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构造应力场的基本概念

如题所述

构造应力场(tectonic stress field)是构造地质学的理论基础之一,是研究地块变形和动力学之间的桥梁。

“构造应力就是在一个空间范围内构造应力的分布”(王仁,1982)。格佐夫斯基(Γзовский,1957)把构造应力场定义为“作用在地壳某一地区内部的和由于这一地区某种变形的构造单元发育而出现的应力总和”。

应力场是一种物理场,是物质存在的一种形式。

一点的应力状态是由该点的附加内力所决定的。受力物体各点的应力状态的总和表征了该物体中应力的分布状态,称为该物体的应力场。

野外各种构造形迹是地层或岩石在地壳运动中变形的产物,其变形大小及其力学性质与构造应力大小、方向、性质及组成地块的岩石在物理环境下的力学性质有关。

地质学中将地壳或岩石圈中存在的应力称为地应力。它包括由上覆岩体或岩层重力所引起的及与构造运动有关的两部分。由重力引起的应力,一般认为符合Heim假设,在上覆岩体长期作用下,介质力学性质发生变化,使重力所引起的应力差逐渐消失,即σxy=ρgz。这种应力状态称为静岩应力状态或称标准应力状态,其展布空间称为大地静力场,其垂向上的压应力σ′z和横向上的压应力σ′x,σ′y分别为

构造应力场控岩控矿

式中:ρ为岩石密度;g为重力加速度;z为深度;v为泊松比

可见,在地壳浅部,垂向静岩应力一般比横向静岩应力大2倍以上。在地壳深部,由于岩石趋于黏性状态,垂向和横向上的静岩应力趋于相等。地壳深部各向等压的静岩应力状态又称为静岩围压状态。

现今地应力测量表明,地壳中垂向主应力σz(单位为MPa)和深度z(单位为m)的线性关系十分明显(万天丰等,1988)。

σz=0.257z+1.66 (2.65)

对比σz=ρgz可知,地壳中垂向主应力σz和垂向静岩压力σ′z的数值在同一深度大致相等,表明地壳中存在的垂向主应力主要为静岩应力所引起的。

现今地应力测量还表明,地壳中水平方向的主应力值与深度之间不仅不存在明显的线性关系,而且在许多地方,水平方向的主应力值既高于垂向主应力值,也高于横向静岩应力值。N.Host(1980)根据斯堪的纳维亚地区地应力测量的结果,得出该区水平主应力之和σxy与深度z之间大致存在如下关系:

σxy=A+Z(0.99±0.33)(2.66)

式中:A=(191±1)×105Pa。

该式表明,该区同一深度上的水平方向主应力值大于垂向静岩应力值。在地应力中偏离这个状态的那部分,称为构造应力。它又包括由当前构造运动所引起的和由过去构造运动所遗留下来的(称为残余应力)两部分。在一个空间范围内,构造应力的分布称为构造应力场。受到某种应力场控制,相应出现构造形迹的空间,称为构造形变场。

构造应力场是随时间变化的。由任一瞬间构造应力场产生构造应变称增量构造应变。而在某一时间范围内,各瞬间增量构造应变的总和称为有限构造应变,简称有限应变。

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