Đá thường được coi là vật liệu địa chất rắn chắc, biểu hiện phá hủy giòn đột ngột. Tuy nhiên, khi xem xét ở điều kiện nhiệt độ cao và quy mô thời gian lớn thì đá có ứng xử dẻo (ductile). Việc nắm bắt các quan hệ/mô hình lưu biến cơ bản là rất quan trọng để mô tả tốt nhất hành vi nhớt dẻo của đá.
Lưu biến (rheology) bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp rhei (ρέει), nghĩa là dòng chảy, và logos (λόγος), nghĩa là nghiên cứu. Trong địa chất học, chúng ta quan tâm đến các quá trình địa động lực kéo dài hàng triệu năm, ứng xử biến dạng dẻo phụ theo thời gian rất quan trọng: từ biến (creep). Từ biến bản chất là các chất kết tinh biến dạng không thuận nghịch dưới ứng suất tác dụng
Ứng xử từ biến của vật liệu có thể được chia thành ba giai đoạn như hình minh họa:
- Từ biến sơ cấp (Primary/transient creep): Biến dạng tăng với tốc độ giảm dần
- Từ biến thứ cấp (Secondary/steady-state creep): Xảy ra khi tốc độ biến dạng trở nên không đổi
- Từ biến tam cấp (Tertiary creep): Tốc độ biến dạng tăng theo hàm mũ, cuối cùng dẫn đến sự phá hủy vật liệu.
Các ứng xử lưu biến khác nhau có thể được mô tả bằng các phần tử lò xo, giảm chấn (dashpots) và con trượt. Lò xo Hooke: mô tả cho biến dạng đàn hồi . Vật giảm chấn: mô tả cho biến dạng nhớt Newton (ứng suất cắt tỉ lệ thuận với tốc độ biến dạng); Con trượt: mô tả cho phản ứng không đàn hồi/dẻo của đá
Việc kết hợp các phần tử này tạo ra các mô hình phức tạp hơn như Maxwell (lò xo và bình giảm chấn nối tiếp) và Kelvin (lò xo và bình giảm chấn song song).
Mô hình Maxwell: Thể hiện phản ứng đàn hồi tức thì, sau đó là từ biến thứ cấp tăng dần dưới tải trọng không đổi
Mô hình Kelvin: Có biến dạng tăng tiệm cận, mô tả tốt nhất giai đoạn từ biến sơ cấp
Mô hình Burger: Kết hợp nối tiếp một vật thể Maxwell và một vật thể Kelvin, có thể thể hiện cả từ biến sơ cấp và thứ cấp
Hình một số mô hình từ biến cổ điển
.
