自20世纪30年代Bridgeman在美国哈佛大学创建了第一个高温高压岩石变形实验室以来,实验构造地质学家与构造物理学家对天然和人工合成的岩石与矿物开展了系统、深入的研究工作。尤其自70年代以来,随着实验装置的改进及实验技术的不断完善,实验岩石变形的研究内容与研究领域也在不断拓宽。与此同时,实验岩石变形研究也不断完善了构造地质学的基本理论,使之从定性描述阶段进入定量分析阶段,从简单的形态结构描述到岩石变形机制、流动律和蠕变机制的综合分析。
与传统的构造地质学分析方法不同,实验岩石变形研究的基本思路在于设定一定的物理、化学条件(包括温度、压力、差应力、应变速率和孔隙流体压力与成分等),模拟地壳乃至上地幔的自然环境,正演地壳(上地幔)岩石的流变学状态、蠕变规律与变形过程,从而阐述地质构造的形成机制与发育的基本规律,阐明地壳结构与地球深部作用过程。高温高压实验岩石变形研究的内容主要包括:
(1)模拟不同构造层次地球岩石的状态、蠕变规律与主要岩石变形机制,正演地球岩石圈结构与演化;建立地球岩石圈动力学、流变学与物质结构模型。
(2)不同温度、压力和应变速率条件下,岩石破裂、摩擦、流变和力学失稳现象及其相互关系、岩石脆-韧性转化的条件与转化条件下岩石的变形机制与影响因素(t、p等),建立不同地壳层次与变形环境条件下岩石变形本构方程,阐述地质灾害的成因机理与诱发因素、发育规律,尤其是不同震源深度地震的孕震与发震机理及成因。
(3)开展不同温度和压力以及差应力等条件下岩石的物理特性的研究,主要包括对岩石物性参数(如密度、纵波和横波速度、S波分裂和各向异性、导热系数、磁化率、电导率、孔隙度和渗透系数等)及其变化规律的测定与分析,探讨地球各圈层(主要指岩石圈)的组成与变化;(4)结合地质条件分析模拟地质构造的形成过程与成因,重点在于对天然变形构造岩及其结构演化的正演模拟。模拟岩石变形机制、显微构造的发育过程、晶体优选定向的形成机理与主要条件和影响因素等。
(5)地球物质的高温分熔作用、熔融作用的机理,熔融作用与变形作用之间的促进与制约关系。
(6)地质流体(熔体、水和二氧化碳)、岩石的异向性(结构与成分异向性)与岩石物理性质及其异向性之间的内在联系,进而探讨岩石圈内低速高导层的成因以及深部地质结构的成因。