先存组构对各向异性岩石流变强度的影响.pdf

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1、第36卷第3期地震地质Vo1．36，No．32014年9月SEISM0L0GYANDGEOLOGYSept．，2014doi：10．3969／j．issn．0253—4967．2014．03．028先存组构对各向异性岩石流变强度的影响刘贵周永胜石耀霖1)中国科学院大学地球科学学院，中国科学院计算动力学重点实验室，北京1000492)中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京100029摘要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

2、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(包括云母片岩一片麻岩、石英一钙长石均匀混合体与层状组构样品)半脆性一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

3、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

4、和变形机制最有效的方法。关键词先存组构流变强度各向异性岩石中图分类号：P313文献标识码：A文章编号：0253—4967(2014)03—0918一l1O引言花岗质岩石的流变实验是认识中上地壳流变结构的主要途径，是大陆动力学研究的重要环节。通过对均匀结构花岗岩样品流变实验研究(Dell’Angeloeta1．，1996；Schulmanneta1．，1996；Bagdassaroveta1．，1998)，初步建立了中上地壳的流变结构。然而，大量野外地质研究表明，在高应变区，花岗岩因变形而形成的层状结构

5、是地壳深部变形的主要特征。例如在上地壳，通过长石的分解，形成云母条带层(Evans，1988)；在中下地壳，s—c组构普遍存在(Listereta1．，1984；Shimamoto，1989)，形成带状或斑状花岗质片麻岩、糜棱岩(Sehulmanneta1．，1996)。由于花岗质岩石中的变形层状组构导致岩石出现各向异性，不仅影响岩石的强度，而且对后期变形具有显著控制作用。例如，Liu等(2013)对辽东半岛拆离断层内构造岩的研究发[收稿日期]2014—01_O1收稿，2014—06—27改回。[基金

6、项目]国家自然科学基金(41374184)和地震动力学国家重点实验室自主课题(LED2013A05)共同资助。通讯作者：周永胜，研究员，E—mail：zhouysh@ies．ac．cn。3期刘贵等：先存组构对各向异性岩石流变强度的影响919现，构造岩显示中温变形组构被低温变形组构改造，结合年代学数据得出，辽东拆离断层经历了2期变形，早期为中温韧性剪切，晚期为低温脆性一韧性转化域的剪切变形，这表明拆离断层形成和发育程度受中地壳岩石的流变——脆一韧性转化变形控制。由于这2期剪切变形都发生在同一拆离断层带上

7、，后期的脆一韧性变形是在已经变形的糜棱岩基础上发展的。早期糜棱岩变形组构不仅控制了拆离断层带后期变形的发生与发展，而且影响了地壳伸展与减薄。采用非均匀样品，进行高温、高压流变实验，是研究先存组构对各向异性岩石流变影响的直接途径。前人对具有层状组构的各向异性岩石的半脆性破裂实验有了初步的结果，但研究组构对岩石流变影响的实验非常少(刘贵等，2013)。早期开展的层状页岩和云母片岩的脆性一半脆性破裂实验(Jaeger，1960；Donath，1961，1964，1972；Borgeta1．，1966；Pat

8、ersoneta1．，1966；McLamoreeta1．，1967；McCabeeta1．，1975)表明，层状结构对岩石破裂强度有显著的影响：当先存变形面理与最大主应力方向的角度为45。时，岩石强度最小。但是，也有一些层状岩石破裂实验显示，破裂强度可能在与面理呈30。方向时最小(Donath，1961，1964；McLamoreeta1．，1967)。云母片岩半脆性流变实验(Gottsehalketa1．，1990；Sheaeta1．，1992，19