构造应力场解析1
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矿物可作为温度计、压力计,进而反演矿物变形时的物理环境。 它主要是利用物理化学中的自由能判据进行分析。当新生矿物的克 分子体积比原始矿物的克分子体积小时,增加压力就有利于新生矿 物的形成。这说明,在高压下,新生矿物比原始矿物更稳定。因此, 根据矿物相可以判定压力水平。同理,有的矿物在化学变化中要放 热形成新矿物,有的则需吸热而形成新矿物。因为从热力学出发可 以分析,一些矿物在高温下稳定,另一些则在低温下稳定。这就可以 根据矿物相判定其温度水平。目前,研究较多的矿物温度计、压力计 有长石、辉石、石英、角闪石,云母、石榴石、方解石,白云母等。
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上述这些实际问题,是很值得那些讨论应力场的学者们考虑的。
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如认为地球上的应力和变形是由某种机制引起的,由此推出各点的 应力大小与方向。另一种是综合法,即把在各点测量得到的应力资 料收集起来,综合讨论变形的形式和应力场的分布。当然,前者的推 演也必须与具体点上的测量结果对比,以求得验证。因此,我们叙述 的方法是从点到面的综合法。现代应力场不等于古应力场。以下拟 从古应力场研究方法,现代应力场研究方法,物理模拟及数学模拟 等几个方面进行一些讨论。
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3. 分析各点变形之间的联系,必须注意考虑产生变形的模式和 变形的序次。
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为了从显微构造中寻找古应力的方向和大小,往往要在已知温 度、压力、应变速率的条件下进行实验,研究岩石中保存的微观结 构,并得出相应的函数关系。然后,对自然界中取自地壳不同深度、 不同部位的岩石进行显微结构分析,来推测可能的应力状态。例如, 从玄武岩、金伯利岩中取出从深部带上来的包体,研究其中的矿物 结构,从而推测应力随深度的变化。从断层带不同部位取样,研究各 部位曾受到的应力大小,变形的温度、压力条件等。
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图7.2给出了由28个中新世N后的火山群或火山区推断出的当代 应力系统中水平最大主应力的方向。由图可见,在阿留申岛弧区, 阿 拉斯加半岛火山岩墙的优势排列方向为北西向,和太平洋板块与北 美板块碰撞的方向一致。这样,由岛弧区火山系推断的水平最大压 应力方向平行于区域构造应力方向。在弧后区,阿拉斯加白令海棚 区岩墙密集带的优势方向是东西向,它可能相当于B轴,共垂直方向 是P轴,南北方向是T轴。这说明岛弧的火山带是在板块碰撞的压应 力作用下形成的。这种压应力可能由俯冲引起,并可通过整个岛弧 结构传递。