拜耳莱定律

科技工作者之家 2020-11-17

拜耳莱定律(英语:Byerlee's law),是描述地壳发生地质断层裂纹所产生的切应力和正向应力(normal stress)之间关系的函数。

介绍拜耳莱定律是由美国地球物理学家詹姆斯·拜耳莱用实验数据解决莫尔-库仑断裂标准而求得的实验物理定律。拜耳莱发现,地壳上部,正向应力高达200MPa时,切应力可简化为:

而正向应力超过200MPa时,

此二式的切应力单位都是MPa。地壳并不是均匀的材料,而是含有许多岩石。因而材料常数会因局域而改变。

虽然拜尔莱定律的形式简单,但它对所有情况都几乎是足够好的近似。当上层地壳的压力和温度(大过400度c)超过普通情况时,拜耳莱定律的准确性就会变差。

定义拜耳莱定律(英语:Byerlee's law),是描述地壳发生地质断层裂纹所产生的切应力和正向应力(normal stress)之间关系的函数:1

其中:是切应力;是正向应力;S是材料的凝聚或内强度;P是岩石内的孔隙流动压力,在小范围内,它是一常数,而使岩石性能减弱。

断层断层是指岩石形成节理构造破裂后,两侧岩层发生显著的相对位移。断层大小不等,大的断层可纵贯整个岩石圈,水平则可绵延几千千米。

由于相邻地壳间可能会作垂直或水平相互滑动,因此在断层处经常会发生地震。大型的断层一般都是地球的板块边缘,但在远离活跃的板块边缘处也可以发现许多大大小小的断层,例如欧亚板块就是板内断层十分发达的地区。由于较大的断层通常都不只是一个简单清晰的断面,而是一组断面的集合,因此人们又提出了断层带(或断层破碎带,(英文)fault zone)的术语,在地质学文献中,规模巨大的断层带则通常叫做断裂带。

贝切定律贝切定律(英文;Birch's law),是美国地球物理学家弗朗西斯·贝切于1961年建立的,指出在平均原子量为Mavg的岩石和矿物中,弹性波传播速度vp与密度成线性关系。其数学式为:2

其中a(x)为某类函数,b为常数。

贝切定律所建立的弹性波速和材料密度的单一关系适用范围较广;不管由于晶体结构、压力、成分或温度所引起的变化,贝切定律都适用。有人用NaCl和KCl多晶做实验,压力高达17吉帕斯卡,NaCl体积压缩达百分之40,KCl体积压缩达百分之60的情况下,实验数据显示仍服从贝切定律。

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学

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