中国地质科学院地质力学研究所
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共轭剪切角的流变学意义

张逸昆. 共轭剪切角的流变学意义[J]. 地质力学学报, 2007, 13(3): 212-219.
引用本文: 张逸昆. 共轭剪切角的流变学意义[J]. 地质力学学报, 2007, 13(3): 212-219.
ZHANG Yi-kun. RHEOLOGIC IMPLICATIONS OF CONJUGATE SHEAR ANGLES[J]. Journal of Geomechanics, 2007, 13(3): 212-219.
Citation: ZHANG Yi-kun. RHEOLOGIC IMPLICATIONS OF CONJUGATE SHEAR ANGLES[J]. Journal of Geomechanics, 2007, 13(3): 212-219.

共轭剪切角的流变学意义

  • 基金项目:
    国家自然科学基金面上项目(Project No.40572119)
详细信息
    作者简介: 张逸昆(1963-), 1989年毕业于南京大学地球科学系, 1997年自费赴美国留学, 2003年回国, 现为南京大学博士后, 从事地球动力学、构造地质学及地球物理学的教学和研究工作。E-mail:zyk@nju.edu.cn, zyk@nju.edu.cn
  • 中图分类号: TU45

RHEOLOGIC IMPLICATIONS OF CONJUGATE SHEAR ANGLES

  • 基于最大侧向位移速率假设(Maximum lateral displacement rate, 简称MLDR), 本文提出了一个关于共轭剪切角的流变学理论。根据这个假设, 无论是压应力或张应力作用在一个固体上, 剪切带总是沿着使得被剪切带分割的块体的侧向位移速率为最大的方向发育。换句话说, 如果平行于驱动应力的纵向位移速率或驱动应力的大小被看作为边界条件, 那些被剪开的块体总是以最快的可能速度从两侧挤出或饲入变形区。该理论的优点是:剪切位移的方向是可逆的。因此, 同一剪切带可以在挤压和拉张应力体系中活动。在各向同性固体中, 剪切带的方位和驱动应力方向之间的夹角θ由方程式 tan θ= 确定, 其中n为描述该固体塑性流动的幂指数。

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  • 图 1  (a) 粗实线描绘地下1000m深处的矿柱上观察到的共轭剪切带, 其共轭角为109°和110°(Boulby煤矿, 克莱福兰, 英国)。垂直虚线指示挖矿用的铲子留下的沟痕, 它们已被沿着剪切带错开(据Watterson, 1999)[1]。(b)用于模拟伸展构造的砂箱实验中观察到的共轭剪切带, 砂层厚为3cm, 用常拉伸速率5×10-3 cm/sec, 通过一可伸长的弹性底层拉至46%的总伸展量。模拟实验的尺度比设计为约10-5, 模型中的1cm代表自然界中的1km。当伸展量超过20%时, 砂箱顶面出现图中所示的共轭剪切带, 测得其共轭角为109°(据Bahroudi et al., 2003)[3]。(c)加拿大西大省晚太古代花岗绿岩中发育的共轭剪切带方位的玫瑰图, 其共轭角也为109°(据Park, 1981)[4]

    Figure 1. 

    图 2  描述最大侧向位移速率假设(MLDR)的示意图(a)挤压驱动应力情形; (b)拉张驱动应力情形。M LDR假设意味着让被剪切带切割的块体以最快的速度从变形区逃逸出来(在挤压情形, 称为挤出作用)或以最快的速度饲入变形区(在拉张情形, 称为颈缩作用)。

    Figure 2. 

    图 3  一个剪切带模型, 用于计算一个均质、各向同性固体受(a)挤压驱动应力和(b)拉张驱动应力作用时的侧向位移速率。

    Figure 3. 

    图 4  各向同性固体中剪切带的共轭钝角的半值(θ)随其幂指数(n)的变化关系

    Figure 4. 

    图 5  展示了三类构造应力, 它们产生四种不同的构造类型。σ代表构造应力, v代表侧向位移速率

    Figure 5. 

  • [1]

    Watterson J.The future of failure:stress or strain?[J].Journal of Structural Geology, 1999, 21:939~948. doi: 10.1016/S0191-8141(99)00012-7

    [2]

    Ramsay JG.Shear zone geometry:a review[J]. Journal of Structural Geology, 1980, 2:83~89. doi: 10.1016/0191-8141(80)90038-3

    [3]

    Bahroudi A, Koyi HA, Talbot CJ.Effect of ductile and frictional decollements on style of extension[J].Journal of Structural Geology, 2003, 25:1401~1423. doi: 10.1016/S0191-8141(02)00201-8

    [4]

    Park RG.Shear-zone deformation and bulk strain in granite-greenstone terrain of the Western Superior Provinces, Canada[J]. Precambrian Research, 1981, 14:31~47. doi: 10.1016/0301-9268(81)90034-6

    [5]

    Robertson EC. Viscoelasticity of Rocks. In: State of Stress in the Earth' s Crust, W. R. Judd (ed. )[M]. New York: Elsevier, 1964. 181~233.

    [6]

    Zhang Y. Rheologic implications of the geometry of ductile shear zones. In: Maximum Lateral Displacement Rate Theory, Chapter 2. Nanjing, 2005, 123p.

    [7]

    Zhang Y. Rheologic implications of the geometry of low-angle normal faults. In: Maximum Lateral Displacement Rate Theory, Chapter 3. Nanjing, 2006, 123p.

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出版历程
收稿日期:  2007-08-02
刊出日期:  2007-09-25

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