深成岩体膨胀与共轴构造变形之间相互干涉作用的三维计算机模拟及其野外应用

与深成岩体有关的和与构造有关的应变场的相互作用,基本上控制了造山带的地质构造。不过,人们对这种构造的几何形态和演化却知之甚少。例如:(1)区域构造共轴变形时,这种构造的几何形态如何?(2)构造的几何形态又是如何随递进变形而变化的?对诸如此类的问题,本文进行了应变形态、应变量级的三维计算机模拟,演示了由深成岩体膨胀和均匀共轴构造变形产生的面理、线理图象。该模拟指出,深成岩体膨胀和区域单轴缩短作用相互作用所产生的应变图象,与区域单轴扩张或区域共轴变形产生的应变图象不同。例如,区域缩短作用在岩体周围产生油炸面圈状收缩环,区域扩张则在岩体周围产生苹果状的压扁区;缩短作用只产生一个围绕岩体的连续的油炸面圈状低应变区,扩张作用则在岩体两端产生两个独立的椭球状低应变区。另外,区域缩短作用产生有二维三角形切面的面理环,线理则呈同心状围绕最大缩短轴分布,区域扩张作用则在岩体两端产生两个独立的面理锥、线理锥。所有这些构造元素和应变元素都因岩体膨胀率增大移离岩体,因构造变形率增大移向岩体。尽管对岩体周围构造的研究通常都需要结合显微构造测量、辐向测量和野外测量,该模拟得到的构造模式图还是可以用来估计:(1)岩体周围构造的几何形态及其起源和演化特征;(2)变斑晶内包裹体痕迹的形成机理;(3)与岩体相关的应变对围岩内测得的应变的影响;(4)区域运动系统的类型及其定向。     

碎斑状阿尔卑斯型橄榄岩中的斜组构:一种用于上地幔流变的剪切方向标志

对意大利西北部Voltri地块中超铁镁质的阿尔卑斯型橄榄岩详细构造研究,揭示出碎斑状构造岩中存在斜组构.这种构造岩的主面理,由具有未变形结构的粒状尖晶石二辉橄榄岩中公里级剪切带内高温流变作用引起的辉石拉长和尖晶石定向排列而构成.这种构造岩中的斜组构以与构造面理夹角达40°的拉长橄榄石和显著的颗粒边界线状排列为特征.此外,膝折型亚颗粒边界常常与(100)面平行,并显示出与构造面理呈大角度相交的优选方位.在具有这种斜向颗粒形态组构的构造岩中,橄榄石的晶格优选方位型式表现为[100]和[001]的双峰态分布.推测斜组构和双峰态方位分布起因于伴有不利取向颗粒消减,变形颗粒边界迁移的高角度膝折式颗粒边界的发育.据斜组构确定的剪切方向与据晶格优选方位、不对称辉石碎斑系以及出现显微构造的剪切带填图尺度几何学确定的剪切方向一致.因此,这些斜组构是上地幔剪切带中高温流变作用的可靠的运动学标志.     

再考查深成岩体侵位作用

以前有关深成岩体的侵位研究都试图解释岩体侵位空间如何形成。事实上,幔源岩浆侵位期间在地壳中“制造空间”的途径不外乎:(1)莫霍面降低;(2)地球表面外移。其它的“岩体侵位机制”均是不增加地壳体积的物质迁移作用(MTPs)。得到广泛引用的“同心带状气球膨胀岩体”侵位时的MTPs是岩体附近围岩的韧性流动。这类深成岩体附近可能形成的构造和总应变与岩体的三维形态、接触变质带的宽度以及岩体是否为刺穿底辟有关。对于非刺穿底辟,还与岩体运移区半径有关。我们重新考查了几个这样的岩体,并计算了韧性流动引起的物质迁移总量。围岩流动需要的物质迁移总量没有大于40％的情况,多数为15％～35％。围绕这些岩体的接触带很窄,应变亦很低,反映这些深成岩体主要是一些具有较窄(0.1—0.4个岩体半径)的整合或不整合接触带的岩体。天然岩体接触带中的应变与底辟力学模型中的应变相比,至少小一个数量级。我们认为,球形体底辟上升模型与同心带状岩体之间的相似是表面上的,因为模型太简单了。事实上岩浆的上升和侵位需要多重近场和远场MTPs。MTPs将随深度、与岩浆之间的距离及时间等显示梯度变化。近场MTPs速率必定是快速的,而远场速率可能接近于造山作用的长期平均速率。     

用侵入体年龄确定区域变形的时代——通常所用标志中的问题

通过对加利福尼亚中内华达山脉富特希尔斯(Foothills)岩带内的构造前侵入体的研究,结合对同构造和构造后岩体研究成果的评述,表明不能用单一标志来确定岩体侵位与区域变形的相对时间先后。通常所用的标志是,岩体是否发生了变形,是否切割区域构造,是否伴生有在区域构造之后形成的变斑晶。然而,所有的三类侵入体都可能:(1)变形或未变形;(2)有切割围岩构造的接触带;(3)其接触变质带中有显示不同时间关系的变斑晶。由于这些标志意义不甚明确,因而特别需要仔细研究整个岩体及围岩中的构造,尤其要注意岩体接触带与区域构造呈高角度相交的区域。从这种意义上说,变斑晶-劈理关系是一个重要的工具,但应用时也须谨慎行事。     

岩石韧性及其对山带中构造发育的影响

引言本文的目的是探讨构造几何形态的特征,尤其是由岩石流动而发育的构造,同时讨论这些构造与造山带地壳形状的总体变化的联系.选择的一些解释力学原理的实例,多数是由于天然岩石变形时产生的力学不稳定而发育的构造.虽然,岩石变形的某些几何原则的证据常在单个露头尺度上能很好地被识别,但我要强调几乎所有这些原则是不受尺度的影响的.露     

Montmarault花岗岩的磁性组构分析

在Montmarault花岗岩体东部分支上进行了磁性组构研究.磁性面理(与围岩中的磁性面理一致)和磁性线理的代表性倾向在岩体东部(二长花岗岩)向SE,在岩体西部(花岗闪长岩)向NWW,暗示着存在一个轴向SW倾的背形构造,该SW方向与某些点上的磁性线理相一致.     

逆冲系统中侧向褶皱的识别——以科比耶尔和贝蒂克科迪勒拉山脉为例

在褶皱逆冲带中常可到褶皱轴几乎与平均构造运移方向平行的褶皱,特别是在弧形带边缘。这样的构造通常用构造叠加来解释,但在某些情况下,用侧向褶皱解释这些构造更接近实际。侧向褶皱是从侧向下盘断坡继承发展起来的,开始形成时与构造运移方向大致平行。为了识别前缘褶皱和侧向褶皱,我们根据两个地区的野外实例建立了数个标志,这两个地区是:贝蒂克科迪勒拉山脉(西班牙西南部)和科比耶尔逆冲前缘(法国比利牛斯山脉东北部)。这些地区均发育有与区域构造运移方向平行的褶皱。前缘褶皱和侧向褶皱的差异涉及到几何形状、构造演化和包含叠瓦柱的顶板地层中应变调整方式。注意到在一个双重构造或一个断夹块上沿垂直于运移方向的顶板岩层被减薄。我们对伸展地区进行了详细观察,并用这两个地区的例子进行说明,这样我们就可以解释这些造山带的某些构造问题,如,逆冲序列和与逆冲有关的劈理的演化。     

薄皮构造带的应变和构成史——穿过苏格兰西北部阿辛特区的莫因逆冲断层带上的几个实例

穿过阿辛特区的莫因逆冲断层带是个向前陆扩展的薄皮逆冲断层带的典型实例,对于研究与逆冲断层有关的褶皱、变形作用产生的结构和应变,以及研究复杂的增量应变的历史是理想的实例。离散的运动方向、斜向褶皱、双重构造(duplex)带和垂直于主要运动方向的拉伸应变等,全都可以用逆冲断层的扩展来解释,扩展结果引起了斜断坡至断坡的发育。大多数逆冲断层都沿运动方向从基底往上切断盖层,但是还有逆冲席体的局部的拉伸性塑流与变薄。在阿辛特北部,此逆冲断层带包括有一条宽阔的、直立的左旋剪切带,这个剪切带范围内前逆冲断层、后逆冲断层以及伴生的褶皱、劈理等都与总的运动方向斜交。本文提出,在该剪切带以北,那些逆冲断层都运动得更远,很可能是盖在较厚层的下面,而在此剪切带以南。则运动是更加断断续续的,很可能是盖在较薄盖层的下面。这种变化很可能归因于逆冲断层的几何特征。在莫因逆冲断层带以东的莫因系地层里的改变,导致了整个莫因逆冲断层线上重力位能的变化。     

采用ABAQUS的粘胶机织物拉伸力学性能仿真

为预测织物拉伸性能,采用有限元方法对织物拉伸力学进行数值模拟分析。在实测织物几何结构参数的基础上,借助纺织建模软件Texgen建立了织物模型;利用有限元软件ABAQUS模拟织物拉伸环境,设置材料属性、相互作用和边界条件,得到织物拉伸变形后应力分布云图以及拉伸时应力—应变曲线图等数值模拟结果;最后通过织物拉伸强力测试实验对数值模拟结果进行了验证。结果显示：模拟所得应力—应变曲线和实验所得拉力—伸长曲线上升趋势大致相同;模拟所得最大拉伸应力与实验所得拉伸应力平均误差为3.03%,证明了采用ABAQUS有限元软件模拟粘胶织物拉伸力学性能的是可行的。     

瑞士赫尔维特褶皱-逆冲断带发育中剪切的作用

阿尔卑斯赫尔维特推覆休的几何特征表明,强烈的内部变形主要是在推覆体运移过程中由简单剪切引起的。推覆体以软弱层为界,并且在构這运移方向上切过强硬层向上举移,地层的层理与推覆体界面斜交。冲断面继发育在下伏的前三叠纪的片麻岩基底中的韧性剪切帶而形成。随着变形增大,较宽的剪切带向下变窄形成强烈剪切带,并最终成为冲断层。顺着与剪切面针交的强层的压缩产生了纵弯褶坡。这些褶皱的几何形态由于受进一步的剪切而被改造,如当它们的正常翼位在简单剪切应变椭圆的伸张区内时导致了正断层。     

瑞典北部横切斯堪的纳维亚的火成岩带中镁铁质—长英质岩之间的深成作用

中元古代(1.84～1.76Ga)横切斯堪的纳维亚的火成岩带(TIB),从瑞典东南穿过波罗的地盾向北一西北方向延伸,一直延伸到加里东造山带之下作为基底岩石.也有学者提出,在加拿大该岩带是横切拉布拉多的岩基的延伸部分.在瑞典该岩带的构造位置处于东部较老的瑞典-芬兰地体和瑞典西南片麻岩区之间,而且将其归因于安第斯类型深成作用的产物。该岩带与片麻岩的关系还不十分清楚,但可以肯定由于瑞典-挪威变形作用对岩带的     

Guerande花岗岩体内的磁化率各向异性与岩体构造

为了绘制Brittany南部(法国西部)的Guerande 浅色花岗岩同构造期岩浆构造图,采用了以下的综合方法:一方面,进行广泛的野外调查工作和室内镜下观察;另一方面,开展详细的磁性组构调查。通过前一项研究,得出岩浆流面的走向一般为ENE—WSW,向北缓倾;而岩浆流动方向为NNE,倾角中等。并由此推断该岩体为一个根基不深的叶片状体。由磁化率各向异性所确定的磁性组构主要与赤铁矿—钛铁矿晶粒有关,而它们的平均岩石磁化率约为3.10~(-6)克/奥斯特。磁性条带(Kmax)与岩浆流动方向非常吻合,而磁性层(Kmax—Kint面)与岩浆流面的吻合性较差。磁化率各向异性的定量分析使我们有可能把数据分成两个区域:一个呈面线状椭球体,与主要呈粘性流动的花岗岩体的中心部分相当;另一个压扁域与北部边缘区有关,在那里出现初始阶段的正片麻岩化,即固态条件下的某种变形。与传统构造方法的这种有效对比。将鼓舞我们在岩石的显微构造状况已经十分清楚的情况下,可以把磁化率各向异性方法作为花岗岩岩体构造填图的较为常规的方法加以使用。     

Ballarat板岩带变质沉积岩的劈理形成与体积变化

澳大利亚东南部的Ballarat板岩带的砂屑岩,有发育完好的分异或间隔劈理,它由层状硅酸盐域与富石英域交替组成(分别称P域和Q域)。据各域的显微构造和化学研究分别得到的应变分析说明,P-Q组构的形成与溶液迁移的平面应变变形有关,这种变形在P域中的主有限缩短是相邻Q域缩短的两倍。P与Q两域中普遍发育的石英-钠长石-绿泥石附生现象说明,有限伸长显著,同构造黄铁矿变斑晶周围发育的压力影的有限伸长在100％以上.这种分析与已知体积恒等变形相符合,因此手标本尺度上物质总量无增减。这些观察符合于在静态流体中通过扩散使溶液迁移大至几厘米,并不需要,但不完全排除,早先研究中提出的劈理形成时有贯穿板岩带的大规模对流式流体迁移。     

管状纺织复合材料力学性能的有限元分析

在翻衬过程中,由于管状纺织复合材料的管径小于原管道的内径,或原管道存在变形,要求管状纺织复合材料受压后在环向有一定的应变,从而使其紧贴在管壁上。通过有限元方法对管状纺织复合材料翻衬时的应力与应变情况进行了分析,用计算机模拟的应力应变值来评判管状纺织复合材料在一定翻衬压力下是否达到了工程要求的应变,当管状纺织复合材料几何参数和材料参数一定时,通过有限元分析修复管道管径的范围。采用定负荷拉伸试验对有限元分析的结果进行了验证,其试验值与有限元模拟值基本吻合。     

构造地质学研究概况——逆冲带仍是当前研究的热门课题

近年来,从单个颗粒直至岩石圈尺度上对天然变形的定量分析已获得了重要进展。人们正根据实验室中所获得的各种方法和手段来确定不同造山带变形机制的性质、变形速度以及构造活动的持续性。现在对变形期间岩石组构的改变已能借助计算机辅助图象分析定量地表示出来。但对变质构造岩的显微结构及变形机制的分析越来越依赖于地球化学和岩石学方面的技术。作者和Robert P.Wintsch(印第安纳大学)最近的工作表明,岩石组     

关于花岗岩内岩浆流面和构造面理区分准则的评述

花岗岩内的面理形成于岩浆流动,“准岩浆流动”、高温固态变形及中,低温固态变形.关于花岗岩内的面理是由岩浆上升期的流动和底辟侵位及侧向扩张时的流动形成的,还是在与区域变形同时,侵位过程或在侵位之后的区域变形中形成的,在过去的文献中,没有提出过有效的区分准则。然而由自形岩浆矿物定向排列而厘定的面理,尤其当这种面理平行于岩体的内外接触带时,可以证明是岩浆成因的。岩浆底辟的“气球膨胀”或扩张期间形成的面理,也可确定为岩浆成因的,虽然有些学者指出可能有固态变形出现。如果如此,我们将希望能找到晶体-熔体系的变形及高温条件下固态变形的证据。同构造面理的有力证据是岩浆流面与高温固态变形面理近于平行.这些面理与围岩中的区域面理一致,并在围岩内存在同构造变斑晶,火成矿物与伴随区域劈理产生的变质矿物同期生长。如果花岗岩内的面理是由变质矿物厘定的,而火成矿物无定向排列,且面理与侵入体接触界面局部以高角度斜交,而与围岩中的区域性劈理相连时,则说明该面理是构造成因的。     

三维编织复合材料拉伸微变形的测量与损伤破坏声发射监测

为监测三维四向编织复合材料拉伸过程中的变形与损伤破坏行为,采用声发射(AE)与数字图像相关互补技术,有效获取复合材料表面局部微变形信息和内部损伤源动态演变特征。结果表明:当复合材料拉伸应变值增加到0.45%左右时,纱线交织区域开始出现明显应变集中;随应变水平进一步提高,应变集中分别向纱线横向、纵向扩展,伴随较多AE信号,出现刚度下降;在应变水平接近1.13%时,表面应变场形成以纱线为受载主体的锯齿形应变集中带;基于K-means聚类分析表明,复合材料基体开裂、纤维/基体脱黏和纤维断裂对应的AE幅度分别为40~60、55~100、40~90 dB;随编织厚度增加,复合材料皮芯结构外部区域占比降低,导致材料抗拉强度下降,但AE峰值幅度和频率无明显变化。     

应用反演法计算尼日利亚Nun River油田断层的三维几何形态和滑动向量

把一种确定任何形状和规模正断层的三维几何形态的通用自动方法应用于尼日利亚Nun River油田的三维地震反射数据中。除了计算断层几何形态外,此法亦自动追索扩张方向(如滑动向量的水平分量),而不需要事先对断层形状或扩张方向有任何了解。计算结果是通过求多套断层(根据两个或多个上盘地层的观察几何形态计算出)间的最小不拟合值而得到的。在所讨论的例子中,预测断层面与地震成象断层形状极为一致。尽管计算的扩张方向与断层的平均走向斜交,但此参数值未能较好地解决。我们的方法与标准平衡剖面模型在两个重要的方面有显著的不同。首先,我们假定扩张方向是未知的;第二,应用反演理论保证能够确定断层的计算几何形态的正规可靠界限。这一点对勘探或生产中所遇到的一系列地质问题都有重要的意义。特别是,一旦确定了三维位移场,上盘构造的三维重建恢复等难以解决但又重要的问题则变得容易解决了。     

不列颠群岛北部及相邻劳伦和波罗的各地体的早元古代构造综述

本文运用Piper(1976)的劳伦和波罗的地体在格林威尔造山前拟合的修订方案,回顾了英国刘易斯期杂岩及邻区劳伦和波罗的早元古代造山带的构造。整个区内于1.9～1.8Ga期间在会聚方向上的明显一致性说明重建是正确的,并且表明北大西洋地区在早元古代期间经历了相同的运动型式。推测的该区2.6～1.6Ga期间的板块构造历史可划分为四个阶段。(1)2.6～2.4Ga:北大西洋克拉通内共轭剪切带系统的形成;(2)2.4～2.0Ga:古老克拉通内裂谷作用和岩墙就位;大洋和陆间盆地的形成;(3)2.0～1.8Ga:随着岩浆弧的产生,古老克拉通活动边缘发生消减,随着克拉通内盆地的封闭,克拉通发生碰撞作用;(4)1.8～1.6Ga:与先前构造带一致的新活动边缘的形成,在混杂的大陆组合内会聚方位有巨大的改变。     

挪威西部Sunnfjord Staveneset地区加里东期挤压构造和造山晚期伸展构造

研究区位于挪威西部,是Kvamshesten伸展剥离断层带(KDZ)上盘的一部分。KDZ下盘为含榴辉岩的下地壳岩石,上盘是一套前寒武纪基底-盖层对组合。盖层由志留纪大陆边缘沉积物,一套志留纪仰冲混杂岩和一套晚奥陶世蛇绿岩以及泥盆纪Kvamshesten盆地沉积物组成。盆地沉积岩系与前泥盆纪岩石为不整合沉积接触关系。蛇绿岩仰冲和加里东期Scandian造山运动发育一套绿片岩相条件下的倒向SE的挤压构造。随着造山垮塌的开始,中上地壳形成了伸展剪切带,使挤压剪切带与组构重新活化,继承性组构的运动方向逆转,从上盘向SE运动转为向NW向运动,区域伸展构造叠加在挤压构造之上。Staveneset地区造山垮塌早期阶段的主要构造特征是,不对称向西倾倒褶皱使主期挤压叶理发生反向褶皱作用,和混杂岩带中沿软弱岩层的NW和W向剪切和半韧性断裂。挤压组构与最早伸展组构之间不存在变质间断,然而,伸展构造发育在脆性逐渐增强的条件下。泥盆系沉积在Kvamshesten剥离断层上盘的一套岩石之上,该剥离断层在晚志留世—早泥盆世时就已经历了显著的伸展变形和构造剥露。直到现在,在讨论泥盆系盆地形成的构造控制作用时,大多忽略了西挪威伸展剥离断层上盘伸展变形的作用。