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研究表明 ,干的基性下地壳处于半脆性摩擦与半脆性流变的过渡状态 ,因此 ,文中采用多种基性岩样品进行了干的和含水基性岩的脆塑性转化实验 ,以深入理解大陆下地壳的力学性质。实验围压 4 5 0～ 5 0 0MPa ,应变速率 1× 1 0 - 4s- 1。实验结果表明 ,济南辉长岩 (样品C)、延庆辉绿岩 (样品D)和含水辉绿岩从 30 0℃到 90 0℃经历了脆性破裂、碎裂流动、半脆性流动和塑性流动几个变形域 ,而细粒攀枝花辉长岩 (样品A)和中细粒攀枝花辉长岩 (样品B)从 70 0℃到 90 0℃经历了半脆性流动和塑性流动 2个变形域。干的辉长岩样品比干的辉绿岩样品发生脆延性转化的温度高 1 0 0℃ ;所有干的基性岩样品的脆塑性转化都发生在 70 0℃ ,但半脆性流动域变形微观结构有差别 ,辉绿岩中斜长石和辉石发生了细粒化 ,并存在强烈的定向 ,形成初糜棱岩结构 ,辉长岩样品的细粒化和定向特征不明显。干的基性岩在以位错滑移为主的高温塑性流变域的强度和微观结构基本相同。水对基性岩脆塑性转化的影响体现在岩石的强度和脆延性与脆塑性的转化温度两方面。在实验温度范围内 ,含水辉绿岩样品的强度远小于干的辉绿岩和辉长 相似文献
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脆塑性转化带对于研究岩石圈变形、断层强度和变形机制以及强震的孕育和发生具有重要意义。文中采用汶川地震震源区彭灌杂岩中具有代表性的细粒花岗岩样品,在固体压力介质三轴实验系统上开展了高温高压非稳态流变实验研究。实验设计模拟了汶川地震区地壳10~30km深度的实际温度和压力,温度为190~490℃,压力为250~750MPa,应变速率为5×10-4s-1,利用扫描电镜对实验样品进行微观结构观察。实验力学数据、微观结构及变形机制分析表明,在相当于地壳浅部10~15km深处的低温低压条件下,表现为应变强化,样品具有脆性破裂-半脆性流动的变形特征;在相当于地壳15~20km的深度条件下,随着应变量增加,应力趋于稳态,样品具有脆塑性转化特征;在相当于地壳20~30km的深度条件下,样品具有塑性流动特征。当样品处于半脆性域时发生非稳态流变,主要变形机制为碎裂作用,同时激活了动态重结晶作用、位错蠕变等塑性变形机制。样品强度随着深度不断增大,在深度为15~20km时达到极大值,深度为20~30km时强度逐渐减小。因此,花岗岩的强度随深度的变化规律与微观结构及变形机制均表明,在实验温度和压力条件下,花岗岩具有非稳态流变特征,在15~20km深处,龙门山断裂带处于脆塑性转化带,花岗岩强度达到最大值,该深度与汶川地震的成核深度一致,显示出彭灌杂岩的强度和变形对汶川地震的孕育和发生具有控制作用。 相似文献
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岩石的脆性-延性转变及塑性流动网络 总被引：12，自引：0，他引：12
实验变形研究表明.随着矿物组成.粒度、温度、围压、应变率、液体介质等因素的变化岩石由脆性,半脆性,向半延性.延性转变,其中包括力学行为.微观机制和宏观结构的变化,而决定岩石脆性-延性转变的基本因素在于所含的粘塑性成分及其粘滞性.半延性流动具有共轭网络状的结构特征;延性流动则包括网络状流动和均匀流动两种宏观结构;半延性-延性流动网络以其近似正交性和非牛顿流动特性分别与半脆性破裂网络和均匀延性流动相区别.基于上述研究,可将地壳、上地幔划分为脆性-半脆性的中上地壳,半延性-延性网络状流动的岩石圈下层(含下地壳和岩石圈地幔)和均匀延性流动的软流圈.地壳多震层内的大型地震带及网络是岩石圈下层塑性流动网络的一种响应. 相似文献
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野外、实验和地震数据表明:浅部地壳的变形以脆性破裂为主,深部地壳的变形以晶体塑性流动为主.在这种认识的基础上,提出了地壳变形的2种机制模型,即发生脆性变形的上部地壳强度基于Byerlee摩擦定律以及发生塑性变形的下部地壳强度基于幂次蠕变定律.而位于其间的脆塑性转化带的深度与浅源地震深度的下限具有很好的一致性.然而,二元结构的流变模型局限性在于其力学模型过于简单,往往过高估计了脆塑性转化带的强度.问题的根源在于对脆塑性转化带的变形机制的研究已有很多,但没有定量的力学方程来描述脆塑性转化带强度;而且以往对断层脆塑性转化带的研究主要集中在温度引起的脆塑性转化方面,对因应变速率和流体对脆塑性转化的影响方面的研究也比较薄弱.对断层带内矿物变形机制研究表明,某些断层带脆塑性转化发生在相同深度(温度和压力)内,发生脆塑性转化的原因是应变速率的变化,而这种变化被认为与地震周期的同震、震后-间震期蠕变有关,这种变化得到了主震-余震深度分布变化的证实.对断层流体特征分析表明,断层带内可能存在高压流体,这种高压流体会随断裂带的破裂及愈合而周期性变化,在地震孕育及循环中起着关键性作用.高压流体的形成(裂隙愈合)有多种机理,其中,压溶是断层带裂隙愈合的主导机制之一.研究在水作用下的压溶,可以对传统的摩擦-流变二元地壳强度结构及其断层强度进行补充与修正.通过以上分析,认为有必要通过野外变形样品和高温高压实验,深入研究应变速率及流体压力对断层脆塑性转化的影响,同时,通过实验建立压溶蠕变的方程,近似地估计脆塑性转化带的强度. 相似文献
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岩石脆延性转化 (brittle ductiletransition)和脆塑性转化 (brittle plastictransition)是不同的概念。脆延性转化指从岩石的局部变形破坏到宏观均匀流动变形的转化 ,它与宏观结构和力学行为的变化相关。脆塑性转化指脆性向晶体塑性变形的转化 ,它与力学行为和微观机制的变化相关。通过地壳中最主要的石英、长石的实验室和野外变形温压条件对比发现 ,达到相同的变形特征 ,在实验室和野外所需温压条件不同。建立变形机制图使解决这一矛盾成为可能。但受实验资料的限制 ,目前几种主要岩石的变形机制图还无法建立。因此 ,通过对实验与自然环境下变形特征及微观机制对比 ,找出两者温压条件的差别 ,就成为将实验研究结果外推解决实际地质问题的有效途径 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
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在高温高压条件下开展了天然角闪岩样品的变形实验研究,并且利用偏光显微镜和扫描电镜对实验样品进行微观结构观察,研究了在不同的温压和应变速率条件下角闪石的变形机制。实验结果表明,随着温度升高,样品的应力-应变曲线由强化逐渐转化为屈服,并且出现弱化,样品强度显著降低,随着围压增加,样品强度增大,随着应变速率降低,样品强度降低,压缩方向与样品面理斜交的实验样品强度显著降低。实验变形样品在500℃时,角闪石表现为晶内破裂和碎裂变形,其变形以脆性为主导;在600℃时,样品中发育由角闪石残斑和碎裂基质构成的碎裂组构,部分角闪石晶体出现了波状消光,角闪石以碎裂变形为主,局部具有塑性变形的特征;在700℃时,样品以晶体扭折变形为主,局部出现脱水和细粒微晶,并且含有微破裂,显示了样品以晶体扭折变形为主,含有微破裂,样品变形处于脆-塑性转换域;在800℃时,样品中基本没有发现明显的脆性变形,样品以动态重结晶作用为主,角闪石出现脱水。因此,在实验温压范围内,在500℃→600℃→700℃→800℃条件下,角闪石变形机制表现为脆性破裂→碎裂流动→晶体扭折→动态重结晶和脱水作用,显示了角闪石经历了脆性—脆-塑转化—塑性变形的变形机制。 相似文献
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大陆断层脆塑性转化带的强度和滑动稳定性一直是断层力学中研究的重点。从20世纪末起，前人针对脆塑性转化带的摩擦和流变特性开展了大量实验和理论研究，探究脆塑性转化带的强度和变形机制随温度、压力、滑动速率等因素的变化规律。文中总结了描述断层脆塑性转化带强度和稳定性的半定量经验方程和定量本构方程，对比了各种模型的优缺点，发现通过数值拟合方法得到的经验模型高估了断层脆塑性转化带的强度，而基于微观物理机制的脆塑性转化带强度模型更符合自然条件下的断层摩擦行为。但现有的微观物理模型还需进一步考虑剪切带中纳米颗粒的动力学影响及不同类型的微观变形机制约束。 相似文献
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石灰岩、石蜡-松香-水泥粉混合物和环氧树脂等固体材料室温下的压缩变形实验表明,随着围压的加大和材料可塑性的增强,试件破坏形式由脆性转变为延性,在宏观结构上表现为从脆性单斜破裂、半脆性共轭破裂,到半延性和延性网状流动,以及延性均匀流动的转变.材料屈服后在应力-应变曲线上所出现的平缓段或应变硬化段对应着试件中的网络状或均匀塑性流动;随着应变的增大,当出现负坡或坡度减小现象时,则标志着试件内宏观破裂的贯通,在宏观破坏结构上往往表现为共轭流动网络与共轭破裂网络的重叠,前者网带近似正交,后者斜交.蠕变实验进一步表明,稳态蠕变幂次流动律的应力指数n 值的大小反映了试件不同的宏观流动结构:网络状流动,n 显著大于1,为非牛顿流;均匀流动,n 等于或近似于1,为牛顿流或近似牛顿流. 相似文献
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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
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大量研究表明,流体在断层弱化中起着非常重要的作用.在地壳浅部脆性域,自由水通过流体孔隙压力减小断层有效正压力,从而降低断层摩擦强度;在地壳深部,矿物中的微量结构水弱化岩石流变强度.另外,流体-岩石相互作用等化学过程,如长石水解反应,对断层强度的影响也非常显著.断层深部流体通过物理作用与化学作用影响着岩石的变形机制,从而影响断层力学性质与地震孕育和发生.断层内部流体孔隙压力周期性变化是断层带脆-塑性转化、裂缝张开与愈合等的直接体现,这种变化控制着断层强度与强震周期性发生现象. 相似文献
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《地震地质》2017,(1)
采用干燥和含水Carrara大理岩样品,在温度400~700℃、围压300MPa、应变速率10~(-4)/s和10~(-5)/s条件下开展了轴向压缩实验。利用傅里叶变换红外光谱仪,测试了实验样品中的水含量,通过偏光显微镜、扫描电镜与能谱分析了实验变形样品的微观结构。实验力学数据表明,在400℃时,样品表现为应变强化特征;在500~700℃条件下,样品转变为稳态流变。样品强度随温度增加而降低,随应变速率降低而降低;而水对大理岩强度的影响不显著。微观结构分析表明,在400℃时,大理岩以脆性破裂为主,含水样品局部出现压溶。在500℃时干样品和含水大理岩处于脆塑性转化变形域。干样品在600℃时变形以位错滑移为主,而干样品在700℃时和含水样品在600~700℃时,以位错攀移和动态重结晶为主要变形机制。较低的应变速率和较高的水含量促进了压溶作用和动态重结晶。 相似文献
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《地球物理学进展》2015,(6)
本文采集了映秀—北川断裂带南段出露的发生韧性变形的花岗岩样品,分析了脆塑性转化带内的岩石变形特征、变形温度和流动应力,并利用傅里叶红外吸收光谱仪(FITR)重点对石英和长石进行了测试.研究表明,龙门山断裂带深部发生过局部化塑性流动,以中、高温位错蠕变机制为主,重结晶细粒石英的粒度约15~100μm,估算得到的流动应力约15~80MPa.石英和长石内的微量水由晶体缺陷水、颗粒边界水和少量的包裹体水构成,两者的红外吸收光谱特点非常相似,主要吸收峰出现在波数3400cm~(-1)附近,次要吸收峰主要分布在波数3050cm~(-1)、3200cm~(-1)、3300cm~(-1)、3380cm~(-1)、3430cm~(-1)、3600cm~(-1)、3650cm~(-1)和3730cm~(-1)附近.花岗片麻岩内石英的水含量0.004~0.019wt%,长石的水含量0.013~0.043wt%;花岗初糜棱岩中石英的水含量0.004~0.018wt%,长石的水含量0.029~0.069wt%,愈合片麻岩中裂缝的早期石英脉中的细粒石英的水含量0.003~0.014wt%,发生半脆性-脆性变形的晚期石英脉的水含量0.016~0.032wt%.通过与前人的研究对比,认为龙门山地区韧性剪切带内微量水含量随变形程度增加而升高,弱化了脆塑性转化带内断层中心岩石流变强度,提高断层的应变速率,加强了脆塑性转化带向脆性域底部的闭锁断层的应变传递作用.对于难以滑动的高角度逆断层,这有利于强震在中地壳深度附近的孕育和发生. 相似文献
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掌握岩石变形破坏过程中体积膨胀点至峰值强度点之间加速破裂行为的演化规律,是实现地质灾害物理预测的关键.本文考虑裂纹张开和闭合两种情况,基于断裂力学建立了三轴应力作用下裂纹扩展临界尺度与等效应力的关系.对微元体破坏概率,分别采用以等效应力表达的Weibull分布函数和裂纹尺度分形函数,通过对比导出了形状参数m与裂纹分布分维D_f关系的表达式.一个有趣的发现是,岩石峰值强度点与体积膨胀点应变比仅与m或D_f有关.对岩石蠕变或准蠕变破坏,合理的m值范围为[1.0,4.0],在此范围内应变比近似为常数1.48,该常数是描述不同尺度岩石加速破裂规律的物理自相似常数.实例分析表明,基于岩石加速破裂规律构建的多锁固段脆性破裂理论,其适用性广,尤其在崩滑和大地震预测领域,具有良好应用前景.此外,本文给出了b值与m值定量关系,以解释b值的物理意义,并探讨将其用于地震预测的可行性. 相似文献
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通过对地壳低速高导层和地震震源深度等有关资料的分析研究,在对地震发生前兆、特征及物理机制研究的基础上,初步提出了一个简单的地壳双层孕震模式:地壳存在有两层孕震结构,上层为主孕震层,是地震应力集中积聚和发震后释放应变能的地方,主要是岩石发生脆性变形层,深度在中上地壳范围内;下层为低速高导层,是诱发和加强上层脆性层岩石变形、应变能积累和破裂的主要因素之一,处于岩石脆—韧性变形的过渡带,强震的发生与本层有着密切的关系,深度在中下地壳范围内。同时基于该双层孕震假设讨论了强震的孕育环境及作用。 相似文献
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不同温压条件下居庸关花岗岩脆塑性转化与失稳型式的实验研究 总被引：9，自引：0，他引：9
为研究花岗岩的脆塑性转化和失稳型式，在固体围压介质三轴实验系统上进行了3组高温高压实验，结果表明，温度小于300℃时花岗岩为脆性破裂，大于800℃时为塑性变形，在300-600℃，花岗岩为半脆性破裂和碎裂流动，在600-800℃，花岗岩为半脆性流动，花岗岩的渐进破坏发生在低压区域；突发失稳发生在室温高压（≥300MPa)和高温高压（550℃600MPa-650℃700MPa)两个区域；在突发失稳与渐进破坏区域之间存在大范围的准突发失稳区，在实验温压范围内，影响花岗岩脆塑性转化的首要因素是温度，其次是围压；而花岗岩的失稳型式同时取决于围压和温度。 相似文献
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岩石脆性评价方法对于非常规油气资源的勘探开发至关重要,其通过计算岩石脆性指数来量化岩石脆性进而用于表征岩石可压裂性,最终服务于非常规油气资源的工业化生产.尽管脆性指标如此重要,由于其物理内涵的特殊性及复杂性,至今业界对岩石脆性没有统一的定义,因此没有统一的岩石脆性评价方法.研究人员出于各自不同的考虑提出了众多岩石脆性评价方法,例如通过确定岩石中脆性矿物及塑性矿物提出的矿物组分法、利用室内岩石力学实验应力-应变曲线中获得的弹性参数及其他特征参数提出的弹性参数法、全应力-应变曲线特征参数法以及利用硬度或强度测试得到的硬度、强度参数提出的硬度法、强度法等.随着近年来的研究深入,许多基于传统方法、原理或不同于传统方法的新型计算方法也得到了更为长足的发展,研究人员对于岩石脆性的定义有了更加深刻的理解.本文对岩石脆性评价常用的方法进行了分析,对计算方法的原理、优越性及局限性等方面进行讨论,并对岩石脆性评价方法的发展趋势进行了展望. 相似文献
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结合山体滑坡和油田开采等工程问题,大量测定和研究了若干完整的和含弱面的岩石的力学参数和破坏特性.结果表明,围压(对应于地下深度)对地壳浅表岩石力学行为的影响已不可忽视,因此,上述工程问题都应给予考虑.这种影响表现为随围压(深度)的增加不仅强度增加,而且破裂性质由张性迅速向张剪性过渡,岩石由脆性向半脆性、半延性过渡,破裂由单一面向破裂带过渡;随围压(深度)的增加,弱面影响逐渐减弱,从而导致杨氏模量的增加.研究还表明,岩体周围介质的特性对岩体破坏行为有明显影响,随着周围介质刚性增加和流动性减小,岩石明显地表现出由突发式破坏向渐进式破坏过渡. 相似文献
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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 相似文献