构造应力场的概念及表示

如题所述

(一)构造应力场的概念

受力岩体中的每一点都存在着一个与该点对应的瞬时应力状态,一系列瞬时的点应力状态组成的空间称为应力场(stress field)。应力场中各点的应力状态如果都相同则叫均匀应力场;如果各点的应力状态并不相同,从一点到另一点其应力状态存在着变化,则称为非均匀应力场。

构造应力场(structural stress field)是指地壳内某一瞬时一定范围内的应力状态。构造应力场中应力的分布和变化是连续而有规律的。研究构造应力场的目的就在于揭示一定范围内应力分布的规律、构造应力场的性质、地壳运动的方式和方向及其对区域构造发育的制约关系;推断可能在何处出现的某种构造等。

构造应力场可按其研究对象的规模划分为局部构造应力场、区域构造应力场和全球构造应力场,它们是一个相对概念。从时间上来看,构造应力场又可分为古构造应力场和现代仍在活动的构造应力场。前者只能从地壳上已经存在的构造及其组合特征去加以分析推断;后者则可以通过仪器测定出来。

(二)构造应力场的表示

在构造应力场研究中要确定三个方面的问题,即定时、定向、定量。因此,在表示构造应力场时,也要突出这三个问题。

所谓定时,就是确定构造应力场存在的时期。在地质历史中,同一地区的构造应力场是随时间而变化的,要注意区分不同时期的构造应力场,并将其表示出来。

定向是指确定构造应力的空间方位,通常确定主应力轴和最大剪应力的方向。常用应力迹线和应力网络表示构造应力的方向。应力迹线是指应力场中某种应力方向的变化线。常用的应力迹线有最大主应力迹线、最小主应力迹线和最大扭应力迹线。应力网络是指几组应力迹线分布的几何图像。图3-29表示了纯剪应力场的应力网络。图3-30表示了单向拉伸和单向挤压应力场的应力网络。从理论上分析,最大主应力迹线和最小主应力迹线在各点都是直交的;两组共轭的最大剪应力迹线在各点也是直交的,并且被最大、最小主应力迹线所平分。

图3-29 纯剪应力场的应力网络

应力迹线的绘制主要依据构造变形和光弹模拟实验。在理想情况下,最大主应力迹线与褶皱轴向和逆断层线垂直,与正断层线平行,平分两组共轭剪节理的锐夹角;最小主应力迹线垂直于正断层线,平行于褶皱轴和逆断层线,平分两组共轭剪节理的钝夹角。最大剪应力迹线与褶皱轴、正断层和逆断层线的夹角均为45°,与两组共轭剪节理近于平行。通过光弹模拟实验可计算得出应力迹线。

图3-30 单向拉伸和单向挤压应力场网络

定量是指确定应力值。现代应力值可以直接测量,古应力值可用数学解析法、晶体位错密度法、动力重结晶颗粒大小法和亚颗粒大小法等方法来估算。在此基础上,绘制应力等值线,常用的是剪应力等值线图。

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