表 7-1 岩石的平均强度(单位:kg/cm2 )

岩石

抗压强度

张强度

抗剪强度

花岗岩

1480

( 370 - 3790 )

30

— 50

150 — 300

大理岩

1020

( 310 - 2620 )

30

— 90

100-300

石灰岩

960

( 60-3600 )

30

— 60

100 - 200

砂岩

740

( 110-2520 )

10

— 30

50 - 150

玄武岩

2750

( 2000-3500 )

100

页岩

200-800

20

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。如图 7-18,左图为实验前的一大理石圆柱;中图为在围压 2.8×107Pa 条件下,施加压力使石柱长度缩短 20%,这时石柱破裂, 产生 X 形交插的剪切裂隙;右图为围压在 4.7×107Pa 条件下,加压使石柱同样缩短 20%,石柱未发生显著裂隙。

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。