构造变形流变场分配多尺度数值模拟研究.pdf

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1、doi：10．16539~．ddgzyckx．2016．01．001卷(Volume)40，期(Number)1，~,(SUM)150大地构造与成矿学页(Pages)l-13，2016，2(February，2016)GeotectonicaetMetallogenia构造变形流变场分配多尺度数值模拟研究向必伟，姜大志2，谢成龙，胡召奇4(1．安徽大学资源与环境工程学院，安徽合肥230601；2．加拿大西安大略大学地球科学系，加拿大伦敦N6A5B7；3．合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥230009；4．安徽省地质调查院，安徽合

2、肥230001)摘要：流变场分配(flowfieldpartitioning)现象在自然界高应变岩石中十分常见。传统的基于固体连续变形机制理论的变形分析中，流变场分配问题往往被忽略，致使应变带中流变场如何分配一直都缺乏深入认识。Eshelby阐述了嵌入均匀介质中的椭球体内流变场的数学方法，为探讨流变场的分配奠定了理论基础。本文从固体连续变形机制入手，重点介绍基于Eshelby理论的多尺度数值模拟思路和方法，探讨流变场分配问题。模拟结果表明：嵌入基质中的椭球体内分布的流变场主要取决于椭球体与基质问的相对流变强度，椭球体的相对流变强度越低

3、，其变形越接近于简单剪切，且有限应变积累越快。模拟还揭示，不同流变强度的椭球体内模拟拉伸线理和面理产状的总体格局反映基质流变场特征。由此得到以下结论：(1)在流变场分配现象显著的区域，局部小尺度上应变、涡度测量分析结果无法直接揭示区域流变场运动学边界条件，对这些区域的构造变形分析必须是多尺度的；(2)基于Eshelby理论的以实质变形组构为约束的多尺度数值模拟分析，能更为合理地揭示高应变岩石中流变场的分配。关键词：流变场分配；连续变形机制；Eshelby理论；多尺度；数值模拟中图分类号：P542文献标志码：A文章编号：1001—155

4、2(2016)01．0001-O13Ramsay和Graham开创了岩石韧性变形的平面0引言应变模式，并将应变带假设为局限于刚性边界内的构造地质学研究的一个关键目的是通过实际观均匀连续体，应变带内流变场由边界的相对运动产察的变形构造揭示宏观区域变形的流变场及其对应生(RamsayandGraham，1970)。在Ramsay变形分析的运动学边界条件。Lister和Williamsf1979)~1入了思路的启发下，许多学者对自然界应变带的流变场简单剪切和纯剪切变形的概念来描述岩石变形的流模式开展了深入研究，流变场模式也从二维平面应变场，

5、Ramberg(1975)深化了这一概念并依据流变场变逐渐推广到三维单斜变形模式(Sandersonand中物质线与瞬时拉伸轴间的关系对变形形式进行了Marchini，1984；FossenandTikoif,1993；Tikofand分类。同一时期研究者先后提出，纯剪切和简单剪Fossen，1993)和一般三斜变形模式(JiangandWilliams，切是两种端员模式流变场，自然界流变场是由这两1998；Lineta1．，1998)。Ramasy及其后续变形模型的个分量构成的，两者的相对大小可用运动学涡度数理论基础是连续统内的均匀

6、介质变形(Jiang，2013)，(kinematicvorticitynumber)来衡量(Truesdell，1953；其中任意一物质点的运动学直接反应了连续统的宏Meanseta1．，1980)。观流变场特征。基于这一假设，实际构造变形分析收稿日期：2014—09—27；改回日期：2015．05．08项目资助：国家自然科学基金项目(41472194，41002069，40902064)资助。第一作者简介：向必伟(1976～)，男，副教授，从事造山带构造变形分析等方面研究。Email：xbw1977@163．com2知斟挝二第4O

7、卷中研究者通常用从任意尺度构造(如：露头构造、手体，椭球体内部的有限应变主轴模拟变形组构。这标本构造、显微构造)获得的流变场代表宏观区域流一简单模型可以模拟三个尺度间的构造变形关系，变场。例如宏观尺度、露头尺度以及组构尺度，因此这一然而，局部流变场与区域流变场往往并不一致模型是多尺度的。模拟计算揭示，椭球体相对于基(Kuipereta1．，2011)，ListerandWilliams(1983)称之质的流变学强度越低，其变形越倾向于简单剪切为流变场分配(flowfieldpartitioning)。在野外观察的变形，并且有限应变的积

8、累越快；单一椭球体内基础上人们对流变场分配取得了一些直观的认识，的流变场都不等同于宏观流变场，但全部椭球体如自然界的应变集中带往往比围岩“软弱”，易于变内发育的模拟面理和拉伸线理产状的总体格局能形：简单剪切变形往往集中在