有限应变测量

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1、有限应变测量在构造研究中的意义1、引言岩层经过了构造运动，或多或少的都会发生变形，产生应变，而我们可以利用岩石中的某些标志（如鲫、砾石等）分析自然变形岩石屮的有限应变，了解变形岩石构造的几何特性、形成方式及其应变历史,对研究地层构造有很重要的意义。早在19世纪中期，西方一些学者已开始利用变形化石作为应变标志研究地质构造（特别是劈理）的成因。此后，不少学者利用岩石中的应变标志对变形岩石中的构造以及区域的应变历史进行了研究。其中尤以克鲁斯（1947）利用鲫粒的变形研究美国马里兰州南山的岩石变形，是一次系统的尝试。在《岩石的褶

2、皱和断裂》（“Foldingandfrae-turingofrocks”）一书屮，兰姆赛（J・G.Raosay）教授对以往的工作做了系统性的阐述。此后,在他的积极推动和影响下，一些西欧构造地质学家，在阿尔卑斯山区做了许多利用应变测量技术研究构造的工作。上个世纪末期，国内对应变测量也慢慢的热了起来，北京大学郑亚东等人也发表了不少文章，在对原来是椭球形个体的应变测量，对块状岩休（如前寒武系的含脉片麻岩）内的应变测量，对剪切带的应变测量，对应变增量的测量等方面有了新的发展。特别是近十余年来电子显微镜、电子计算机、X射线组构分析

3、等技术的应用，更大大地促进了它的发展。2、有限应变测量的基本原理有限应变测量是指根据变形岩石中各种应变标志物变形状态的多种测量数据与其原始未变形状态比较，定量给击构造变形区各点岩石的应变状态，求取各点应变椭球体的主轴方位、轴比、弗林指数（k）和应变强度（d）等；进而可建立区域应变场、推算剪切带的剪切位移量和造山带的地壳缩短量等。2.1形变形变：物体变形前后形态的变化，包括形状、大小和空间位置的变化。如果给定了物体的一个位移场，其形变也就确定了。物体内各质点的应变状态都相同的变形称为均匀变形，变形前的直线变形后仍为直线，变

4、形前的平行线在变形后仍未平行线。而各质点的应变状态不完全相同的应变为非均匀变形，变形前的单位圆变形后为椭圆，其中任何一个小单元的应变性质（大小和方向）可以代表整个物体的变形特征。构造地质学中涉及的岩石形变一般是非均匀形变，如褶皱可被认为由原来的平育岩层变形而来，故为非均匀形变。由于非均匀形变的数学理论及其复杂，因此，往往用均匀形变的研究来代替非均匀形变研究。把非均匀变形的物体分成若干个小块，每一个小块可当作均匀形变来处理。2.2应变在数值上度量畸变程度的量叫应变。物体发生畸变时，物体内各质点的相对位置发牛了变化。可以通过

5、两种类型的量来描述这种变化。一类是描述物体内一质点线段在变形前后的长度变化，称为线应变；另一类是描述物体内两条质点线段间的交角在变形前后的变化，称为剪应变。通过测量这两类量可以确定整个物体的畸变图2(1)线应变物体中某质点线段变形前长度为10,变形后长度为11,度量线应变有以下常用方法。①伸长度：线段长度改变量与原长度的比值(伸长为正，缩短为负)。£=(11-10)/10=A1/1②长度比(S)：线段变形后长度11与变形前长度10的比值。S=11/10=(1+8)③平方长度比Q)：长度比(S)的平方。比s更为常用。222

6、X=(11/10)=(1+8)=S④自然应变(£):把大应变看作伸长度的一系列无限小增量(dl/1)之和。s=E1011dUl=Jiondl/l=ln(li/lo)=ln(l+e)线应变的其它表达方式均是以线段的原长为基准，将变形后的长度与原长相比，但如果长度变化较大时，而且对地质体的应变历史与构造发育之间的关系感兴趣时用自然应变表达更为真实。(2)剪应变在二维应变中，某直线与由它顺吋针转90。所成直角在变形后的改变量W的正切叫该直线的剪应变。巾叫剪切角。如果使该直角减小，剪应变为正；反Z为负。Yy=tan

7、/冷=ta

8、n(_(/)=—tan(/=一Yy3、有限应变测量的常用方法3.1长短轴法长短轴法的基木原理就是在野外露头或显微镜下统计一定数量的变形标志体(通常30〜50个）的长轴和短轴，用作图方法或数学方法求出变形标志体长轴和短轴的比值,作为被测量岩石的变形参数。此种方法系Cloos（1947）和Ramsay（1967）先后提出，主要是利用原始球形或近球形标志体来测量应变，如鲫粒,有孔虫，火山岩中的球粒、气孔，板岩屮的还原斑，角岩屮的重结晶斑点，及其近共轴状的结核等，因这些标志体很少是完好的球体，所以要考虑到形态的不规则性，但只

9、要这种形态的不规则在任意方向上是随机的，就可以通过大量观测数据，取其平均值，来消除这种不规则性。具体的测量方法是：在野外发生较均匀的韧性变形的露头上,选取两个相互垂直或近似垂直的截面（一般是节理而或风化断面），与糜棱而理走向一致的而为XY而，与糜棱面理走向垂直的为XZ面（X、Y、Z分别代表变形颗粒的长、屮、短轴），在