宋茂雙 邵同賓,2 李建峰 嵇少丞 王茜

1. 中國科學院廣州地球化學研究所，同位素地球化學國家重點實驗室，廣州 5106402. 中國科學院大學，北京 1000493. 加拿大蒙特利爾綜合工學院民用、地質(zhì)與采礦工程系，蒙特利爾 H3C3A71.

1 引言

在地球演化歷史過程中，海水通過有機沉積和無機沉積兩種方式形成了大量的碳酸鹽巖沉積物。即使在當今的海洋盆地、大陸架和濱海、淺海中碳酸鹽巖的沉積作用仍比較活躍，并且這些地區(qū)分布有大量的碳酸鹽巖礁石 (Oesterling, 2004)。因此，碳酸鹽巖是固體地球上-中地殼的一種重要組成巖石。

由于碳酸鹽巖沉積物為海相成因，處于板塊的邊緣地帶，因此其常常參與造山作用。此外，它經(jīng)常和俯沖板塊一起被卷入增生楔且遭受變質(zhì)和大量的變形作用。在中級變質(zhì)條件下，碳酸鹽巖沉積物就會轉(zhuǎn)化為大理巖。細粒石灰?guī)r的重結(jié)晶和生長亦可能形成粗粒大理巖。因此，方解石集合體在高溫高壓下的力學行為對于解釋自然界的許多地質(zhì)現(xiàn)象至關重要。例如，在剪切帶和逆沖斷層中，方解石巖層能夠吸收大量的構(gòu)造變形 (Bestmannetal., 2000; Burkard, 1993; Busch and van der Pluijm, 1995; Schmidetal., 1977)。大理巖作為一種典型的方解石巖石，其變形行為對我們理解地殼中的構(gòu)造作用和造山事件具有重要的意義。

自巖石流變學實驗開展以來 (如Von Kármán, 1911)，人們對方解石集合體進行了大量的研究(如Griggsetal., 1951; Turneretal., 1956; Heard, 1968; Rutter, 1972, 1974, 1995; Schmidetal., 1977, 1980; Wenketal., 1987; Fredrichetal., 1989; De Bresser, 1991; Paterson and Olgaard, 2000; Renneretal., 2002; De Bresseretal., 2005)，已經(jīng)提出了三種主要的塑性流動機制 (Rutter, 1974; Schmidetal., 1977, 1980; Walkeretal., 1990)：1) 低溫塑性或冪次律無效機制 (breakdown regime)；2) 中等溫度下的蠕變機制，此時恢復、交叉滑移 (De Bresser and Spiers, 1993) 和邊界滑移 (Walkeretal., 1990) 是非常重要的；3) 高溫下的低應力機制，此時擴散蠕變和顆粒邊界滑移占據(jù)主導地位 (Schmidetal., 1977, 1980; Walkeretal., 1990)。

本文利用中國科學院廣州地球化學研究所2008年引進的高精度Paterson高溫高壓流變儀對Carrara大理巖在無水條件下進行了高溫 (873～1173K) 高壓 (～300MPa) 三軸壓縮變形實驗，實驗應變速率約為10-6～10-3s-1，試樣變形量最高達～27%。我們的實驗結(jié)果表明，Carrara大理巖在873K和高應變速率時973K溫度下主要是通過高應力機制變形，其本構(gòu)關系服從指數(shù)定律；在1173～1073K和低應變速率時973K溫度下主要通過位錯蠕變機制發(fā)生變形，其本構(gòu)關系服從冪次律。實驗還發(fā)現(xiàn)，Carrara大理巖的蠕變強度隨著溫度的升高而降低，隨著應變速率的增加先快速增加而后緩慢增加。對不同溫度下應力指數(shù)的計算結(jié)果表明，隨著溫度的增加應力指數(shù)減小，表明應變速率對應力的敏感性隨著溫度的增加而減小。盡管在我們的實驗條件下所有的應力指數(shù)都>5，但其變化趨勢表明隨著溫度的增加，Carrara大理巖有可能在更高溫度下發(fā)生擴散蠕變。

2 實驗初始材料

本實驗使用的初始材料——Carrara大理巖是產(chǎn)自阿爾卑斯山的一種綠片巖相變質(zhì)大理巖，因其化學純度高、顯微結(jié)構(gòu)均勻且CPO (Crystallographic preferred orientation) 各向同性而廣受實驗巖石流變學家的青睞。Carrara大理巖外表呈白色略帶淺灰，沒有發(fā)育面理。方解石顆粒沒有初始的形狀各向異性或晶體優(yōu)選方位。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)方解石顆粒邊界平直，少數(shù)顆粒發(fā)育了雙晶且雙晶邊界平直 (圖1a)，沒有觀察到明顯的前期變形特征。顆粒呈近等軸狀。通過對圖1a進行了368次線截距法測量，得到Carrara大理巖的粒度分布頻率直方圖 (圖1b)。如圖1b，我們得出大理巖的粒度分布呈現(xiàn)出輕微的負偏態(tài)，并且粒度主要集中在約80～200μm，其算術(shù)平均值為～146μm。此外，我們從照片中還可以看出大多數(shù)方解石顆粒邊界常在三連點處呈～120度角度相交。

圖1 初始材料Carrara大理巖的顯微結(jié)構(gòu)(a)-正交偏光顯微照片；(b)-粒度分布的頻率直方圖Fig.1 Microstructures of starting material Carrara marble(a)-cross-polarized light micrograph; (b)-frequency histogram of grain size distribution

3 實驗細節(jié)

Carrara大理巖在高溫高壓下的變形實驗是在Paterson高溫高壓流變儀(邵同賓等, 2011)上完成的。首先利用金剛石空心鉆從一塊Carrara大理巖巖塊上鉆取直徑為～10mm長度為～20mm的圓柱樣品若干，通過對圓柱兩底面進行拋光處理使得兩底面平行度在10μm以內(nèi)。將鉆好的樣品放入蒸餾水中超聲清洗～15min，然后放在烘箱中在120℃溫度下干燥至少24h，于實驗使用時取出。為了進行力學測試，試樣被置于壁厚為～0.25mm的鐵筒中并且兩端使用無孔墊片將試樣與活塞隔開(圖2)。開展變形實驗之前通過虛擬樣品與有孔活塞相連在不同的實驗溫度和壓力條件下對樣品集中間50cm長度區(qū)間上的溫度進行標定，標定結(jié)果表明在樣品組裝中部50cm的長度區(qū)間溫度變化可以控制在小于5K，在樣品分布區(qū)域即2cm長度范圍內(nèi)溫度變化不超過±2K。儀器應力傳感器內(nèi)置，且利用氬氣作為圍壓介質(zhì)，因而應力測量精度高 (±0.1MPa)。實驗開始時，先氣動增壓升至～75MPa，然后通過油壓機進行一至二次加壓至一定壓力 (<目標壓力，與目標壓力之間的差值一般根據(jù)實驗的目標溫度來設定，大約每升高8K圍壓上升1MPa)，接著按30K/min的速率升溫至目標溫度，此時圍壓也達到目標壓力。等溫度平衡 (需～5min) 后，根據(jù)實驗設計要求進行不同應變速率下的變形實驗。變形實驗結(jié)束后，關閉加熱系統(tǒng)使樣品快速淬冷，待溫度降至～400K時手動緩慢卸壓至室壓。待爐子內(nèi)溫度回到室溫后取出樣品進行后期處理與分析。

圖2 Carrara大理巖三軸變形實驗樣品組裝示意圖Fig.2 Schematic illustration of sample assembly in the triaxial deformation experiments for Carrara marble

4 力學結(jié)果

利用Paterson高溫高壓流變儀對Carrara大理巖在300MPa圍壓下進行了三軸壓縮變形實驗 (σ1>σ2=σ3>0)。變形溫度為873～1173K，軸向應變速率為約10-6～10-3s-1。在該實驗條件下，大理巖的流動強度對應于差應力的大小 (σ=σ1-σ3)，即為最大壓縮應力 (σ1) 與最小壓縮應力 (σ3) 之間的差值。因此，它總是一個正值。根據(jù)儀器采集系統(tǒng)記錄的加載應力和位移數(shù)據(jù)，然后通過校正鐵筒強度、儀器變形量和樣品橫截面面積與長度的變化 (校正方法詳見邵同賓, 2012；李建峰等, 2013)，可以獲得試樣的真實差應力和軸向應變量(表1)。

表1所示12個Carrara大理巖圓柱樣品軸向變形實驗的條件和力學結(jié)果。表中列出的試樣的強度一般是在應變量>4%讀取的，對于逐級應變速率實驗有些試樣的強度是在應變量≤3.5%讀取的，所讀取的強度可能是非穩(wěn)定態(tài)的。最大累積應變量達27%。試樣CM012的變形溫度由于熱電偶故障而未能準確監(jiān)測，但仍可用于分析應變速率對Carrara大理巖流動行為的影響。

4.1 應力-應變曲線

圖3所示為Carrara大理巖在300MPa圍壓、873～1173K溫度、應變速率為10-5～2.65×10-4s-1條件下軸向壓縮變形的應力-應變曲線。應力-應變曲線的形狀顯示隨著應變量增大，差應力起初快速增加，隨后是緩慢的應變硬化；在高溫 (如1073K和1173K) 下應變超過～12%時，應力-應變曲線表現(xiàn)出微弱的應變軟化；而在873K溫度下，即便是應變量高達10%，應力-應變曲線仍呈較明顯的應變硬化趨勢。軸向應變?yōu)?0%、2%、6%、7%、16%和17%時，Carrara大理巖的流動強度分別為162.88MPa、77.5MPa、74.7MPa、69.6MPa、63.7MPa和37.2MPa (表1)，其中在2%的應變量時，Carrara大理巖的應變硬化較為明顯。CM009試樣由于變形溫度低，達到穩(wěn)定態(tài)所需的應變量比相同應變速率較高溫度的實驗所需的應變量要大。其他試樣 (如CM002、CM001、CM011和CM010) 的應力-應變曲線在應變量>4%時較為平直，指示已達到較好的穩(wěn)態(tài)流變。

表1 Carrara大理巖三軸壓縮變形實驗條件及力學結(jié)果

Table 1 Experimental conditions and mechanical results of triaxial deformation experiments for Carrara marble

樣品號溫度(K)壓力(MPa)應變速率(s-1)強度(MPa)應變量(%)CM0098733001．13×10-4162．8810CM0148733001．13×10-5134．54CM0148733001．13×10-4165．610CM0148733001．11×10-3191．915．2CM0069733006．26×10-661．191CM0069733008．33×10-679．82CM0069733003．16×10-589．74．5CM0069733005．19×10-596．57CM0069733001．11×10-4106．412CM0069733002．77×10-595．115CM0069733002．90×10-4118．520CM0069733001．06×10-3131．825CM0079733001．04×10-577．52CM0089733009．57×10-683．31．5CM0089733001．11×10-4106．74CM00210303009．20×10-574．76CM00110603002．65×10-469．67CM00810733001．03×10-546．41CM00810733008．64×10-576．74CM00810733005．32×10-482．78CM01110733001．14×10-463．716CM012？3001．02×10-5354．9CM012？3009．51×10-547．612．2CM012？3008．99×10-463．817CM00411733102．38×10-527．32CM00411733106．54×10-535．63．5CM00411733101．11×10-438．66CM00811733109．52×10-625．21．2CM00811733101．09×10-443．54CM00811733105．03×10-452．911CM00811733101．05×10-35715CM01011733001．08×10-437．217CM01311733001．10×10-524．64CM01311733001．12×10-438．29CM01311733007．42×10-453．820

圖3 Carrara大理巖在300MPa圍壓不同應變速率下的應力-應變曲線 Fig.3 Stress-strain curves of Carrara marble at different strain rates under a confining pressure of 300MPa

圖4 Carrara大理巖在300MPa圍壓條件下逐級應變速率實驗獲得的應力-應變曲線Fig.4 Stress-strain curves of Carrara marble deformed by step strain rates at a confining pressure of 300MPa

此外，需要說明的是，試樣CM011在變形過程中數(shù)據(jù)采集用的電腦系統(tǒng)出現(xiàn)臨時故障導致數(shù)據(jù)記錄不完整 (在圖中表現(xiàn)為實線部分)，因而在達到穩(wěn)定態(tài)變形的情況下，我們用虛線表示試樣CM011應力-應變曲線的前段部分。基于圖3所示，我們比較容易得出在相同圍壓和應變速率下，試樣的強度隨著溫度的升高而降低。例如，比較CM009和 CM011 與CM011和CM010，我們可以發(fā)現(xiàn)在300MPa圍壓和10-4s-1應變速率下，從873K到1073K再到1173K，Carrara大理巖的強度分別減小60.9%和41.6%。

為了研究應變速率對Carrara大理巖軸向變形行為的影響，我們在300MPa圍壓和每個溫度下對試樣進行了逐級應變速率(也稱梯級：step strain rate)實驗，累積應變量最低達～5%，最高可達～27% (圖4)。由于逐級實驗需要不同的應變速率來實現(xiàn)，因此我們進行的應變速率逐級實驗至少包括2次不同的應變速率加載(如CM008, 973K)，最多的包括8次(如CM006)，每次加載的應變速率大小詳見表1。對Carrara大理巖應變速率逐級變形的應力-應變曲線觀察發(fā)現(xiàn)，在相同溫度下試樣的強度隨著應變速率的增加而增大 (如CM014、CM008、CM012、CM013和CM004)，隨著應變速率的減小而減小(如CM006)。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，隨著應變速率的增加，試樣達到穩(wěn)定態(tài)所需的應變量增加，也即圖中所示應力-應變曲線上屈服點隨著應變速率的增加而延遲或滯后。觀察試樣CM012的應力-應變曲線，我們發(fā)現(xiàn)在應變量高達～20%時出現(xiàn)了較顯著的應變軟化。

4.2 流動律參數(shù)

方解石巖石的變形機制與應力、應變速率和粒度有關，其在高溫和低應變速率下的變形主要由擴散蠕變或位錯蠕變控制，其中前者涉及點缺陷運動而后者涉及位錯遷移(如Schmidetal., 1980; Rutteretal., 1994)。擴散和位錯蠕變機制中的應變速率常?？捎上铝斜緲?gòu)方程來表述：

(1)

這里的A是指前因子，σ是差應力，Q是活化能，R是氣體常數(shù)，T是絕對溫度，n是應力指數(shù)，m是指示應變速率對粒度敏感性的常數(shù)，也可稱粒度指數(shù)。由擴散蠕變控制的線粘性蠕變模型要求n=1且m=2 (Nabarro-Herring蠕變) 或者m=3 (Coble蠕變) (Ji and Xia, 2002)。為了簡便起見，在不強調(diào)變形是由擴散和顆粒邊界滑移控制時我們將這種變形統(tǒng)稱為擴散蠕變 (Schmidetal., 1977)。

盡管一些學者已經(jīng)質(zhì)疑是否可將公式 (1)應用于方解石巖石的位錯蠕變變形(Covey-Crump, 1998; Renner and Evans, 2002)，因為當利用公式(1)時計算的n值通常在3和9之間 (Schmidetal., 1980; Brodie and Rutter, 2000; De Bresseretal., 2002)。但是，以溫度和應力構(gòu)建的變形機制域的兩個端元機制分別為擴散蠕變和位錯蠕變 (Rutter, 1995)。在這兩個機制的過渡區(qū)，兩個機制都起作用且n在2和5之間。有趣的是，將方解石的本構(gòu)方程外延至自然條件表明在中級變質(zhì)條件下，如果粒度小于1mm那么方解石巖石的主導變形機制是粒度敏感的擴散蠕變。

需要說明的是，考慮到前人在與本實驗相當?shù)臈l件下并沒有觀察到Carrara大理巖發(fā)生擴散蠕變，因此粒度的影響不大，所以我們假定實驗過程中粒度不變，那么公式 (1) 可改寫為：

(2)

為了求應力指數(shù)n和活化能Q，我們對上式取自然對數(shù)得到

(3)

(4)

圖5 Carrara大理巖在300MPa圍壓和873～1173K溫度下差應力-應變速率雙對數(shù)投圖(a)-本研究獲得的實驗結(jié)果；(b)-本研究與Schmid et al. (1980)實驗數(shù)據(jù)的對比Fig.5 Log-log plot of differential stress vs. strain rate of Carrara marble deformed at a confining pressure of 300MPa and temperatures ranging from 873K to 1173K(a)-experimental data in this study; (b)-a comparison of data between us and Schmid et al. (1980)

利用公式(3)，我們對不同溫度下的差應力和應變速率進行了雙對數(shù)投圖，并進行了線性擬合 (圖5a)。由于實驗的局限性，所以還不能完全避免應力指數(shù)n隨著溫度的變化而變化 (Herweghetal., 2003)。隨著溫度的升高大理巖變形的主導機制會發(fā)生逐漸的改變，因此盡管在同一個變形機制域 (如位錯蠕變)，但n值卻變化較大。根圖5a，我們發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高擬合直線的斜率逐漸減小，尤其是溫度從873K升高到1073K時，這其中Carrara大理巖很可能存在不同的變形機制。在1073K到1173K時，斜率減小僅6.3%，因此在這兩個溫度條件下，大理巖應在同一機制域變形。總體來說，根據(jù)圖5a我們不可能得出一個單一的經(jīng)驗流動律來滿足所有的數(shù)據(jù)點，這與Schmidetal. (1980) 在對873～1323K溫度下數(shù)據(jù)點的分析是類似的。在他們的分析中，根據(jù)應力的大小，他們將Carrara大理巖的變形機制劃分為以下三類。

機制1用指數(shù)定律表示，要求σ>100MPa，適用于773K、873K以及973K的溫度條件，由于要滿足σ>100MPa，因此還要求973K溫度下的變形速率要快。這一本構(gòu)律率先由Rutter (1974) 建立，后被Schmidetal. (1980) 完全吸收并引用，指數(shù)關系為：

(5)

其中A=5.9×105s-1，σ0=11.4MPa，活化能Q=259.2kJ/mol。

表2指數(shù)律本構(gòu)關系的驗證

Table 2 Vertifation for the exponential relationship using the data from Schmidetal. (1980) and this study

樣品號T(K)ε·(s-1)σ(MPa)①lnε·②Q/RT③lnA④σ/σ0⑤=①+②-③?(④-⑤)/④CM009873113×10-416288-908812335706206132878778214287719313330205540067016557CM014873113×10-51345-1139071357062061328787782117982456111027620450065316929CM014873113×10-41656-9088123357062061328787782145263157913330205540082340923CM014873111×10-31919-6803395357062061328787782168333333315614933020072380217CM006973111×10-41064-91059832036504132878778293333333339642645344-0033140573CM006973290×10-41185-81456332036504132878778210394736841060299607-0020035065CM006973106×10-31318-684948632036504132878778211561403511189913933-0029212355CM008973111×10-41067-91059832036504132878778293596491239642645344-00302357724128873100×10-31695-6907755357062061328787782148684210515510573-00431889812743R873100×10-41435-9210343570620613287877821258771931320798791-00492756942742873100×10-51219-115129335706206132878778210692982461090540281-00198653992751R973100×10-41148-9210343203650413287877821007017544953828532900528183562758R973100×10-41031-92103432036504132878778290438596499538285329-0054669765

注：*表示將數(shù)據(jù)代入公式(5)得出的誤差

機制2用冪次律表示，要求20<σ<100MPa，主要適用于1073～1173K溫度下的實驗數(shù)據(jù)但也可延伸至低應變速率下的低溫 (如973K) 和高應變速率時的高溫 (如1273K) 情況。這一本構(gòu)關系與上述公式(1)完全相同。他們根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合計算得到的流動律參數(shù)為：logA=-4.5±0.4s/MPa，Q=418±42kJ/mol，n=7.6±0.8。

機制3，要求σ<20MPa。他們利用冪次律公式對強度在20MPa以下的數(shù)據(jù)進行了擬合，通過計算得出流動律參數(shù)為：logA=-3.9±0.2s/MPa，Q=426±46kJ/mol，n=4.2±0.4。

比較我們在表1中所示的實驗數(shù)據(jù)和上述Schmidetal. (1980) 提出的三種機制，我們認為本研究的實驗數(shù)據(jù)主要落在機制1和機制2的范圍內(nèi)。下面我們通過實驗數(shù)據(jù)的代入和擬合計算來驗證這一推測。

將Schmidetal. (1980) 的實驗數(shù)據(jù) (4128、2743R、2742、2751R和2758R) 和本研究中強度>100MPa的數(shù)據(jù)進行綜合集成并代入公式(5)計算得到表2。從表2中我們可以看出，我們的數(shù)據(jù)誤差為～(2.5±5.5)%，Schmidetal. (1980) 的數(shù)據(jù)誤差為～±5%。因此，我們認為本研究中873K和變形速率較快時973K下Carrara大理巖的變形機制服從上述指數(shù)律本構(gòu)關系。

通過應變速率對差應力的雙對數(shù)投圖，我們發(fā)現(xiàn)在973K溫度下高應變速率和低應變速率的數(shù)據(jù)擬合線斜率發(fā)生了較大的轉(zhuǎn)變 (從10.47減小為7.65)，而在873K溫度下擬合線斜率為12.78，這與Schmidetal. (1980) 的擬合線斜率變化是類似的。尤其是，我們在973K時的擬合線斜率 (即應力指數(shù)n) 與Schmidetal. (1980) 機制2冪次律本構(gòu)方程中的應力指數(shù) (n=7.6) 非常接近。此外，我們在較高溫度 (1073K和1173K) 下數(shù)據(jù)點的擬合線斜率分別為5.96和5.23，在這些溫度下Carrara大理巖的變形與Schmidetal. (1980) 中的一樣，也是由冪次律蠕變控制的?；谝陨戏治觯覀冸m然在機制2中沒有得出一個統(tǒng)一的應力指數(shù)n值，但我們能夠比較確切地得出本研究中Carrara大理巖的變形機制與Schmidetal. (1980) 的前兩種機制是一致的。

對在1173K 、1073K和低變形速率時973K溫度下實驗數(shù)據(jù)擬合得到的應力指數(shù)n，取平均得到n=6.44±1.21。結(jié)合公式 (4)，我們對應變速率為～10-5s-1條件下流變強度和溫度的倒數(shù)進行投圖得到圖6。根據(jù)圖6a所示方程，我們計算得到活化能Q=348±40kJ/mol，lnA=3.3±0.7。與此同時，為了說明我們的數(shù)據(jù)與Schmidetal. (1980) 實驗數(shù)據(jù)之間的差異，我們分別在圖5b和圖6b進行了投圖。比較發(fā)現(xiàn)，總體來說Schmidetal. (1980) 的數(shù)據(jù)比我們的稍低，個別數(shù)據(jù)比我們的略高，這與De Bresseretal. (2005) 得出的結(jié)論基本一致。

圖6 Carrara大理巖變形實驗的力學結(jié)果(a)-差應力在～1×10-5s-1應變速率下對溫度倒數(shù)的投圖; (b)-本研究和Schmid et al. (1980) 在～1×10-5s-1應變速率下差應力與溫度倒數(shù)的的數(shù)據(jù)Fig.6 Mechanical results of deformation experiments on Carrara marble(a)-differential stress at strain rate ～1×10-5s-1 plotted against reciprocal temperature. Best fit line is based on linear regression in lnσ-1/T space; (b)-differential stress-reciprocal temperature at strain rate ～1×10-5s-1 from the present study and Schmid et al. (1980)

5 結(jié)論與討論

在300MPa圍壓、873～1173K溫度以及約10-6～10-3s-1應變速率下，我們對Carrara大理巖進行了一系列等應變速率單一和逐級應變速率實驗。Carrara大理巖作為一種低強度的地殼巖石，其力學行為受溫度和應變速率的影響要比受壓力的影響大得多。在其他條件相同時，溫度的增加會促進Carrara大理巖的變形，使得其穩(wěn)定態(tài)強度和達到該強度所需的應變量均減??；而應變速率的增加會使得試樣的穩(wěn)定態(tài)蠕變滯后，也即達到穩(wěn)定態(tài)所需的應變量會增大，相應的穩(wěn)定態(tài)強度也會增大。應變量的大小對應力-應變曲線的形狀具有顯著的影響。在應變量<～2%時，Carrara大理巖在在低溫或高應變速率下的應力-應變曲線仍表現(xiàn)出較明顯的應變硬化。而在應變量高達～20%時，Carrara大理巖呈現(xiàn)出較明顯的應變軟化行為，這很可能是由高溫下顆粒發(fā)生動態(tài)重結(jié)晶所致。

基于流動律參數(shù)的計算結(jié)果，我們還得出在873K和高應變速率時973K溫度下Carrara大理巖的變形機制與Rutter (1974) 和Schmidetal. (1980) 研究中的機制1相一致，且具有參數(shù)相同的指數(shù)律本構(gòu)方程。在高溫和低應變速率低溫 (973K) 下，雖然Carrara大理巖的應力指數(shù)隨著溫度的升高而減小(尤其是在973K和1073K溫度下更為明顯)，但都屬于位錯蠕變變形 (Schmidetal., 1980; Brodie and Rutter, 2000; De Bresseretal., 2002)，服從冪次律本構(gòu)關系，與Schmidetal. (1980) 中的機制2相一致。由于本研究中試樣的變形溫度最高為1173K，其變形強度均>20MPa，因此這里的Carrara大理巖變形沒有出現(xiàn)Schmidetal. (1980) 建立的變形機制3。通過比較，我們發(fā)現(xiàn)本研究中Carrara大理巖的流動強度總體上要比Schmidetal. (1980) 的略高一些。雖然我們的試樣平均粒度(～150μm)要比他們的(～200μm)小，但由于在我們與Schmidetal. (1980) 的實驗中Carrara大理巖的變形機制均不在擴散蠕變域，因此我們認為這種強度差異受粒度的影響不是很大。

致謝感謝瑞士聯(lián)邦理工學院 (ETH) HPT巖石變形實驗室的Luigi Burlini博士提供實驗樣品；感謝周永勝老師對本文提出的有益建議。

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