古构造应力场中所产生的形变能

如题所述

受力岩体在变形和破裂(逆冲)过程中可产生应变能、重力位能和热能等能量。

(1)矿区应变测量和应变能的估算

1)控矿构造带的有限应变测量:如果控矿构造带是在地壳浅部环境下发生的,在讨论应力—应变关系时,可近似作为虎克材料来对待。为了估算构造带在古构造应力作用下的应变能,必须对变形岩层进行有限应变测量。还可借助构造岩带中小揉皱,确定构造岩带地层的缩短量,从而获得线应变。测小揉皱,求总缩短量M和复原长度s,则线应变

,若取岩石泊松比为μ,则其他两个方向的线应变为ε23=με1

2)应变能的估算:构造岩带是岩层经一系列变形的最终结果,即递进变形产物,其有限应变是由于开始变形时的无数无限小应变增量的总和,要比较精确地估算岩层应变过程中所产生的应变能总和,必须把有限应变分成很多无限小应变加以计算,其能量总和为总应变能。为了初步估算应变能的量级,将有限应变量一次代入应变场的做功公式,近似地代表应变能的总量。把矿区岩层受力方式简化成一向挤压,二向围压的三维应力状态,围压又是随深度而变化的,所以不同深度的单位变形体积所做的功不同。若用矿体产出部位单位变形体积所做的功为平均值,即

构造应力场控岩控矿

① 卡(cal)为废除的计量单位,1卡(cal)=4.1868J,全书下同。

若某矿体长x,构造带宽为y,成矿深度为h(单位均为m),则其总应变能为

W=x102×y102×h102×dW(卡)(4.67)

岩石是一种热的不良导体,在变形过程中首先以弹性应变能的形式储存在岩石中。当变形继续增加,原来的变形不能恢复时,储存在岩石中的应变能则主要以热能或其他方式的能散失在岩石中。如果这些能量都能转变成热能,则可把一定体积(V)的水加热。

(2)重力位能的估算

岩块由于断裂逆冲作用而发生相对上升运动,则平衡系统被打破,储存在上升岩块中的能量以弹性应变能或产生显微构造而散失。根据矿区或研究区断层长、宽、高及岩石相对密度ρ,可求出重力所做的功为

W=mqd=ρ×(长×宽×深)×106×980×1000×102(卡)(4.68)

该能量能使一定体积的水加热,水温提高。

(3)热能的估算

地壳中岩层在断裂作用过程中由机械能转变为热能,可从两方面估算,一方面是断层上下盘岩石在发生逆冲过程中由于要克服巨大的摩擦力,而在滑动面及其附近产生大量热;另一方面是由于地壳增温,深部岩石具有较高的温度和压力,当其升高到浅部时,上下盘岩石具有不同的温度而处于热的不平衡体系,这样高温的岩块将以流体为媒介把热量传到低温的岩块。

由于岩性的差异,在逆冲过程中,剪切应力往往被强岩层所吸收成为逆冲的动力,而压应力则要传到弱岩层,致使岩层产状变陡并产生与岩层具有一定交角的裂隙。故断裂面附近产生的热量均对成矿起重要作用。

逆冲体的质量为

M=ρlsh (4.69)

式中:ρ为岩石密度,g/cm3;l为断层长度,cm;s为上盘宽度,cm;h为断层延伸,cm。

作用在α倾角面(断面)上的质量为

Mα=Mcosα (4.70)

作用在断面上的正应力:

N=Mαq=Mα980cm/sc=980Mα(达西)(4.71)

断面上的滑动摩擦力:

f=μN (4.72)

式中:μ为摩擦系数。

断层上盘逆冲时所做的功:

W=fd=fH/sinα(尔格) (4.73)

式中:d为断层面斜长;H为垂直断距;α为断层倾角。

相当的热量为

构造应力场控岩控矿

计算时将W单位由尔格换算成焦耳。摩擦力产生的热量可使断面附近的温度上升很高,对元素活化和成矿流体的加热起重要作用。

综上所述,成矿应力场总形变能可使成矿流体加热到成矿温度、使元素活化。并且在能量估算中仅考虑了矿体的延伸范围,而变形体、逆冲体范围远大于此值。

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