岩石会有压力特征吗?

Question

既然岩石可以有磁性特征，就像古地磁一样，那么它们也能储存过去的压力吗?

例如，当研究人员试图确定过去的海平面高度时，他们通常会观察同位素。但是，他们有没有办法通过观察岩石形态来了解海平面曾经有多高(也许岩石越压缩，压力就越大，海平面就越高，反之亦然)?

Answer 1

既然岩石可以有磁性特征，就像古地磁一样，那么它们也能储存过去的压力吗?

是的，但不是直接的，而且很难知道确切的压力(与古地磁相反，你实际上可以得到一个很好的数字)。

一种方法是简单地观察岩石中的矿物质。有些矿物只存在于一定的压力范围内。最好和最著名的例子是碳的两种多形体:石墨和金刚石。如果你发现了一块含有钻石的岩石，那么你就知道(至少钻石)是在很深的地方形成的。还有许多其他矿物转化依赖于压力。红柱石是低压的，蓝晶石是高压的。斜长石为低压，尖晶石为中压，石榴石为高压。你可以在这些矿物质的图片中找到一些养眼的东西!注意，我模糊地使用了“低”和“高”这两个词，因为一切都是相对的，在这种情况下，确切的数字并不重要。

另一种测量岩层压力的方法是利用岩石中矿物质的化学成分。这基本上是前一种方法的改进版本。我们不是让某种矿物组合转化为另一种矿物组合，而是选择两种共存的矿物。如果我们知道某种元素(例如镁或铝或其他)相对于压力的某种方式，我们就可以测量两种矿物中的这种元素并找出压力。

第三种方法是观察一种叫做流体包裹体的东西。这些微小的气泡是液体或气体(或介于两者之间，在高压和高温下可能会模糊)，它们在形成时被困在矿物中。这实际上是一个很小的压力容器，所以用各种方法我们可以算出那段时间的压强是多少。这是它在显微镜下的照片:

^{来源:http://rohmin.unileoben.ac.at/de/3388/}

但他们有没有办法通过观察岩石形态来了解当时的海平面有多高?

不使用这些方法。问题在于敏感度。我刚才讲的是钻石和石墨，它们在地球深处。在上面增加几米的海洋所带来的压力绝对不会让这种转变变得容易。此外，为了使这种方法有效，岩石必须直接位于海底。一旦你开始把它们埋在沉积物中，它们上面就会有额外的压力。一般的经验法则是100米的额外岩石压力等于300米的水压。你怎么知道上面有多少石头?随着岩石埋得越来越深，你怎么知道你的测量所代表的时间范围呢?

所以简而言之，没有。我们做不到。然而，还有其他不使用压力来计算海平面的方法。

Answer 2

岩石中记录的压力对于多个地质领域都是非常有用的测量方法。这个问题有很多答案，取决于不同类型的岩石和过程。一般来说，由于岩石是有弹性的，压力，即单位面积上的力，会对岩石产生应力。这种应力，如果在低温和低压下施加，会压缩岩石，使其暂时变形。当应力释放时，岩石将恢复到其预应力状态。如果在足够高的温度和压力下长期施加这种应力，岩石最终会永久变形。这种变形被称为应变，可以用胡克定律将其与应力联系起来:

$$ \sigma_{ij} = C_{ijkl} \epsilon_{kl} $$

在哪里\σ美元是压力,\ε美元是张力，并且美元加元是顺应张量。我们可以使用实验室测试直接测量岩石上的应变，例如取心岩石的三轴应力测试。在这种测试中，对岩石施加指定的均匀或定向应力并测量应变。这些试验显示了不同岩石的应力和应变之间的经验关系:

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来源:http://jolisfukyu.tokai-sc.jaea.go.jp/fukyu/mirai-en/2010/2_9.html

你问到测量海平面波动;这种压力会对岩石施加流体静力应力。然而，这种应力不足以引起岩石的永久变形。因此，我们(油气行业)一般依靠层序地层学来测量某一时期的海平面波动。

以下是我在回答中使用的一些术语的基本定义。希望这能有所帮助!https://www.uwgb.edu/dutchs/structge/stress.htm