二、岩石变形

（一）应力、应力场、应变椭球体

岩层所以由水平岩层变成倾斜岩层、直立岩层、倒转岩层，无疑这是受到力的作用的结果；岩层发生褶皱和断裂，也同样是这一原因。当一个物体受到力的作用时，它的形状或体积发生变化，或者形状和体积同时发生变

化，这就叫作变形。变形物体所受的力，可分为二种，即外力和内力。外力是指施加于物体的力；内力是指物体受外力作用，内部产生的与外力相抗衡的力，也就是物体抵抗外力发生形变时产生的各部分之间相互作用的力（这里所说的内力和外力是指力而言，以前曾讲过的内力作用和外力作用是指地质作用而言。二者概念不要混淆）。在物体内任一截面上单位面积的内力， 称为应力，应力的大小以 kg/cm2 来表示。在地壳内岩石中的应力，称为地应力。更确切地说：组成地壳的岩石，在构造运动所产生的构造力的作用下， 其内部各点产生的应力，称为地应力，也称为构造应力。构造应力分布的空间称为构造应力场，或简称应力场。

为了说明构造应力场，也就是构造应力的空间分布规律，通常采用“应变椭球体”来作几何形象的解释。

比方，在各向同性的岩石中，任取一立方体，假想其中存在一个圆球体， 当立方体受三向不等力发生均匀变形时，在不超过极限的范围内，原来的圆球体即变成三轴不等的椭球体，称为应变椭球体。如果把三度空间的应变椭球体，简化为“应变椭圆”，如图 7-16 所示，即可以从平面上看出岩石受力时的应力场情况，也即各种应力的空间分布情况：

图中 CC′方向为压应力最大的方向，AA′为张应力最大的方向，与最大压应力或最大张应力方向成 45°的方向，即 TT′和 T1T1′为最大剪切应力的方向。所以，AA′面为承受最大压应力的变形面，CC′为承受最大张应力的变形面，TT′、T1T1′为承受最大剪切应力的变形面。在构造运动过程中， 实际上张应力、压应力和剪切应力皆同时存在，并按椭球体中各种应力的相互关系而分布，构成应力场。这三种应力的任何一种都可使球体变成“应变椭球体”。应用应变椭球体来分析地质构造的力学成因及其几何分布规律， 是既简便而又有效的方法。

（二）岩石变形的阶段和影响岩石变形的因素

构成地壳的岩石是坚硬的，厚度和体积是巨大的，怎么会产生变形呢？ 首先，应该知道岩石变形的三个阶段：

一是弹性变形，岩石受外力（不超过弹性极限）发生变形，当外力去掉后变形立即消失，这种变形即为弹性变形。地震时所产生的弹性波（地震波） 即属于这种性质，弹性变形在地壳岩石中不留任何痕迹，所以对研究地质构

造来说，意义不大。

二是塑性变形，岩石受外力（超过弹性极限）发生变形，当外力消失后， 不能恢复原来形状，而形成永久变形，并仍然保持其连续完整性，这样的变形称为塑性变形。在地壳中普遍地保留下了属于塑性变形的褶皱构造等重要地质现象。如在图 7-16 中，沿着 AA′方向，容易在压应力下形成褶皱。

三是断裂变形，岩石受外力达到或超过岩石的强度极限时，岩石内部的结合力遭到破坏，产生破裂面，失去了它的连续完整性，这种变形即为断裂变形。所谓岩石的强度极限，是指在常温常压下使岩石开始出现破裂时的应力值，也称破裂极限。地壳中广泛地存在各种断裂构造，即属于此种变形。如在图 7-16 中，沿着 CC′方向容易产生张性断裂；沿着 TT′和 T1T1′方向容易产生剪切断裂。

由于岩石性质不同，有脆有柔，其变形性质也不相同。一般说来，脆性岩石当外力作用达到一定程度，即由弹性变形直接转变为断裂变形，没有或只有很小的塑性变形。柔性较大的岩石，当外力作用增大，超过岩石的弹性极限时，则由弹性转变为塑性变形；再继续施力，就会产生断裂变形。

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。图 7-17 为大理石柱受压产生剪切裂隙的情况。