煤岩构造变形与动力变质作用

煤岩是一种对温度、压力等地质环境因素十分敏感的有机岩,地质演化过程中的各种构造-热事件必然导致煤岩发生一系列物理与化学结构的变化,并形成不同类型的构造煤。在构造应力作用下,煤岩不仅发生脆性和韧性变形,而且还产生不同程度的动力变质作用。因而,关于煤岩构造变形与动力变质作用的研究不仅具有重要的科学意义,而且在煤层气资源评价以及煤与瓦斯突出危险性预测方面也具有重要的实际意义。文中在已有研究成果基础上,通过对构造煤系列Ro,max、XRD和NMR(CP/MAS+TOSS)等测试和实验方法的对比研究,深入分析了煤岩不同构造变形和动力变质特征,进一步探讨了构造应力下煤岩动力变质作用的机理。研究成果表明,在构造应力作用下,煤岩脆性变形主要是通过破裂面上快速机械摩擦转化为热能而引起煤岩化学结构与其成分的改变;而韧性变形煤主要是通过局部区域应变能的积累而引起煤岩化学结构的破坏,从而发生不同机制的动力变质作用。     

韩城区块构造煤类型及其产出煤粉特征分析

构造煤的发育是产生煤粉的关键,破碎后煤岩会产生固有煤粉,而疏松的结构会使得煤岩更容易受钻井、压裂和排采等工程扰动影响,进而产生更多的煤粉。韩城区块经历多期构造,断裂构造造成的煤岩脆性变形、褶皱拉伸与挤压造成的煤岩韧性变形导致构造煤发育。以采集煤样宏观特征差异划分煤体结构类型,运用测井解释识别不同煤体结构类型煤,从纵向和横向上总结区块煤体结构分布规律,并揭示不同煤体结构类型对产出煤粉形态、浓度、粒度特征的影响。     

煤岩的显微构造特征及其与瓦斯突出的关系——以南桐鱼田堡煤矿为例

煤瓦斯突出与煤岩显微结构构造密切相关。除部分显微结构构造与成煤阶段的环境等有关外,大部分都是构造变形的结果。因此,我们从构造变形类型和特点来划分煤岩显徽构造类型,既简便又利于应用。根据四川南桐鱼田堡煤矿4号及6号煤层的扫描电子显微镜研究,可将煤岩划分成5类:非构造煤、微裂隙煤、微劈理煤、碎裂构造煤和糜棱构造煤。文中详述了各类煤的特点,指出它们所代表的构造意义,并讨论了它们与瓦斯突出的关系。还特别提出糜棱构造煤的一系列塑性变形特征。得出结论:若其他条件均具备,有糜棱构造煤产出的地段,就可能是瓦斯突出最危险的部位。此外,根据观察煤瓦斯突出后的煤岩显微构造变化,提出有关瓦斯突出的过程,并探讨了煤瓦斯突出机理。在瓦斯突出过程中,已经历过塑性变形的煤岩又叠加了脆性变形,因而发生大量煤“粉尘”随突出而抛出。     

构造附加动力对煤变质过程的影响

本文从固体力学、构造物理化学的角度分析了煤岩所受应力的来源、性质以及应力在煤变质过程中的影响方式。作者在前人研究基础上,阐述了构造动力影响过程中煤岩能量的转换形式,分析了应力在烟煤分子团聚过程中的影响。研究认为,煤岩所受的各种应力(压应力、拉应力、剪应力)为地层压力与构造动力所造成的附加内力。这种附加内力可以分解为构造附加静水压力与偏应力两部分。构造附加静水压力主要影响煤岩的物理性质,如孔隙度、颗粒性质与瓦斯吸附特征,并对煤的化学煤化过程有缓慢促进作用。偏应力主要使煤岩发生变形和位移。煤化过程中,由构造运动所产生的动能转化为各种形式的热能、表面能、弹性变形能以及声、光、电、磁等形态能量。     

书讯

正大别山北麓晚古生代杨山煤系以强变形高煤级为特征。作者在详细研究区域地质背景条件的基础上,运用多种方法手段对杨山煤系煤的变形变质作用进行了系统深入的研究,划分了特殊地质环境下高煤级煤的变形变质类型,提出了应力降解机质和应力缩聚机制,揭示了煤化作用与构造-热作用之间的能量和物质交换过程。研究内容涉及煤化作用因素、煤岩变形机制、构造地球化学等煤地质学领域和构造动力学领域的一系列基本问题。     

河南荥巩煤田构造变形对二1煤层的影响

荥巩煤田位于豫西强变形区的嵩山背斜北翼,区内断块组合特征明显,聚煤期后构造变形对二1煤层的改造强烈。通过分析煤田构造、二1煤层及煤岩特征对煤层瓦斯赋存的影响,认为层间滑动断层是煤田中普遍发育的一种构造样式,印支期嵩山地区存在着区域性的顺二1煤层发育的层间滑动断层,层间滑动引起的煤层流变造成了"三软"构造煤的发育和煤层厚度的剧烈变化,煤厚的变化及煤体结构的破坏是煤层瓦斯赋存不均衡和突出的根本原因。     

高压气体诱发煤岩动力破坏的实验研究

为了研究高压气体对煤岩材料变形破坏的作用,自主设计并制造了含高压气体煤岩实验装置,通过测量气体泄压作用诱发的煤岩动力破坏现象,研究了高压气体对煤岩材料变形破坏的作用。实验表明,当气体泄压速率小时,煤岩仅会出现轻微变形;当气体泄压速率大时,煤岩会产生破裂和破碎现象。同时发现煤岩的破坏程度不仅取决于气体的泄压速率,还取决于孔隙气体的压强。当气体泄压速率和气体压强都达到一定临界值时,煤岩才会发生剧烈破碎。通过气体压强与应变之间的关系,确定了煤岩发生破裂和破碎的临界气体压强。      

冻结裂隙煤岩单轴压缩破坏机制及细观参数反演

煤岩的变形破坏是一个复杂的渐进演化过程, 为了研究冻结条件下裂隙煤岩的破坏机理, 基于CT扫描图像, 应用三维离散元模拟方法, 建立了冻结裂隙煤岩的单轴压缩模型。对比分析数值试验与室内压缩试验得到的应力-应变曲线, 发现二者吻合较好。通过对数值模拟结果的系统分析, 得到了冻结裂隙煤岩的细观结构损伤过程和宏观变形破坏规律, 也发现了煤岩的弹性模量和强度随温度变化的发展规律, 同时给出了煤岩强度和弹性模量与温度的数学关系式。以上研究表明, 离散元模拟方法能够为研究冻结裂隙煤岩的细观损伤演化和宏观破坏变形提供新思路, 可为岩体工程的安全稳定分析提供理论依据和参数基础。     

鄂尔多斯盆地煤岩变形与煤储层特性关系的实验研究

本文开展了在25~150℃和25~100 MPa同时升温和升压条件下,鄂尔多斯盆地中煤阶煤岩变形实验研究。结果表明, 25℃/25 MPa条件下煤岩强度显著低于其他温度和压力条件下煤岩的强度。在实验变形条件下,煤岩主体的变形表现以破裂与微破裂作用为主。不同温度和压力条件下的煤岩变形特点表现出一定的差异。随着温度和压力的降低,煤岩样品破裂的延伸逐渐减小,破裂发育的透入性逐渐升高。变形煤岩样品中破裂的发育往往定向性较强,发育相对较为均匀。随着应变的增加,破裂多扩展为较大的规模。伴随天然煤降温、降压过程,导致煤岩从韧性向脆性的转变,在转变的早期和中期,大量煤层气将解吸储集于尚未贯通的密集微裂隙内,随着温压的缓慢降低,煤岩储集性和渗透性在变好,较为适宜煤层气的运移与保存。而在转变的后期,煤岩形成贯穿性破裂系,造成煤层气的散失,可能成为演化程度和孔隙度低的煤岩吸附煤层气能力弱的主要原因。     

受压煤岩破裂过程电磁辐射与能量转化规律研究

首先对煤岩单轴受压变形破裂过程产生的电磁辐射（EME）、声发射（AE）信号变化规律进行了试验研究,然后在试验测定结果的基础上分析研究了煤岩变形破裂电磁辐射与加载变形能量之间的转换关系。研究结果表明,EME值随着加载时间的增加而增强,声发射信号也呈现同样的规律;电磁辐射的幅值、脉冲数在煤岩主破裂前与应力基本成正相关的关系,出现峰值后降低,试验的各个样品均呈现此变化规律;电磁辐射能和机械能的转化曲线与煤岩单轴加载过程的应力-应变关系曲线是相对应的,且呈现三次多项式的关系。从能量转换的角度来研究煤岩变形破裂电磁辐射与应力之间的关系是可行的。     

松辽盆地新站地区嫩江组三段孢粉-藻类组合及其环境

依据松辽盆地西南部新站地区嫩江组三段孢粉和藻类化石百分含量纵向变化特征,自下而上划分7个能识别水体盐度变化的孢粉和藻类组合：Cyathidites Pinuspollenites Dinogymniopsis组合,指示缩小的微咸水湖相沉积环境;Dinogymniopsis Leiosphaeridia Pinuspollenites组合,代表水域扩大的微咸水湖相沉积环境;Cicatricosisporites Pinuspollenites Botryococcus组合,代表水域缩小的淡水-微咸水湖相沉积环境;Dinogymniopsis Chlamydophorella Taxodiaceaepollenites组合,反映淡水与微咸水频繁交互变化的浅湖相沉积环境;Cicatricosisporites Pinuspollenites Pediastrum组合,代表水域缩小的淡水湖相沉积环境;Nenjiangella Balmula Cyathidites组合,代表水域范围较大的淡水湖相沉积环境;Cyathidites Trilobosporites Botryococcus组合,指示水域缩小的微咸水湖相沉积环境。     

Modeling of Beams on Reinforced Granular Beds

The paper describes a mechanical model for estimating the flexural response of a strip footing, supporting a column (imposing a concentrated load), resting on a compacted granular bed overlying a reinforcement layer for example, geogrids, geomats etc. below which lies a loose soil deposit. The footing is idealized as a beam and the reinforcing element is assumed to have finite bending stiffness and negligible frictional resistance. The upper and lower soil layers are idealized by a series of linear and discrete springs (Winkler springs) of different stiffness values. To find the response of such a model the governing differential equations have been derived and expressed in a nondimensional form. A closed form analytical solution of the same has been obtained subjected to appropriate boundary conditions. Using the present approach the resulting solution for a degenerated case of a long beam is found to be identical to the same of Hetenyi (1946, Beams on elastic foundations, University of Michigan press, Ann Arbor, MI). Parametric studies reveal that the ratio of flexural rigidity of upper and lower beam and the ratio of stiffness of the upper and lower soil layers affect significantly the response of the foundation.     

Formation of Concentric Rings Around Sources

Zones of increased concentration formed by a solvent flowing from a source are considered. A matehmatical model for forming such zones is proposed. It takes into account that such a zone is composed of a set of independent particles. Hence the distribution of a substance around the source can be explained by movement of an individual particle. In the model this movement is a continuous semi-Markov process with terminal stopping at some random point in space. Parameters of the process depend on the velocity field of the flow. Forward and backward partial differential equations for the distribution density of a random stopping point of the process are derived. The forward equation is investigated for the centrally symmetric case. Solutions of the equation demonstrate either a maximum or a local minimum at the source location. In the latter case a concentric ring around the source is formed. If different substances vary in their absorption rates, they can form separable concentration zones as a family of concentric rings.     

Recognition features of felsic pyroclastics of Serra do Tombo formation,Minas Gerais,Brazil

In this contribution we report a study of poorly exposed, rhyodacitic welded-ignimbrite deposit from Minas Gerais. A petrographic study of textures indicate high temperature of emplacement. Key features include eutaxitic texture, flattened and agglutinated lapilli and glass menisci. Most of the feldspar minerals and glass are extensively altered to clay minerals, which pseudomorph the original volcanic textures. Glass menisci and spherules suggest a possible process of liquid immiscibility. Immobile trace element distribution indicates a possible link with other post-Palaeozoic felsic volcanic rocks in Brazil, a magmatism interpreted as due to basaltic underplating and partial melting of a hydrous continental crust. A peculiar feature is a high Light REE/Heavy REE ratio. Depletion in heavy rare earth elements is possibly due to a residual HREE-bearing phase in the source. The geologic context of these rocks suggests a Lower Cretaceous age and a tectonic relationship with a continental rifting event.     

太白山佛爷池剖面的全新世环境变化信息

太白山佛爷池海拔3410m,是一个发育在古冰斗中的冰蚀湖。自湖中210cm沉积剖面进行沉积物粒度、孢粉和测年采样分析,表明自8200aBP以来的环境经历了明显的冷暖干湿变化。8200~6800aBP温暖湿润,在7200aBP出现明显增温;6800~5900aBP气候开始波动,大约在6300aBP有一次短暂的变冷,在6000aBP前后出现明显暖期;5900~4800aBP气温下降,大约在5200aBP达到最低,然后气温缓慢回升;4800~2600aBP气候较为温暖湿润,大约在3000aBP达到最高;2600~900aBP气候变冷湿,大约1500aBP达到最低;900aBP~现代变好。      

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987111000247

Recent advances in modeling of tornadoes and twisters consist of significant achievements in mathematical calculation of occurrence and evolution of a violent F5-class tornado on the Fujita scale, and four-dimensional mathematical modeling of a tornado with the fourth coordinate time multiplied by its characteristic velocity.Such a tornado can arise in a thunderstorm supercell filled with turbulent whirlwinds.A theory of the squall storms is proposed.The squall storm is modeled by running perturbation of...     

燕山南缘盘山岩体的热历史与构造-地貌演化过程

应用热年代学方法,揭示了燕山南缘盘山岩体的热历史与隆升过程。结果表明,盘山岩体的侵位深度约为10km.岩体侵位以后,经历了快速冷却过程,在226.48Ma~204.95Ma期间,岩体温度由520℃冷却至300℃,平均降温速率为10.22℃/Ma.204.95Ma~118Ma期间为盘山岩体的缓缦隆升时期,平均隆升速率约为0.028mm/a,隆升幅度约2.5km.118Ma~96Ma为盘山岩体较快速隆升时期,隆升速率为0.035mm/a,隆升幅度约0.77km.96Ma~35Ma为盘山岩体与盘山山脉的快速隆升时期,隆升速率约为0.115mm/a,隆升总幅度达7km.35Ma以来,盘山岩体的隆升速率很小,仅约0.014mm/a,隆升幅度约为0.5km.盘山周缘环状构造系统的形成时代略早于226.48Ma,盘山南缘边界正断层的活动时代为中生代末~始新世。      

重力场定义的澄清

《朗曼现代英文词典》(LongmanModernEnglishDictionary)、《牛津高阶英汉双解词典》(OxfordAdvancedLearner’sEnglish ChineseDictionary)、《韦氏词典》(Merriam Webster’sNewCollegiateDictionary)、作为地球物理专业词汇定义源的《勘探地球物理百科词典》(EncyclopedicDictionaryofExplorationGeo physics)以及中国的一些重力教科书、专著及词典 ,把重力场定义为重力或重力作用存在的空间 ,重力效应可以测量的空间 ,即 :力或重力存在的空间。这个定义不同于国外英文地球物理教科书、专著及中、英、俄文场论教科书对重力场的定义 :空间中的重力。定义重力场为重力存在的空间 ,混淆了“场”本身及“场域”的概念 ,并不是一个标准的物理或地球物理定义 ,是一种误导。物理场是空间中存在的一种物理作用或效应 ,分布于引起它的场源体周围。两个物体之间存在着的相互作用力 ,通过每个物体引起的引力场给予另一个物体。重力场可以定义如下 :地球内部及其附近空间一点处存在的重力作用 ,或单位质量受到的重力。重力场是一种力或力场 ,存在于地球表面及其附近的空间。重力场不是空间 ,重力场的测量应当是在重力场存在的空间或场域中 ,而不是在重力场中进行。     

Use of sparse iterative methods for the resolution of three-dimensional soil/structure interaction problems

In this paper we present a study of the performance of sparse iterative solvers regarding the resolution of three-dimensional and non-linear problems encountered in soil/structure interaction. It is composed of two parts. In the first one, we present briefly iterative methods and preconditioners used in this study, then we analyse their performance on three soil/structure interaction problems: a shallow foundation under a vertical loading, a single pile subjected to a lateral loading and the construction of a lined tunnel in a soft soil. Tests are performed assuming an elastic–perfectly plastic constitutive law for the soil material with a non-associated Mohr–Coulomb flow rule. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.