岩石矿物学的自组织现象

对岩石矿物学中一些典型的自组织现象作了较为具体的介绍，并对其研究现状作了简要的评述。     

岩石矿物学中的自组织现象

对岩石矿物学中一些典型的自组织现象作了较为具体的介绍，并对其研究现状作了简要的评述。     

地球物质的自组织作用──以岩石及岩石圈物质为例

全球构造格架的形成和运动状态是岩石圈物质自组织作用力和动态特征的表现形式。岩石中自组织现象可以在不同时空尺度上以不同级序出现。含铁石英岩的构造花纹是物质组分热动力的空间表现是一种自组织现象．     

砂岩破坏声发射临界慢化前兆特征试验研究

通过对砂岩岩石试样开展单轴加载压缩下的声发射试验,测试岩石试样在单轴多级加载条件下受力变形全过程的声发射参数,建立时间-荷载-声发射参数关系曲线,分析岩石变形破坏全过程的声发射特征及变化情况,对岩石变形破坏过程声发射特征的自相关系数和方差变异性进行深入分析,揭示岩石变形破坏的临界慢化现象,探索岩石临界破坏的声发射前兆表征。研究结果表明：（1）岩石在逐级加载过程中产生明显的声发射现象,声发射振铃计数随着加载级数增加越来越高,在岩石试样破坏时刻达到最高;（2）利用声发射RA（上升时间/峰值幅度）与AF（平均频率）特征分析,岩石试样在整个过程中以张拉破裂为主,加载后期剪切破裂逐步增多;（3）通过声发射振铃计数率、上升时间、峰值频率、RA主要特征时间序列的方差和自相关分析,发现其分析结果均在岩石破坏前存在突变性,即表明出明显的临界慢化现象,可作为岩石破坏灾变的前兆特征;（4）峰值频率和RA的方差变异可作为岩石损伤破坏的关键前兆指标。鉴于此,将临界慢化现象分析用于脆性岩石破坏过程的研究,对深入认识岩石临界破坏状态和灾变前兆具有非常重要的科学价值和实用意义。     

岩石磁性测定的几个问题

在解释磁异常时,需要大量测定岩石的磁性,但对岩石磁性的复杂性及其能够解决地质问题的能力往往认识不足.假如不仅测定岩石的感磁和剩磁,而且还研究剩磁的性质,那就可以对热、化学和动力等剩磁异常进行分类,进而提高阐明某些地质现象的能力.     

石灰岩声发射特性及其演化规律试验研究

为定量描述不同应力条件下岩石材料声发射特性及其特性演变规律,分析不同应力条件下岩石声发射参数与应力、变形的量化关系,对广西高峰矿石灰岩进行了单轴压缩、拉伸和劈裂条件下的声发射特性试验,在此基础上将模糊自相似分维概念引入岩石的声发射试验分析中,就不同应力条件下岩石声发射所表现出的自相似规律进行了研究。研究表明:在压应力作用下石灰岩声发射出现短暂的"钝化期",其声发射事件率及能量率模糊容量维记数曲线出现了"最小-回升"现象;在劈裂条件下石灰岩声发射事件频发且其声发射参数序列同样存在模糊自相似容量维特性,但其模糊容量参数的演化过程未能观测到"最小-回升"现象;在直接拉伸试验中,由于"胶结、引力"材料声发射活动具有瞬发性,不易监测,本次试验可测范围内无法计算其分维数,因此在拉伸条件下岩石试样是否具有自相似性演化规律还有待于进一步的研究。      

岩石损伤断裂的沙堆元胞自动机模拟

在岩石材料的加载过程中,当荷载超过某一临界值时,岩石的变形从稳定变形阶段突变为不稳定变形阶段,即使是保持荷载不变,破裂也会继续发展,表现为“雪崩”式的破坏过程。基于自组织临界性理论及沙堆元胞自动机模型,对岩石失稳破坏过程中的损伤演化、裂纹扩展规律进行了探讨,从新的角度研究了岩石失稳破坏的细观演化规律。     

石灰岩声发射特性及其演化规律试验研究

为定量描述不同应力条件下岩石材料声发射特性及其特性演变规律,分析不同应力条件下岩石声发射参数与应力、变形的量化关系,对广西高峰矿石灰岩进行了单轴压缩、拉伸和劈裂条件下的声发射特性试验,在此基础上将模糊自相似分维概念引入岩石的声发射试验分析中,就不同应力条件下岩石声发射所表现出的自相似规律进行了研究。研究表明:在压应力作用下石灰岩声发射出现短暂的"钝化期",其声发射事件率及能量率模糊容量维记数曲线出现了"最小—回升"现象;在劈裂条件下石灰岩声发射事件频发且其声发射参数序列同样存在模糊自相似容量维特性,但其模糊容量参数的演化过程未能观测到"最小—回升"现象;在直接拉伸试验中,由于"胶结、引力"材料声发射活动具有瞬发性,不易监测,本次试验可测范围内无法计算其分维数,因此在拉伸条件下岩石试样是否具有自相似性演化规律还有待于进一步的研究。     

岩石破裂过程的自组织临界特征初探

自组织临界状态。是广延耗散动力学系统所普遍具有的行为特征。实验表明，岩石破裂过程也具有自组织临界特征。本文运用数学－力学分析和计算机模拟等手段。研究了岩石破裂过程中所现出的累进性破坏及无序向有序演化等特征的内在机理，从而加深了岩石破裂失稳定过程机制的认识。     

地应力对碳酸盐岩溶解和岩溶发育的影响

地应力对碳酸盐岩溶解和岩溶发育的影响研究是一个值得注意但又长期被忽视的问题, 结合地球化学、地质热力学、矿物岩石学、岩石弹塑性力学方面的知识, 在理论上全面地分析地应力的影响.研究表明, 在应力作用下, 碳酸盐岩岩体内应变能提高、溶解反应自由能增加、裂隙发育特征与水流运动条件发生变化, 使得碳酸盐岩固体表面处溶解物饱和浓度增大, 改变了岩体内水流的厚度、水流流态以及水中碳酸盐岩溶解物浓度, 从而影响了碳酸盐岩的溶解速率; 且应力的存在改变了有效的水岩相互作用面积; 应力作用下碳酸盐岩溶解存在的"应力-溶解"耦合竞争循环机制使得岩溶发育出现混沌现象和自组织行为, 初始应力介入所导致的一个很微小的影响因可被迅速放大至成百上千倍而不可忽略, 自然界中碳酸盐岩岩体内溶解和结晶并存、串珠状溶洞以及孤立溶洞的形成发育机制一定程度上可归结为应力溶解自组织行为的结果.      

矿井开采中的非线性动力学特性

采用现代非线性科学中的分叉、混沌、分形和自组织理论,对矿井开采过程中的典型动力学现象进行了研究,分析了这些现象的非线性机制,指出了矿井开采系统中的非线性动力学行为,对矿井灾害的防治和指导矿井采掘活动具有积极意义。     

水-岩系统的最佳协合作用(英文)

现已证明 ,水岩系统能满足最佳协合作用的主要要求 ,而该作用乃是关于有机成因和无机成因在内的自组织系统科学。自组织的主要前提是其非平衡态平衡态的性质 ,从地质学上说此性质是在确定着漫长的而严格地定向性发展过程中的 ,并伴有越来越多的新矿物相的、以及新地球化学类型的水的形成。这种水结构方面的新变化可以加以利用来评价和传递有关的信息。自组织的这些特性 ,使得水岩系统就成为了在地壳内部的许多地质作用与现象发展过程中的一个基本系统。     

绿泥间蜡石微结构的高分辨电镜观察

本文提供高分辨电镜(HRTEM)所得的绿泥问蜡石的[001]、[110]和[100]晶格像。根据大量观察,业已证实绿泥间蜡石c~*方向Co-Py的规则堆垛及绿泥间蜡石晶畴的稳定性,也揭示了绿泥间蜡石雏晶内、外存在的许多有意思的微结构现象。这些现象有锂绿泥石微分凝晶畴;a,b方向的无序;畴间的协调,不协调堆垛和楔形晶层的插入;晶层的弯曲和侧相变;绿泥间蜡石畴内层堆垛的有序/无序。所有上述现象已予解释,并认为这是造或间层矿物一维有序的根本原因。最后,提出不同于基本微粒说的观点,并以自组织理论讨沦了该晶体的生长机理。     

软岩饱水试验与软化临界现象研究

针对华南地区广为分布的“红层”软岩遇水软化问题,选择粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等典型软岩为研究对象,在软岩饱水软化试验的基础上,采用“自组织临界性”理论深入分析了软化试验中的临界现象,结合软岩物理力学性质、微观结构以及水溶液离子浓度变化的试验结果,得出：在饱水3个月和6个月时,对应于所研究软岩软化的临界时间点,其物理、力学性质与水溶液离子浓度的变化在前3个月内变化幅度较大,3个月后较为平缓,并可能出现波动,6个月后开始趋于稳定;而其微观结构变化满足1～3个月变化较小,3～6个月自行调整而趋于有序,6个月之后结构类型完全改变。在此基础上,分析了软岩系统自组织临界现象中最显著的两个特征：自组织性和临界特性,并从系统演化的角度探讨了饱水软岩系统中一种具有一定稳定性的非平衡自组织有序结构的产生过程,给出了水作用下软岩工程特性变异达到稳定的临界时刻。     

地球化学系统的自组织、自相似与自相关

从系统论出发，概述了地球化学系统内普遍存在自组织、自相关和自相似，并初步讨论了三者之间的关系：（１）自组织是自相似之源；（２）自相关可以标度自相似。自组织、自相似与自相关的有机结合势必对地球化学系统研究产生深远的影响。     

Signatures of Divergence and Self-Organization in Soils and Weathering Profiles

Complex system behaviors such as self-organization are difficult to address in geology. System evolution often cannot be directly observed and, in geology models and theory, must be reconciled with field evidence. However, self-organization can be addressed within the historical-interpretive paradigm by applying a measure of the degree of self-organization of geologic features, using standard interpretive methods to determine the nature of changes, and determining whether those changes result in an increase or decrease in organization. In this way, stable non-self-organizing convergent development can be distinguished from unstable chaotic self-organizing divergent development. Kolmogorov entropy (K-entropy) was used as a measure of the self-organization of soil profiles in eastern North Carolina. In general, the profiles are low in K-entropy, indicating a generally high level of predictability and information in the vertical arrangement of pedogenetic horizons. As a broad generality, the study profiles appear to be decreasing in entropy if or when surface erosion is minimal and increasing in entropy otherwise. However, results show that whether the profiles demonstrate evidence of convergent or divergent behavior is determined by the relative rates or magnitudes of three main processes: (1) horizon differentiation in surficial horizons by the formation of transitional AE or A&E horizons due to secondary podzolization, (2) thickening of the solum at the weathering front, and (3) surface erosion. There is no direct relationship between the degree of pedogenic development and self-organization. The results suggest that complex system behaviors are controlled by, and can be linked to, specific pedologic and geomorphic processes and that soils and regoliths may be characterized by both convergent and divergent developmental pathways.     

某些矿物中同心层状鲕(豆)粒的自组织成因

本文首先综述了矿物中同心层状鲕(豆)粒的基本特征,接着提出该鲕状结构的二阶段成因模式(早期胶团从沉积物中的快速形成和晚期胶团在自催化反馈机制的作用下的有序化)。最后,用自组织(耗散结掏) 理论和动力学分析方法揭示出如下结论:①自催化反馈机理是胶团中杂质元素的催化结晶;②胶团在有序化过程中能形成时-空有序的自组织结构即鲕粒同心层;③胶团中凝胶浓度和杂质元素浓度在相空间内为一极限环,定态胶团失稳后将沿着极限环闭轨演化并最终形成同心层状矿物鲕粒。寻找有序结构和自反馈机制是研究自组织结构的有效方法     

SYNERGETICS IN GEOLOGY地质学中的协同学

协同学作为自组织的一般理论包括了一大类自然现象,而并不局限于热力学的情态。热力学结构和热混沌仅仅是存在极性的一种形式。在发生结构自组织之初,形成了许多涨落。当系统远离平衡时,长程关联的振幅最初很小,后来增大。结果是,从众多的涨落中涌现出一个涵盖整个系统的涨落。协同学的这个论点从一种完全不同的视角来描述无机世界。包括地质学物体在内的各类无机物体应该被看成是变异选择的突变和产物,这种变异选择是按照达尔文的逻辑规划来实现的。大自然往往,然而并非总是以分形的形式展示出来,后者可以划分为"正确的"和"不正确的"两种分形形式。结晶格子是正确分形的实例,其单位晶胞具有不同尺度的重复性。我们的行星则是不正确分形这一类自然分形。如果我们将"隶属"视为分划结构的一种规律,那么人们必须将大、小构形的岩石圈看作是一种分形结构。从逻辑上讲,整个地质学的现实应该代表无机物质协同自组织的分形产物。地球和Benard对流结构一样,是一种多阶段的对流系统;在前者之中一个水平上的对流启动了另各一个上覆水平上的对流。这个形成结构的对流的原理表现在大、小尺度上,比如,它构成了矿床形成中的流体化理论的基础,后者也包括协同学的其他理论。按照这一理论,沉积岩的沉降伴随有扩张的流体饱和带的形成。流体以沉积断面上部中的水-碳氢化合物组分及其下部中的水-碳酸盐与矿石组分为代表。在随深度而增高的温度影响下,流体被加热,并且建造内的压力异常增大,因而加热了的流体穿透到断面的较高水平。上升的流体是强有力的热载体,它们使上覆沉积岩经过显著的增补加热而产生对流机制,并且大大地加速了它们的后生转变。     

Stellar fluxes in numerical dynamical models of open clusters

Fluxes of stars in models of open clusters that are nonstationary in the regular field of the cluster are analyzed. An equilibrium distribution function describes the state of these models from the beginning of their dynamical evolution. Violent relaxation in the open-cluster models proceeds under equilibrium conditions in phase space and does not result in virial equilibrium. The cluster relaxation times in the one-dimensional spaces of a number of stellar-motion parameters are estimated. The stellar fluxes are anisotropic in some two-dimensional parameter spaces. Such open-cluster models exhibit a number of manifestations of self-organization (an energy flux toward the center of the cluster and a transfer of energy from large-scale to small-scale motions, periodic decreases in the entropies of the cluster models with a period equal to that of oscillations of the regular field of the cluster, etc.). It is concluded that violent relaxation represents one form of self-organization in such systems.