Экспериментальное изучение деформаций горных пород. Принцип физического подобия.
|
Закон Гука – деформация, возникающая в упругом теле, пропорциональна приложенной к этому телу силе.
|
Экспериментальная тектоника нужна для изучения поведения веществ с различными характеристиками при физико-механических условиях, существующих в земной коре.
Направления:
Стремление воссоздать условия высокого всестороннего давления и повышенной температуры, кот. господствуют в глубоких частях з.к.
Экспериментальное моделирование таких крупных структур коры как складки, разломы и т.д.
Для того, чтобы анализировать природные деформации путем сравнения их с деформациями, полученными экспериментально, нужно:
Найти закономерности подобия, позволяющие сравнить деформации при разных условиях.
Количественно выразить свойства упругости, хрупкости и пластичности, без чего невозможно использовать принцип подобия.
Две и более физические системы называются подобными, если при их эволюции сохраняется отношение между некоторыми измеряемыми величинами, характеризующими данные системы. Для подобных систем можно найти критерии подобия — безразмерные величины, имеющие одинаковое значение для всех систем. Процессы деформации модели и природного аналога можно считать подобными, если соотношения этих параметров сохраняются в эксперименте и в природе.
Чем выше пластичность материала, тем быстрее протекает деформация, поэтому подбирают материалы с высокой пластичностью. При моделировании медленных пластических деформаций, когда можно пренебречь инерционными силами, основным свойством, определяющим скорость деформации, является вязкость.
Общие критерии подобия:
Сη = СpСgСlСt
где Сη–масштаб вязкости, Ср - масштаб плотности, Сg - масштаб ускорения свободного падения, Сl - масштаб размера, Сt- масштаб времени (множитель подобия определяется как отношение соответствующего параметра в модели и природном аналоге).
Системы координатных осей, используемые в структурной геологии: оси эллипсоида деформации а, в, с; кинематические оси 1, 2, 3; петроструктурные оси a, b, c.
1)Эллипсоид деформации (тык) |
|
|
В направлении максимального растяжения расположена главная ось А, в направлении минимального – ось С, перпендикулярно им – ось В, по ней деформация незначительная или отсутсвует
|
2)Кинематические оси (тык на эллипсоид деформации) |
|
|
Ось σ1 – максимальное напряжение (напряжение растяжения), ось σ2 – среднее напряжение, ось σ3 – минимальное напряжение (напряжение сжатия).
|
3)Петроструктурные оси |
|
|
Ось а – направление скольжения Ось b лежит в плоскости скольжения и перпендикулярна а Ось с – нормаль к плоскости аb
(складку макрообразца и шлифа расскажи как рисовать) |
Механизмы пластической деформации (деформации межзерновые, внутризерновые, ламинарное течение и связанные с ним явления)
Механическая деформация сложнее, чем упругая и включает в себя ряд механизмов:
1)Межзерновые
движения – повороты и смещения отдельных
зерен породы друг относительно друга.
(Характерно для начальных стадий
деформации, хорошо осуществимо в
обломочных породах, в большинстве других
проявляется только после дробления)
2)Внутризерновые деформации – перемещение частиц в кристалле на полную величину расстояния между узлами решетки. Осуществляются путем трансляции и двойникования. Трансляция – скольжение одного слоя решетки по другому без нарушения сплошности. Двойникование – трансляция по законам симметрии. Одна часть решётки принимает зеркально-симметричную форму.
|
Т – плоскость трансляции, стрелкой показано направление смещения. |
3) Ламинарное течение – послойное течение вещества (горных пород), находящихся в полу- или пластичном состоянии из-за воздействия температуры и давления. Происходит во время метаморфизма, сопровождается неоминерализацией (массивное новообразование минералов), перекристаллизацией (преобразование кристаллов без изменения состава и строения), рекристаллизацией (перекристаллизация индивидов, испытавших неравномерную деформацию и находящихся в неравновесных условиях, в агрегаты мелкозернистых, но лишенных искажения решетки индивидов).