Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Пластическая деформация горных пород по своим результатам часто может рассматриваться как течение материала в твердом состоянии. В связи с этим весьма интересны для геологов теоретические работы советского ученого Я- И. Френкеля (1945), которые много способствовали развитию и углублению представлений о близости и непрерывных переходах между твердым и жидким состоянием (см. также Фридман, 1943). Я. И. Френкель развивает представления об отсутствии резкой границы между твердым и жидким состояниями. Свойства твердых и жидких тел изменяются непрерывно и между ними в определенных пределах нет принципиальных различий. Он рассматривает твердость жидкости, хрупкость жидкости, прочность жидкости на разрыв и т. д.
Есть также исследователи, которые считают, что течение в твердых материалах осуществляется путем транспортировки при фазовых превращениях твердого вещества в жидкое, жидкого в твердое или твердого в раствор, раствора в твердое вещество. Эти представления могут быть особенно справедливы для условий высокого гидростатического давления, которые широко распространены в глубоких частях земной коры (Горансон, 1940).
Важные данные о пластических деформациях горных пород могут быть получены также из реологии — науки о течении веществ (Рейнер, 1947; Безухов, 1950).
МЕХАНИЗМ РАЗРЫВНОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Разрывная деформация по необходимости тоже осуществляется через посредство упругой и также пластической деформации. При разрывной деформации происходит полное нарушение межатомных или межмолекулярных связей (сцепления) с разрушением кристаллической решетки вдоль определенных поверхностей (трещин). Современные теории прочности допускают разрушение материалов разными способами. Наиболее простой способ заключается в отрывании одной части деформируемого образца от другой вдоль трещины отрыва (рис. II-6).
Труднее представить механизм образования трещин скалывания, разрушающих материал вдоль плоскостей скольжения. Если бы скалывание происходило только путем трансляции в монокристалле, то, очевидно, оно долгое время (до существенного изменения формы
і )-0-
деформируемого тела) не могло бы привести к какому-либо нарушению прочности материала, но практически скалывание происходит иначе. Следы скольжения, которые мы, например, имеем возможность наблюдать под микроскопом, отнюдь не соответствуют единичным плоскостям
пространственных решеток веще- ^ _
ства, а представляют зоны скольжения, имеющие определенную толщину (рис. П-7).
Выше мы указывали на неизбежное искривление решеток кристаллов, как только пластическая деформация перестает быть очень малой. А. Ф. Иоффе предполагает возможность полного разрушения кристаллической решетки внутри пачки скольжения и изменение состояния атомов. Г. Тамман указывает, что в пачке скольжения атомы обладают
1*-о
Рис. І1-6. Схема разрывной деформации (отрыв) кристаллической решетки
повышенным термодинамическим потенциалом. Ряд исследователей высказывает гипотезы об особых условиях механизма ламинарного скольжения при деформации материалов. А. В. Степанов предполагает повышение температуры в веществе, прилегающем к плоскости скольжения, в связи с чем нарушается упорядоченное расположение атомов и их состояние становится подобным состоянию атомов расплава. Для геологов, занимающихся вопросами новообразования минералов при динамометаморфизме, эти соображения представляют большой интерес. По подсчетам А. В. Степанова, количество тепловой энергии, выделяющейся в каждой пачке плоскостей скольжения, например, для каменной соли, составляет Ю-6 кал. Локализуясь в узкой зоне сдвига (толщиной Ю-6 мм), это тепло может повысить температуру до 2500°. Аналогичная гипотеза развивается Е.Ф.Бахметьевым (1933, стр.117).
Так или иначе, пачки плоскостей скольжения расчленяют первоначально монолитное тело грубо параллельными макроповерхностями на ряд пластин, а отсюда один шаг до образования системы параллельных трещин скалывания.
Соответственно с описанными способами разрушения материалов необходимо различать два типа трещин — трещины отрыва (растяжения) и трещины скалывания. Морфология их обычно довольно характерна.
Трещины отрыва редко бывают прямолинейны, особенно в деталях, в пределах небольших участков; стенки их обычно неровные, рваные; очень типична большая зависимость этих трещин от физико-механических свойств расчленяемых ими пород. Трещины отрыва обычно огибают более прочные участки (например, крепкие гальки в конгломератах),
Рис. ІІ-7. Следы зон (пачек) скольжения на полированной поверхности кристалла латуни (по С. И. Губкину)
часто резко изменяются и совсем затухают при переходе из одной свиты в другую с иными физико-механическими свойствами. В связи с этим иногда трещины отрыва имеют малое протяжение на глубину и по простиранию. В момент образования трещины отрыва зияют (открыты), а потому очень часто заполнены разнообразными жильными минералами. Вдоль плоскости стенок трещин отрыва не наблюдается даже небольших перемещений, трещины образованы только разрывающим усилием, действовавшим перпендикулярно к стенкам трещины.
