既使是同一岩石,但作用其中的应力性质不同,其效果差异很大。岩石在外力作用下抵抗破坏的能力,称为强度。应力性质不同,岩石表现不同的强度,如表7-1所列数字表明:岩石的抗压强度>抗剪强度>抗张强度。以脆性岩石为例,其抗压强度一般比抗剪强度大10倍左右,比抗张强度大30倍左右。所以,岩石在一个应力场中,受张应力作用部分极易断裂,然后沿着最大剪切面的方向形成剪切裂隙。
表7-1 岩石的平均强度(单位:kg/cm2)
众所周知,组成地壳的岩石又硬又脆,但却发生了非常显著的变形,或像柔软的面条一样弯曲(褶皱)了,或七断八裂,切成许多碎块,对此似乎不可思议。实际上岩石变形固然与岩石本身的软硬等性质有关,而更重要的还与岩石所处的外界条件有关,如围压、温度、时间、应力状态等。
所谓围压即岩石所受其围岩的压力。处于地壳深处岩石可达几千几万个大气压。围压能增强岩石塑性变形的能力和提高它的强度。大家知道冰是脆的,受力即破成碎块,但在强大压力下冰可变为塑性物质,冰川所以能够流动就是因为在强大压力下塑性增强的缘故。岩石也是这样,在常态条件下它是坚脆物质,但当岩石处于围压随深度而增加的地下,则变为具有高度塑性的物质。因为围压越大,物体内部质点的内聚力越强,要想使质点分开,产生断裂,那就困难了。
温度是影响岩石变形的另一个重要因素。人所共知,许多固体物质在常温下是脆的,而在高温下则变成塑性的。这是因为温度增高可以增强物体内部质点的运动,使之容易发生位移。故在较小的应力下岩石也能发生塑性变形。也有人做过大理石的试验,在围压109Pa条件下,温度为常温,其弹性极限为2000kg/cm2;若温度升高为750℃,则其弹性极限减为1000kg/cm2,也就是扩大了塑性变形的范围。地壳岩石随埋深增加,不但围压增大,而温度也增高了,因此更容易产生塑性变形。温度如升高到一定程度,还可出现物质流动现象。
此外,时间也是影响岩石变形的重要因素之一。一般说来,岩石所受的应力小于它的弹性极限,不会产生永久变形。但是如果作用时间很长或作用次数增多,也会引起缓慢的变形,这种现象称为蠕动。有人做过这种实验,把大理石横梁,放在支架上,在石条上坠以重物,经过较长时间,即可发现大理石横梁发生向下弯曲现象。作用于地壳内部的力是长期而缓慢的,要经历几百万年甚至更长时间,因此既使是坚硬厚脆的岩石,也会产生变形。
应力状态对岩石变形也有很大影响。当岩石受到张力时,会使岩石脆性增强,最容易发生张断裂;而当岩石受到压力时,岩石塑性相应增强,这时剪切裂隙比张裂隙更容易产生。
充分考虑到上述这些具体情况,面对复杂的强烈的地壳岩石变形,就会不足为怪了。
本文标题:岩层的产状和岩石变形(3)
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