韧性失稳——北京怀柔神堂峪韧性剪切带和透闪石玻璃

本文根据神堂峪韧性剪切带中的鞘褶曲以及鞘褶曲中出现的玻璃物质,来讨论岩石在同一深度上由于应变速率的改变而出现的脆-韧性转换现象.划分了不同的变形期次,并讨论了在这些过程中矿物的结构、岩石的构造形态以及物质组分方面的变化.     

高温后灰岩单轴压缩的分形特征研究

温度是影响岩石物理力学性质的重要因素,对不同温度作用后灰岩单轴压缩的碎块进行统计分析,结果表明灰岩的块度分布是个分形,分形维数D是反映高温后灰岩破碎程度恰当的特征统计量,同时D表现出随温度的增大而减小的性质。在此基础上,通过扫描电镜分析,获得温度对岩石力学性质的影响主要与组成岩石矿物性质和内部微观结构有关,而不同温度的作用会影响岩石矿物组成成分和岩石的晶格结构,在灰岩的扫描电镜结果对比中已发现微观形貌特征的差异,这可从内在机制方面解释不同温度下灰岩分维值变化特征。     

断裂带中的二相变形与地震成因讨论

本文主要以郯庐断裂带现代侵蚀面上五种不同类型的断裂构造和断层岩石为例,论述大断层带中岩石变形的二相性特征,包括机械意义的“韧性相”和“脆性相”应变组分在变形过程中的作用和意义。在此基础上探讨一种可能的地震成因方式     

地壳温压条件下迁安石英岩的非弹性变形

本文通过研究地壳温压条件下迁安石英岩非弹性变形特征和机制,着重阐述了这类岩石产生非弹性变形的能力和温度压力之间的关系,以及对岩石宏观失稳型式的影响。研究表明,温度和压力的升高将导致岩石中石英晶粒逐步转化为塑性组分,转化过程中伴随着岩石宏观非弹性变形的增强。宏观非弹性变形增强幅度和微观转化为塑性组分的石英晶粒含量满足一定的统计关系。当转化的塑性组分达到一定量级时,岩石的宏观力性和失稳型式将产生明显变化,变化的趋势是易于产生非弹性变形而渐进失稳     

砂岩的热破裂过程

高温环境下,岩石表现为明显的宏观破裂特征. 本实验在细观尺度下观测了不同温度条件下,阜新细砂岩的矿物组分和微结构及其发展变化,以及内部微裂纹的发生和发展. 从实验中观察到,自150℃开始,阜新细砂岩微裂纹数量有剧烈的增加,并达到峰值;当温度超过210℃以后,可见裂纹的数量呈下降趋势并逐渐稳定;当温度达到810℃,细砂岩裂纹数量出现第二个增长峰值. 结果表明随着温度变化,细砂岩存在热破裂阀值.     

山西裂谷带地壳岩石波速的研究

通过实验建立了岩石成分与波速的关系,波速和岩石的各向异性,矿物相变在波速曲线中的反映以及实验温度和压力对波速的影响,尤其得到了高温下的新资料.用实验数据结合地球物理、地质资料建立了山西裂谷带与相邻太行山隆起区地壳各层圈的物质组成,对比说明,两构造单元下地壳的岩石组成是不同的.最后分析了盆地下地壳中部的组成、水和环境条件,认为低速带是由岩石部分熔融造成的.     

韧性剪切带及其变形岩石

本文讨论了地壳和上地幔中韧性剪切带及其中的变形岩石。在大多数情况下,韧性剪切带中的变形岩石为糜棱岩,因为经受韧性剪切变形时,岩石的粒度显著减小并发育了强化的叶理(线理)。但是在某些情况下,例如,当隐晶质灰岩及富含长石的岩石经受韧性剪切变形时,剪切带中的变形岩石粒度局部增大或者没有发生明显减小,它们并不是典型的糜棱岩。由于变形环境、变形介质及变形机制的不同,韧性剪切带内岩石变形的产物是不同的     

滇西点苍山变质杂岩中叠加低温糜棱岩的变形-变质、流体及地质意义

点苍山变质杂岩是发育在哀牢山-红河走滑断层带上的四个变质杂岩体之一,其遭受了多阶段的变质-变形改造,特别是自晚渐新世以来其深变质岩石广泛遭受了高温韧性剪切变形及从地壳深部剥露到地表过程.本文在前人研究成果及详细的野外地质观测的基础上,对新生代点苍山杂岩的深变质岩石变形-变质作用和剥露过程开展了相关研究,尤其是重点针对叠加低温糜棱岩开展了详细的研究.其中通过光学显微镜、扫描电子显微镜的附件电子背散射衍射以及结合阴极发光技术方法和手段,开展了叠加低温糜棱岩的显微构造、变形矿物晶格优选定向以及矿物相的深入分析.研究结果表明:(1)点苍山深变质杂岩经历了早期的高温左行剪切变形以及晚期的伸展快速剥露过程,其低温变形-变质构造特征和矿物组合叠加在早期的高温变形-变质基础之上,且高温显微构造和组构部分或全部遭受晚期叠加低温剪切变形作用改造;(2)叠加低温变形-变质出现在韧-脆性转换过程中;(3)同构造剪切叠加低温变形-变质过程中的流体非常活跃,以及伴随由动态重结晶作用和/或伴随的破裂-微破裂作用导致岩石中主要组成矿物强烈细粒化,并进一步致使变形应变局部化(如微剪切带发育),其常常伴随着岩石强度的降低,并在进一步的演变过程中影响着岩石的整体流变性.     

长英质岩石的流变学特征及其影响因素

在总结岩石变形机制与岩石流变学实验进展的基础上,讨论了岩石流变学数据的重复性。虽然高温高压流变学实验积累了大量的数据,但中、上地壳长英质岩石和早期获得的石英集合体的流变实验数据重复性比较差,而近年来发表的石英、长石的流变学实验数据重复性相对较好。虽然利用经验理论模型,根据端元组分可以拟合两相矿物集合体的流变律,但并不能满足定量确定复杂组分和特殊流变性的长英质岩石流变参数的需要。因此,利用长英质岩石流变参数估计大陆地壳流变强度剖面时,即使在相同地温和应变速率条件下,给出的流变曲线、脆-塑性转化带深度也有一定差别,还需要通过大量实验给出更精细的长英质岩石流变学实验数据。根据近年来流变学实验研究的新进展,讨论了在实验室条件下影响长英质岩石流变的各种因素,重点分析了流体、岩石成分、样品粒度和组构对流变的影响。微量结构水对岩石流变有显著的弱化作用,而熔体对流变的影响与熔体含量和分布相关,只有熔体呈薄膜状湿润颗粒边界时,熔体的弱化作用才显著。成分对岩石流变的影响不仅体现在样品的应力指数等流变参数的变化方面,还体现在样品从半脆性变形向塑性变形的转化温度方面。粒度主要影响岩石的变形机制,其中,细粒样品在扩散蠕变域具有应力与粒度线性负相关特性,是理想的应力计,可以用来定量确定韧性剪切带的流变强度;而在位错蠕变域,应力与粒度没有依存关系,这为将实验室条件得出的流变数据外推估计地壳流变提供了重要依据。组构和各向异性是地壳中岩石存在的普遍现象,但关于层状组构对多相矿物组成的岩石流变影响的研究非常少,需要通过新的实验来深入研究。     

岩石的应力松弛,应变硬化和应变软化

本文论述了岩石应力松弛的某些基本特征，分析了应力松弛测试的基本理论，特别就岩石应力松弛中的应变硬化和软化现象提出了作者的见解，并导出了其数据处理方法。     

基于高温高压岩石破裂实验结果对中强地震前震中附近区域部分地震学现象的初步解释

依据高温高压岩石破裂实验结果并结合理论分析，对 附近区域不同深度温压条件下岩石变形破坏性质及破坏失稳的力学行为进行了研究，在一次应力加载循环中，发生破坏的部位随时间具有向深部下迁的趋势。考虑到深度温压条件下岩石的渐进式破坏行为及突发失稳，对主震前震中附近区域小地震活动的增强、平静、活化等现象，以及b值等时间序列参数变化的可能机理进行初步探讨，并简单讨论了两类平静和两类b值变化的可能原因。     

岩体力学参数变异性及取值方法

受结构和赋存环境的制约,岩体力学性质及其力学参数具有显著的时间和空间变异性.岩体力学参数和岩体质量从不同的侧面反映了岩体力学性质,两者具有必然的关联性,故可用相对简单的岩体质量评价来选取岩体力学参数:按地质条件将岩体空间离散为若干连续微元体单元;采用Q、RMR和BQ等方法逐一对各单元开展岩体质量评价,并利用岩体质量与岩体力学参数间的关系(如Hoek-Brown经验准则)计算其力学参数;综合各单元的计算结果确定反映连续岩体空间内空间变异特征的力学参数.以某水电站地下洞室群为例,实现了工程区围岩力学参数的不连续取值.     

水对受力岩石变形破坏宏观力学效应的实验研究

为了了解水对受力岩石的宏观力学效应,在MTS电液伺服材料试验系统上,对不同饱水度的砂岩、花岗闪长岩、灰岩和大理岩进行了单轴压缩试验,取得了这几种岩石的单轴抗压强度和弹性模量随饱水度变化的定量结果.结果表明,水对受力岩石的力学效应与岩石中的含水状态是密切相关的,自然状态的砂岩、花岗闪长岩浸水后,其峰值强度和弹性模量随饱水度的增加而迅速衰减,当饱水度达到某一定值时,这两种岩石的峰值强度和弹性模量基本稳定下来;文中用函数Y=Aexp（-Bx）+C对实验结果进行了最小二乘法拟合.实验中求得水饱和状态和自然状态砂岩的泊松比并没有明显差异,说明在宏观上水对该种岩石受力变形的作用是各向同性的.通过10^-5/s和10^-4/s两种不同应变率试验,发现水对受力岩石的力学效应具有时间依赖性,这一特点说明仅从有效应力原理来考虑水对受力岩石的力学效应是不够的,而应考虑应力腐蚀这样复杂的过程.此外,大理岩的试验结果表明,水对受力的碳酸盐类岩石的作用机理是一个值得进一步探讨的问题,它与水对受力的含SiO₂类岩石相比,可能存在差异.     

不同结构的岩石试件变形破坏与孔隙压力关系的实验研究

根据华北地区地震地下水位动态观测井的含水层岩性、埋深与承压水头大小等实际条件，对具有不同结构的四种岩性试件，在不同围压、初始孔隙压力、变形速率下，进行了变形破坏过程中孔隙压力变化特征的实验研究，探讨了岩性、结构、围压、初即孔隙压力，变形速率等因素对井水位映震特征的影响。     

岩石变形实验中的微破裂与地震的联想

根据室内岩石变形实验中岩石的微破裂和应变能释放等情况，联想到地震发生的几种相似现象：（１）岩体在较低的状态下亦有可能发生地震；（２）小震的发生预示岩体内应变和应变能的释放，但应力却未必释放；（３）主震时就变能大量释放，但仍有相当多的应变能残留在岩体中，这应是老震区发生地震的原因之一。     

地震孕育过程中形变趋势变化形态的理论分析

利用流变介质包体模型理论中体应变解析解计算分析了孕震过程中不同观测点的形态异常特征，结果表明，硬包体产生的体应变具有明显的3阶段过程，软包体却只有2个阶段的特点，但它们的形态特征不仅都具有象限性与地区性，而且还随震中距的不同而不同。岩石实验结果也表明，观测点距破裂面的距离不同，其形态特征也不同。在理论分析与岩石实验结果一致的基础上，分析了张北地震与景泰地震前形变异常的形态特征，即具有明显的地区性与象限性；并且形态特征随震中距的变化而不同；变化幅度也随震中距的增大而减小。基于对形变异常形态特征的理解，提出了利用形态特征预测、判断发震地点及孕震状态的思路。     

蓄水引起的地基垂直形变的总效应和丹江水库地震

水库蓄水后,水体质量荷载引起地基岩石介质产生静力学形变效应.发生地震的水库,由于震源区岩石介质扩容,也会引起地基岩石介质的形变.本文同时考虑了这两种效应.水体质量荷载的静力学形变总效应包括:荷载引起的地基岩石介质的静态弹性形变,质量引起的重力等位面形变以及静态弹性形变所引起的重力等位面形变.岩石介质扩容效应在一定阶段会引起地基岩石介质的膨胀隆起,这种隆起形变同样也引起重力场变化.采用上述模型分析了丹江水库的水准测量成果,确定了该地区地基岩石介质的 Lame 常数,分析了地面垂直形变与地震的关系,从而认为使用该模型分析蓄水后库区的地面的垂直形变,可以为预报水库区地震提取必要的信息.      

地壳岩石变形行为的转变及其温压条件

岩石脆延性转化 (brittle ductiletransition)和脆塑性转化 (brittle plastictransition)是不同的概念。脆延性转化指从岩石的局部变形破坏到宏观均匀流动变形的转化 ,它与宏观结构和力学行为的变化相关。脆塑性转化指脆性向晶体塑性变形的转化 ,它与力学行为和微观机制的变化相关。通过地壳中最主要的石英、长石的实验室和野外变形温压条件对比发现 ,达到相同的变形特征 ,在实验室和野外所需温压条件不同。建立变形机制图使解决这一矛盾成为可能。但受实验资料的限制 ,目前几种主要岩石的变形机制图还无法建立。因此 ,通过对实验与自然环境下变形特征及微观机制对比 ,找出两者温压条件的差别 ,就成为将实验研究结果外推解决实际地质问题的有效途径     

由含断层岩石非均匀性产生的地震前兆的数值模拟研究

使用新开发岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)，通过一系列模型实验，研究岩石中预制断层面几何特征和力学非均匀性对地震前兆产生的影响。模型使用5个具有不同均质度的岩石样本进行数值模拟研究。数值模拟结果表明，不同均质度岩石破坏在地壳中会产生不同的地震前兆现象。在一些区域，可以观测到明显的前兆，而在另一些地区却很难观测到明显的前兆现象。模拟结果与实验观测和自然界实际观测结果由很好的一致性。     

钙钛矿的高温塑性：下地幔的流变性

重点介绍了近年来国际地球物理学界在钙钛矿高温塑性研究领域内取得的进展。依据高温高压实验岩石学和矿物物理测试结果，科学家们提出硅酸盐钙钛矿是下地幔最主要的矿物相。采用相似材料理论和高温高压实验技术，在过去几年里对钙钛矿的高温塑性变形进行了深入细致的实验研究，就钙钛矿的高温塑性强度，流变机制和塑性各向异性等进行了探讨，这些开创性的研究特别强调了钙钛矿晶体结构相变和高温塑性的关系，并对应用矿物的晶体结构－－塑性系统相关性外推未知矿物流变强度的可能性作了探讨。作为一个直接的应用，这些研究成果被广泛的用来讨论有关的下地幔地球动力学问题，特别是下地幔的流动强度，流动机制和流动弱化。