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岩层的产状和岩石变形(2)

时间:2010-07-03  归属:地质学基础

  (三)测量产状要素的方法

  测量岩层的产状要素必须用地质罗盘。地质罗盘的外形为方形(长方形)和八边形。它的主要构件有:磁针、顶针、制动器、倾斜仪和底盘等。另外,在底盘上还带有刻度的圆盘和水准气泡。刻度从0°—360°,按逆时针方向刻制,东与西的位置和实际相反。罗盘上的N表示北(0°);E为东(90°);S为南(180°);W为西(270°)。比如测得一个数据是60°,60°在N与E之间,则表示为NE60°;若测得数据为300°,300°在N与W之间,则表示为NW300°。60°与300°都称方位角。

  测走向时将罗盘的长边(即NS边)与层面贴靠、放平、气泡居中后,北针所指的度数即为所求的走向。测倾向时用罗盘的N极指着层面的倾斜方向,使罗盘的短边(即EW边)与层面贴靠、放平,北针所指的度数即为所求的倾向。测倾角时将罗盘竖起以其长边贴靠层面,并与走向线垂直,罗盘指针上挂的倾斜仪所指度数就是所求的倾角。表示走向和倾向都用方位角。因为走向具有两个指向,可用两个方位数值来表示,二者相差180°,如NE35°,SW215°。倾向仅有一个指向,只用一个方位数值表示,如SE125°。倾角的变化介于0—90°,如∠45°。上述产状合在一起记录为

 

  在野外测量产状要素,往往只记录倾向和倾角,如SE125°,∠45°。只有当岩层近于直立时,才记录走向。另一方面要把岩层的产状符号标注在地形图的相应位置上,如图所示。产状符号一般是一长线、一短线互相垂直作“T”字形,长线代表走向,短线代表倾向,这两条线都要按实际方位画在图上,在短线一侧写上倾角的数字(用阿拉伯数字),不必标记“度”的符号(小圆圈),以免和“0”相混。

  地质图上常用的产状符号如下:

  

  二、岩石变形

  (一)应力、应力场、应变椭球体

  岩层所以由水平岩层变成倾斜岩层、直立岩层、倒转岩层,无疑这是受到力的作用的结果;岩层发生褶皱和断裂,也同样是这一原因。当一个物体受到力的作用时,它的形状或体积发生变化,或者形状和体积同时发生变化,这就叫作变形。变形物体所受的力,可分为二种,即外力和内力。外力是指施加于物体的力;内力是指物体受外力作用,内部产生的与外力相抗衡的力,也就是物体抵抗外力发生形变时产生的各部分之间相互作用的力(这里所说的内力和外力是指力而言,以前曾讲过的内力作用和外力作用是指地质作用而言。二者概念不要混淆)。在物体内任一截面上单位面积的内力,称为应力,应力的大小以kg/cm2来表示。在地壳内岩石中的应力,称为地应力。更确切地说:组成地壳的岩石,在构造运动所产生的构造力的作用下,其内部各点产生的应力,称为地应力,也称为构造应力。构造应力分布的空间称为构造应力场,或简称应力场。

  为了说明构造应力场,也就是构造应力的空间分布规律,通常采用“应变椭球体”来作几何形象的解释。

  比方,在各向同性的岩石中,任取一立方体,假想其中存在一个圆球体,当立方体受三向不等力发生均匀变形时,在不超过极限的范围内,原来的圆球体即变成三轴不等的椭球体,称为应变椭球体。如果把三度空间的应变椭球体,简化为“应变椭圆”,如图所示,即可以从平面上看出岩石受力时的应力场情况,也即各种应力的空间分布情况:

  图中CC′方向为压应力最大的方向,AA′为张应力最大的方向,与最大压应力或最大张应力方向成45°的方向,即TT′和T1T1′为最大剪切应力的方向。所以,AA′面为承受最大压应力的变形面,CC′为承受最大张应力的变形面,TT′、T1T1′为承受最大剪切应力的变形面。在构造运动过程中,实际上张应力、压应力和剪切应力皆同时存在,并按椭球体中各种应力的相互关系而分布,构成应力场。这三种应力的任何一种都可使球体变成“应变椭球体”。应用应变椭球体来分析地质构造的力学成因及其几何分布规律,是既简便而又有效的方法。

  (二)岩石变形的阶段和影响岩石变形的因素

  构成地壳的岩石是坚硬的,厚度和体积是巨大的,怎么会产生变形呢?首先,应该知道岩石变形的三个阶段:

  一是弹性变形,岩石受外力(不超过弹性极限)发生变形,当外力去掉后变形立即消失,这种变形即为弹性变形。地震时所产生的弹性波(地震波)即属于这种性质,弹性变形在地壳岩石中不留任何痕迹,所以对研究地质构造来说,意义不大。

  二是塑性变形,岩石受外力(超过弹性极限)发生变形,当外力消失后,不能恢复原来形状,而形成永久变形,并仍然保持其连续完整性,这样的变形称为塑性变形。在地壳中普遍地保留下了属于塑性变形的褶皱构造等重要地质现象。如在上中,沿着AA′方向,容易在压应力下形成褶皱。

  三是断裂变形,岩石受外力达到或超过岩石的强度极限时,岩石内部的结合力遭到破坏,产生破裂面,失去了它的连续完整性,这种变形即为断裂变形。所谓岩石的强度极限,是指在常温常压下使岩石开始出现破裂时的应力值,也称破裂极限。地壳中广泛地存在各种断裂构造,即属于此种变形。如在图中,沿着CC′方向容易产生张性断裂;沿着TT′和T1T1′方向容易产生剪切断裂。

  由于岩石性质不同,有脆有柔,其变形性质也不相同。一般说来,脆性岩石当外力作用达到一定程度,即由弹性变形直接转变为断裂变形,没有或只有很小的塑性变形。柔性较大的岩石,当外力作用增大,超过岩石的弹性极限时,则由弹性转变为塑性变形;再继续施力,就会产生断裂变形。

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