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1.
岩石层流变学的研究现状及存在问题 总被引：3，自引：5，他引：3
岩石层的流变学是一门综合性的学科，它不仅包括高温高压岩力学实验，而且还包括岩石圈的地质构造，物质组成和温度场特性的研究，70年代以来岩石力学实验和地质热研究的成果推动了岩石层流变学的发展，目前，人们应用已有的实验结果建立了岩石层流变学的剖面，并以此为基础讨论了许多大地构造现象，但是，人们对流变机制的转换，水对岩石层流变性的影响等问题尚不清楚，因此，为了深入的了解岩石层流变性质在岩石层运动学和动力学中的应用，必须开展岩石层流变机制的理论和实验研究，以便建立流变性质的三维分布，本文主要分析了岩石层的流变性质随深度变化的研究结果及其在实际中的应用，讨论了确定岩石层粘度或流变强度的主要因素并对岩石层的流变学研究方向提供了一些看法。 相似文献
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简述了近年来我国学者在与地震学和地球内部物理学相关的实验岩石力学和构造物理学研究方面的进展．在此领域的进展主要体现在:大量实验以及数学模拟结果丰富了对岩石脆性破裂过程，特别是结构和介质非均匀条件下破裂过程的认识；在非均匀断层的摩擦行为与失稳成核方面取得了一些新结果，揭示了断层滑动行为的复杂性；在岩石脆塑性转换和塑性流变方面取得了一些新结果，特别是在下地壳和上地幔物质的流变性质方面取得了重要进展；在高温高压岩石物理方面取得了一批实验结果, 并应用于地球内部物质的组成和状态的研究．这些结果为深入理解地球内部物质的物理性质、变形机制及地震物理过程提供了有价值的参考资料. 相似文献
3.
研究了温度和应变率对岩石破裂强度的影响,得到了岩石圈中一些典型岩石破裂强度的新的经验规律.新的经验规律除考虑围压和标本尺度的影响外,还考虑了温度和应变率的影响,并增加了新岩石的结果,所以更能反映岩石圈内岩石破裂的真实状态.通过对鄂尔多斯平均流变结构的计算和对比研究表明：传统的忽略脆性破裂的流变模型过高地估计了流变强度,流变机制的分布也不尽合理.而考虑了脆性破裂机制的流变模型的结果表明脆性区分为两部分,浅部以摩擦滑动机制控制,深部以脆性破裂机制控制.由于新的经验规律考虑的代表性岩石更全面,并考虑了应变率的影响,得到的脆性区的范围进一步增大,流变强度进一步降低. 相似文献
4.
在总结岩石变形机制与岩石流变学实验进展的基础上,讨论了岩石流变学数据的重复性。虽然高温高压流变学实验积累了大量的数据,但中、上地壳长英质岩石和早期获得的石英集合体的流变实验数据重复性比较差,而近年来发表的石英、长石的流变学实验数据重复性相对较好。虽然利用经验理论模型,根据端元组分可以拟合两相矿物集合体的流变律,但并不能满足定量确定复杂组分和特殊流变性的长英质岩石流变参数的需要。因此,利用长英质岩石流变参数估计大陆地壳流变强度剖面时,即使在相同地温和应变速率条件下,给出的流变曲线、脆-塑性转化带深度也有一定差别,还需要通过大量实验给出更精细的长英质岩石流变学实验数据。根据近年来流变学实验研究的新进展,讨论了在实验室条件下影响长英质岩石流变的各种因素,重点分析了流体、岩石成分、样品粒度和组构对流变的影响。微量结构水对岩石流变有显著的弱化作用,而熔体对流变的影响与熔体含量和分布相关,只有熔体呈薄膜状湿润颗粒边界时,熔体的弱化作用才显著。成分对岩石流变的影响不仅体现在样品的应力指数等流变参数的变化方面,还体现在样品从半脆性变形向塑性变形的转化温度方面。粒度主要影响岩石的变形机制,其中,细粒样品在扩散蠕变域具有应力与粒度线性负相关特性,是理想的应力计,可以用来定量确定韧性剪切带的流变强度;而在位错蠕变域,应力与粒度没有依存关系,这为将实验室条件得出的流变数据外推估计地壳流变提供了重要依据。组构和各向异性是地壳中岩石存在的普遍现象,但关于层状组构对多相矿物组成的岩石流变影响的研究非常少,需要通过新的实验来深入研究。 相似文献
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6.
地壳深部岩石普遍存在变形组构,花岗质岩石中的变形组构不仅影响岩石强度,而且对后期变形具有显著控制作用。近年来,先存组构对各向异性岩石的流变强度影响成为高温高压实验研究的热点之一。文中对前人给出的各向异性岩石(包括云母片岩-片麻岩、石英-钙长石均匀混合体与层状组构样品)半脆性-塑性流变实验数据进行了重新整理与分析,结合作者开展的不同组构条件下花岗片麻岩与糜棱岩流变实验结果,讨论了先存组构对各向异性岩石流变强度的影响。实验数据表明:1)各向异性岩石的面理与最大主应力方向的角度是影响强度的主要因素。在半脆性破裂域,样品压缩方向垂直于面理(PER)和平行于面理(PAR)的强度基本相同,在压缩方向与面理呈30°夹角时,岩石破裂强度最小;在塑性流变域,垂直于面理方向的强度显著高于平行于面理方向的强度,当面理与最大主应力方向的角度为45°时,岩石强度最小。2)后期变形对原有组构的继承与改造程度,决定了各向异性岩石强度高低。3)样品中矿物的含量、分布与粒度对各向异性岩石强度有显著影响。理论模型预测结果与云母片岩实验结果比较吻合,但其他类型各向异性岩石的流变比理论模型结果要复杂得多。因此,进一步开展具有先存组构的各向异性岩石的流变实验,并将实验变形与实际地质条件下更为复杂的岩石变形进行对比分析,是认识各向异性岩石流变和变形机制最有效的方法。 相似文献
7.
自20世纪60年代以来，大陆岩石圈流变学取得了较大的进展，理论和应用研究不断深入.理论上，人们不仅认识到在构造运动中岩石圈介质是流变体而非简单的刚体性和弹性体；并利用矿物和岩石的实验结果提出了岩石圈流变分层的概念，建立了一维流变模型；进而用流变的观点解释了一些具体构造现象，而且开始了三维流变结构的研究，提出了岩石圈流变结构的横向分块纵向分层的观点.应用上，人们已从把流变强度曲线简单地运用于运动学或动力学模型的阶段，进入了在三维空间中定量研究地球动力学问题的阶段.随着岩石圈流变学研究的深入及大陆岩石圈的复杂性，新的问题也不断涌现. 相似文献
8.
岩石的流变决定了地球各时空尺度的变形,是理解大陆岩石圈构造演化的关键.岩石流变学的研究主要通过高温高压流变学实验和天然变形岩石的多尺度观测来实现,目前已经积累了大量的数据.本文总结了岩石圈不同深度主要造岩矿物,包括橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石、石英和云母的流变机制、组构类型以及地震学性质;介绍了岩石圈地幔橄榄岩、榴辉岩、基性麻粒岩、斜长角闪岩和长英质岩石的高温高压实验和天然变形观测进展,包括流变学强度和行为、地震波速和各向异性等;以青藏高原为例,讨论了岩石流变学研究在解译地震波速各向异性的定量化约束作用.将矿物变形组构与地震波各向异性相结合,有望在岩石圈流变学机制和结构的研究中取得重要突破. 相似文献
9.
介绍“3 GPa固体传压三轴流变仪”的结构、性能及其实验方法与用途,阐述在此设备上进行的关于深部(上地幔高温高压条件下)岩石流变特性的实验以及岩石蠕变.应力松驰现象的研究. 相似文献
10.
在压力3
GPa, 温度1450～1600 K, 应变速率10-4～10-5 s-1条件下,
对深俯冲带和上地幔中两种重要岩石(榴辉岩和方辉橄榄岩)的流变性质进行了实验研究,
获得了榴辉岩在超高压条件下的流变参数, 应力指数为3.4, 活化能为480
kJ/mol, 活化体积为12 cm3/mol.
实验结果表明具有中等石榴石含量榴辉岩的流变强度与方辉橄榄岩的流变强度在上地幔浅部条件下基本相当,
是多晶绿辉石岩强度的2～3倍和多晶石榴石岩强度的一半.
随榴辉岩中石榴石含量的逐步增加, 岩石的整体流变强度也不断增大.
在实验研究基础上,
计算了不同板块汇聚速率条件下深俯冲大洋岩石圈在不同深度层次上的流变强度,
以及橄榄岩和榴辉岩上地幔流变强度随深度的变化. 研究表明,
俯冲洋壳从下覆的上地幔拆离出来最有可能发生在缓慢俯冲的热俯冲带中;
而快速俯冲的冷俯冲带, 俯冲地壳与上地幔之间在强度上是耦合的,
发生拆离的可能性不大.
过渡带是上地幔中除岩石圈地幔外的高强度和高黏度层. 相似文献
11.
在高温高压及慢应变率下使磁铁矿岩样品发生了流变。对此过程前后的磁性测试表明,产生了与流变过程相关的磁化率各向异性。进一步研究说明,这种“流变磁效应”,主要是由于岩样内磁性矿物颗粒在流变过程中,由大致等粒形且方向性不明显而转变为扁椭球形且具有了一定优选方位而造成的。地震孕育是在高温、高压及缓慢的时间过程中进行的,因此研究流变带来的物性变化对于地震前兆的认识至关重要。本实验结果从一个新的角度探索地震磁效应,具有理论和实际意义。 相似文献
12.
山西裂谷带地壳岩石波速的研究 总被引：2，自引：2，他引：2
通过实验建立了岩石成分与波速的关系,波速和岩石的各向异性,矿物相变在波速曲线中的反映以及实验温度和压力对波速的影响,尤其得到了高温下的新资料.用实验数据结合地球物理、地质资料建立了山西裂谷带与相邻太行山隆起区地壳各层圈的物质组成,对比说明,两构造单元下地壳的岩石组成是不同的.最后分析了盆地下地壳中部的组成、水和环境条件,认为低速带是由岩石部分熔融造成的. 相似文献
13.
C.W. Passchier C.E. ten Brink P.D. Bons D. Sokoutis 《Earth and Planetary Science Letters》1993,120(3-4):239-245
Our understanding of the flow properties of deforming rocks in the Earth's lithosphere is mainly based on theoretical work and on the extrapolation of high-strain-rate experimental data to the low strain rates of rock deformation in nature. The geometry of structures in naturally deformed rocks can be an additional source of information on the rheology of the lithosphere. Flow experiments show that the geometry of a mantle of recrystallised material around a rigid object can be used to distinguish between a linear or power-law relation of differential stress and strain rate in strongly deformed rocks such as mylonites. This means that it is possible to use geometrical patterns in deformed rocks to constrain aspects of the rheology and to check the applicability of theoretical models and the extrapolation of laboratory data on creep in rocks to nature. 相似文献
14.
B. I. Birger 《Izvestiya Physics of the Solid Earth》2007,43(8):635-641
Analysis of results of laboratory studies on creep of mantle rocks, data on seismic wave attenuation in the mantle, and rheological micromechanisms shows that the universal, i.e., relevant to all time scales, rheological model of the mantle can be represented as four rheological elements connected in series. These elements account for elasticity, diffusion rheology, high temperature dislocation rheology, and low temperature dislocation rheology. The diffusion rheology element is described in terms of a Newtonian viscous fluid. The high temperature dislocation rheology element is described by the rheological model previously proposed by the author. This model is a combination of a power-law non-Newtonian fluid model for stationary flows and the linear hereditary Andrade model for flows associated with small strains. The low temperature dislocation rheology element is described by the linear hereditary Lomnitz model. 相似文献
15.
A general constitutive equation for viscoelastic behaviour of rocks and minerals with fractional-order derivative is investigated. This constitutive law is derived based on differential geometry and thermodynamics of rheology, and the fractional order of derivative represents the degree of time delay. Analyzing some laboratory experimental data of high temperature deformation of rocks and minerals such as halite, marble and orthopyroxene, we propose how to determine the orders of fractional derivative for viscoelastic behaviours of rocks and minerals. The order is related to the exponents for the temporal scaling in the relaxation modulus and the stress power-law of strain rate, i.e., the non-Newtonian flow law, and considered as an indicator representing the macroscopic behaviour and microscopic dynamics of rocks. 相似文献
16.
Weathered granite extends 70 m deep at Hi Vista in the arid central Mojave Desert of southern California. The low strength of this granite is due to the alteration of biotite and chlorite montmorillonite. Deep weathering probably occurs in most granites, although we cannot rule out some anomalous mechanisms at Hi Vista. Geophysical instruments set in these slightly altered rocks are limited by the unstable behavior of the rocks. Thus, tectonic signals from instruments placed in shallow boreholes give vague results. Geophysical measurements of these weathered rocks resemble measurements of granitic rocks near major faults. The rheology of the rocks in which instruments are placed limits the useful sensitivity of the instruments. 相似文献
17.
Investigation of the rheology of magmas at high crystal concentrations by experimental means has proved problematic. An alternative approach is to study textures of igneous rocks that not only preserve evidence of the kinematics of magma flow, such as flow direction, but can also preserve evidence of rheology. Flow textures in multiply intruded trachyte dykes on Fraser Island, eastern Australia record evidence of dilatant flow during solidification. This conclusion is reached by interpretation of microscopic ductile shear zones that disrupt the groundmass of aligned feldspar laths. Detailed three-dimensional investigation demonstrates that the dihedral angle between conjugate micro-shear zones is approximately 65°. This conjugate angle is equivalent to that observed in dilatant granular materials such as sand. Dilatant behaviour is synonymous with shear thickening rheology indicating that the magma flow is time-dependent and resists high flow rates. Some of the dykes contain autobrecciation fragments that may represent localities where the ductile flow rate threshold was exceeded. Newtonian or pseudoplastic (shear thinning) rheology of crystal-poor magmas must progressively give way to shear thickening rheology during cooling and increasing crystal concentration. 相似文献
18.
Auke Barnhoorn Martyn R. Drury Herman L.M. van Roermund 《Earth and Planetary Science Letters》2010,289(1-2):54-67
The rheological properties of upper mantle rocks play an important role in controlling the dynamics of the lithosphere and mantle convection. Experimental studies and microstructures in naturally deformed mantle rocks usually imply that olivine controls the upper mantle rheology. Here we show for the first time evidence from the geometry of folded compositional layers in mantle rocks from Western Norway that garnet-rich rocks can have lower solid-state viscosities than olivine-rich rocks. Modeling of melt-free and dry rheology of garnet and olivine confirms that the reversed viscosity contrast between garnet-rich and olivine-rich layers for this folding event can be achieved over a relatively wide range of temperatures at low stress conditions when the fine-grained garnet deforms by diffusion creep while the coarse-grained olivine deforms by dislocation creep and/or diffusion creep.In general, modeling of the fold viscosity contrast shows that in the stable subcontinental lithospheric mantle or convecting mantle such a reversed viscosity contrast can be formed due to diffusion creep processes in fine-grained garnets in a dry mantle environment or at conditions where the garnet-pyroxene layer is partially molten, i.e. close to solidus–liquidus conditions in the upper mantle. Alternatively in cold plate tectonic settings, e.g. in subduction zones, some water-weakening is a feasible mechanism to create the reversed viscosity contrast between garnet and olivine. 相似文献