和成礦作用等地質作用過程，以及地質動力學機制和演化。流體決定礦物變形行為主要表現在以下幾個方面：1）均衡傳遞空隙壓，水壓越大裂隙末端越易擴張，使巖石強度降低；2）作為溶劑，促進物資的溶解和運移，改變巖石的成分和結構使得巖石易于變形；3）潤滑作用，降低顆粒之間的粘結力，易于產生滑動。最為典型的實例是逆沖推覆構造；823.流體23均衡傳遞空隙壓，水壓越大裂隙末端越易擴張，使巖石強度降低83均衡傳遞空隙壓，水壓越大裂隙末端越易擴張，使巖石強度降低24作為溶劑，促進物資的溶解和運移84作為溶劑，促進物資的溶解和運移254）顆粒邊界弱化作用，使巖石變形機制由位錯蠕變向擴散蠕變轉化，使巖石強度降低。幾種巖石在干濕條件下的抗壓強度巖石名稱干燥狀態下抗壓強度MPa潮濕狀態下抗壓強度MPa強度降低率%花崗巖193~213162~17016~20閃長巖12310821.8煌斑巖18314312石灰巖150118.521礫巖85.654.836砂巖87.153.139頁巖52.220.460854）顆粒邊界弱化作用，使巖石變形機制由位錯蠕變向擴散蠕變轉化5)水解弱化:6)流體存在引起流體壓力增高，引起脆性破裂。865)水解弱化:27大青山地區熔體構成的條帶87大青山地區熔體構成的條帶284.外部加載條件：1）加載方式，因為巖石抗壓強度、抗張強度和抗剪強度明顯不一樣；2）加載方位；當巖石內先存在面狀構造（破裂面、葉里面等）或結構不均勻時，加載方位不同，巖石強度明顯不同。884.外部加載條件：29含不同角度石膏夾層的大理巖模型在單軸壓縮下的應力-應變曲線（馬瑾，1981）89含不同角度石膏夾層的大理巖模型在單軸壓縮下的應力-應變曲線（90315.應變速率應變速率直接影響了巖石變形方式；White(1975）把構造變形應變速率劃為高、中、低三種應變速率體制；1）高應變速率（>10-3/s),脆性變形、玻化巖2）中應變速率（10-4/s~10-9/s)，塑性變形和碎裂變形共存；3）低應變速率（<10-9/s)明顯發生了塑性變形，形成了糜棱巖。915.應變速率326.巖石的成分及結構構造1）在相同的變形條件下，不同成分的巖石和礦物其變形行為有很大差異。926