辉绿岩脆-塑性变形转化的高温高压实验研究

以天然叶腊石为传压介质, 在温度800~100 0℃、围压0.6~1.0 GPa和应变速率10-4~10-5 s-1条件下, 对Maryland辉绿岩的脆性-塑性转化进行了实验研究.实验结果表明, 在10-4~10-5 s-1应变速率和固定围压1.0 GPa条件下, 当温度低于800℃时, 岩石变形为典型脆性破裂; 温度高于1000℃时岩石变形以准稳态蠕变为主; 温度在800~950℃之间, 岩石变形从脆性破裂向准塑性流动转化.温度变化对岩石脆-塑性转化影响敏感度高于压力变化对变形的敏感度.显微构造观察显示, 辉绿岩脆-塑性转化以稀疏弥漫状共轭塑性流动网络为特征.      

辉长岩部分熔融实验及地质学意义

利用高温高压多功能三轴实验装置对四川省攀枝花辉长岩进行了动态和静态部分熔融实验研究,实验的围压为450～800MPa,温度区间为900～1 200℃.实验表明,差应力对辉长岩动态部分熔融程度有一定影响,初始熔体主要分布在不同矿物的颗粒边界和三联点,变形影响熔体分布,变形与辉长岩韵律层具有一定成因联系.本文为熔体对岩石流变学行为影响提供了实验约束依据.     

天然花岗岩的脆塑性转化-塑性流变实验研究

<正>本研究样品采用四川泸定地区的细粒花岗岩,在德国GFZ的Paterson型高温流变仪上开展了轴向压缩和扭转实验研究。样品含有石英36%,钾长石34%,钠长石26%,白云母3%,绿泥石1%。轴向压缩实验条件为300 MPa围压、温度800~1 050℃、等应变速率10-5s-1。由于实验样品不同程度地出现脆性破裂特征,在900℃温度、围压1 atm和100 MPa条件下分别进行了轴向压缩实验。在此基础上开展了围压400Mpa、温度950℃、最大扭应变速率1.8×10-5s-1的等应变速率的扭转实验。实验结果显示,随温度升     

断层脆塑性转化带变形机制与裂隙愈合实验研究

开展断层脆塑性转化带的变形机制、断层带流体-岩石相互作用、断层愈合作用等研究,对理解间震期、同震加载、震后滑动阶段断层的变形机制转化、强震孕育和发生具有重要意义。笔者采用Carrara大理岩,在温度300~700℃、围压300 MPa和600~800 MPa、应变速率1×10-4/s~1×10-5/s和1×10-7/s~2.5×10-6/s、水含量0.005%~0.01%和0.1%~0.5%条件下,开展了轴向压缩变形实验与裂隙愈合实验。通过偏光显微镜、扫描电镜与能谱分析,研究了实验变形样品的微观结构与变形机制,讨论了水、温度、围压、应变速率对脆塑性转化和变形机制的影响,以及裂隙愈合对断层强度和流体压力变化的制约作用。实验结果表明:(1)Carrara大理岩在低温(300~400℃)、低应变速率和高含水条件下发生了压溶,其中,在低温低应变速率(1×10-7/s)条件下为压溶蠕变,在低温中等应变速率(5×10-7/s)条件下为压溶+碎裂流动。(2)在低温(400℃)、中-高应变速率和低含水条件下发生了位错滑移(双晶滑移、机械双晶)与碎裂流动,局部伴有压溶作用。(3)在中温(500℃)、各应变速率和各含水条件下发生了位错滑移(双晶滑移、机械双晶)与动态重结晶作用。(4)在高温(600~700℃)条件下,动态重结晶作用成为主要变形机制。(5)在压溶和动态重结晶作用下,在脆性变形阶段产生的裂隙与孔隙被愈合。断层强度恢复程度受裂隙和孔隙愈合程度控制。温度、水和应变速率对大理岩脆塑性转化和变形机制的影响非常显著,在相同温度与应变速率条件下,水降低了样品强度,促进了压溶和塑性变形。增加应变和水含量,能够显著促进裂缝和孔隙愈合。根据实验结果推测:在快速变形的同震和震后滑动阶段,断层脆塑性转化带以碎裂变形为主;在缓慢变形的间震期,断层脆塑性转化带以压溶和动态重结晶为主。在塑性变形作用下,同震滑动产生的裂隙被愈合,不仅恢复了断层带强度,而且为断层带内部形成高压流体创造了条件。     

差应力状态对岩石熔融程度的影响--以黑云母片麻岩的动、静态熔融对比实验为例

以河北省平山县阜平群的黑云片麻岩为实验样品,有差应力条件下的动态实验,围压10MPa,温度800℃条件下,施加相当于差应力为O～25MPa,且以每5MPa为间隔进行了天然块状岩石样品的动态熔融,在相同的围压条件下,温度由800～900℃每20℃为间隔,进行了无差应力条件下天然块状岩石的静态熔融实验,并进行了对比研究。结果表明,在相同温度条件下,岩石的熔融程度随着差应力的增加明显增高,当差应力达到25MPa时,800℃条件下岩石的熔融程度与900℃静态熔融条件下岩石的熔融程度相当。实验力学分析计算表明,动态实验中构造附加压力增加了围压,差应力每增加5MPa相当于1．67MPa的增压,其与静态实验中温度升高20℃的效果一样。该实验结果对研究岩石深熔作用的深度问题有一定的参考意义。     

人工冻土围压SHPB试验与冲击压缩特性分析

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）,以铝质套筒作为围压装置,分别研究温度为-8、-12、-16 ℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明：在围压状态下,冻土呈黏塑性破坏特征;当人工冻结黏土温度为-16 ℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时,其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa,最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0,表现出较强应变率效应;-12 ℃和-16 ℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa;当应变率相同时,温度越低,最大应力越大,冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。     

宿县矿区祁南矿中煤级煤高温高压变形实验研究

为了深刻揭示构造作用下煤中孔、裂隙结构演化特征与机理,采集淮北宿县矿区祁南矿原生结构煤煤样,开展煤的高温高压变形实验(围压50 MPa,温度100～200℃,应变速率1×10~(-3)～5×10~(-6)/s,应变量10%～20%)。通过对温度、应变速率和应变量对煤变形的影响和实验变形煤孔裂隙结构特征分析,结果表明:温度增高,煤的塑性增强,温度达到200℃时,煤变形发生脆-韧性转变;煤的强度随着应变速率降低而减小,从而更容易发生变形;应变量增大加剧了煤脆性或韧性变形程度。同时,温度、应变速率和应变量也影响着煤的孔裂隙发育。随着煤变形程度的增强,显微裂隙越发育且组合越复杂,总孔容呈波动式变化,微孔孔容和比表面积在脆性变形时不断增大,后在韧性变形初级阶段时有减小的趋势。     

温度与差应力对岩石熔融程度的等效关系——以角闪变粒岩为例

为了探讨差应力和温度与岩石熔融程度的关系,利用角闪变粒岩进行高温高压条件下的岩石变形实验。包括差应力条件下的动态实验,围压100 MPa,温度700℃,施加相当于差应力为0~25 MPa,且以每5 MPa为间隔进行天然块状岩石样品的动态熔融;在相同的围压条件下,温度由700 ℃到900 ℃每50 ℃为间隔,进行无差应力条件下天然块状岩石的静态熔融实验,并进行对比研究。结果表明,在相同温度条件下,岩石的熔融程度随着差应力的增加明显增高。通过对斜率的对比分析表明:以700 ℃为基准,差应力每增加5 MPa,其带来的影响与温度升高40 ℃的效果相当,也说明中性岩石的熔融对差应力的敏感程度比酸性岩要高。     

氮气气氛下黄铁矿热分解的矿物相变研究

通过差热-热重分析、X射线粉末衍射（XRD）及磁化率分析等手段,对天然黄铁矿样品在氮气中受热发生的矿物相 变过程进行了综合研究。不同温度下黄铁矿煅烧产物的XRD物相分析结果显示,低于500℃时,黄铁矿无显著变化;随着 温度的升高（500~600℃）,黄铁矿开始转变为单斜磁黄铁矿,进而生成六方磁黄铁矿,磁化率显著升高;700℃~800℃的 煅烧产物主要为六方磁黄铁矿,磁化率明显下降,直至900℃进一步形成更稳定的陨硫铁（FeS）,磁化率接近于零。在黄 铁矿物相开始转变的温度（500~600℃）区间,黄铁矿生成单斜磁黄铁矿的速率大于单斜磁黄铁矿转化为六方磁黄铁矿的速 率;高温（700~900℃）时,黄铁矿转化为单斜磁黄铁矿的速率低于单斜磁黄铁矿转化为六方磁黄铁矿的速率,表现为黄铁 矿直接生成六方磁黄铁矿。     

高温作用后花岗岩三轴压缩试验研究

为综合考察温度、围压对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在高温（25℃～1 000 ℃）作用后,利用MTS815.02电液伺服材料试验系统对花岗岩岩样进行不同围压作用下的三轴压缩试验。研究结果表明,（1）围压一定时,经历不同高温作用后花岗岩三轴压缩全应力-应变曲线经历了压密、弹性、屈服、破坏、塑性流动5个阶段;（2）经历不同高温作用后岩样三轴抗压强度与围压呈非线性二次多项式增长关系,围压为40 MPa时的抗压强度比单轴抗压强度提高了382.30%;常规三轴压缩条件下,400 ℃是花岗岩力学参数的阀值温度;（3）经历高温作用后,岩样弹性模量随围压升高呈增大趋势,围压为40 MPa时的弹性模量比单轴时提高了90.26%;随温度升高呈二次非线性减小,1 000 ℃时的弹性模量比25℃时降低了57.16%;（4）花岗岩的失稳型式同时取决于围压和温度。单轴压缩状态下,随着温度的升高,岩样变形破坏型式由脆性破裂向塑性变形过渡,失稳型式在低温时为突发失稳、中高温为准突发失稳,温度高于800 ℃为渐进破坏;三轴压缩状态下,随着围压的增大,岩样破裂型式由脆性张拉破裂逐渐向剪切破裂过渡,岩样的失稳型式以突发失稳为主。在试验温压范围内,影响花岗岩力学性质的首要因素是温度,其次是围压。     

Upper Limit for Rheological Strength of Crust in Continental Subduction Zone： Constraints Imposed by Laboratory Experiments

The transitional pressure of quartz-coesite under the differential stress and highly-strained conditions is far from the pressure of the stable field under the static pressure. Therefore, the effect of the differential stress should be considered when the depth of petrogenesis is estimated about ultrahigh pressure metamorphic (UHPM) rocks. The rheological strength of typical ultrahigh pressure rocks in continental subduction zone was derived from the results of the laboratory experiments. The results indicate the following three points. (1) The rheological strength of gabbro, similar to that of eclogite, is smaller than that of clinopyroxenite on the same condition. (2) The calculated strength of rocks (gabbro, eclogite and clinopyroxenite) related to UHPM decreases by nearly one order of magnitude with the temperature rising by 100 ℃ in the range between 600 and 900 ℃. The calculated strength is far greater than the faulting strength of rocks at 600 ℃, and is in several hundred to more than one thousand mega-pascals at 700-800 ℃, which suggests that those rocks are located in the brittle deformation region at 600 ℃, but are in the semi-brittle to plastic deformation region at 700-800 ℃. Obviously, the 700 ℃ is a brittle-plastic transition boundary. (3) The calculated rheological strength in the localized deformation zone on a higher strain rate condition (1.6×10-12 s-l) is 2-5 times more than that in the distributed deformation zone on a lower strain rate condition (1.6×10-14 s-1). The average rheological stress (1 600 MPa) at the strain rate of 10-12 s-1 stands for the ultimate differential stress of UHPM rocks in the semi-brittle flow field, and the average rheological stress (550-950 MPa) at the strain rate of l0-14 -10-13 s-l stands for the ultimate differential stress of UHPM rocks in the plastic flow field, suggesting that the depth for the formation of UHPM rocks is more than 20-60 km below the depth estimated under static pressure condition due to the effect of the differential stress.     

An experimental study of effect of pre‐existing fabric on deformation of foliated mylonite at high temperature and pressure

We performed deformation experiments on a foliated mylonite under high temperature and pressure conditions in this study. To investigate the effect of pre‐existing fabric on the rheology of rocks, our samples were drilled from natural mylonite with the cylinder axis parallel to the foliation (PAR) and perpendicular to the foliation (PER). We performed 25 tests on seven PAR samples and 21 tests on seven PER samples at temperatures ranging from 600 to 890 °C, confining pressures ranging from 800 to 1400 MPa, and steady‐state strain rates of 1 × 10⁻⁴, 1 × 10⁻⁵ and 2.5 × 10⁻⁶ s⁻¹. In the temperatures of 600–700 °C, the deformation is accommodated by semi‐brittle flow, with the average stress exponent being 6–7 assuming power law flow; in the temperature range of 800–890 °C, deformation is mainly by plastic flow, with an average stress exponent of n = 3 and activation energies of Q = 354 ± 52 kJ/mol (PER and PAR samples). The experimental results show that the strengths of PER samples are higher than those of PAR samples. Deformation microstructures have been studied by optical and electron microscopy. The original foliation of PER samples is destroyed by deformation and replaced by a new foliation, but the deformation of PAR samples followed the original foliation. Electron backscatter diffraction (EBSD) measurements show a strong lattice preferred orientation (LPO) of the quartz c axis fabrics of the starting samples and deformed PER and PAR samples. However, the c axis fabric of quartz in experimentally deformed PER and PAR samples varied with temperature and strain rate is different from that seen in the starting mylonite sample. The initial quartz c axis fabric of the starting mylonite sample has been transformed into a new fabric during experimental deformation. Dehydration melting of biotite and hornblende occurred in both PER and PAR samples at temperatures of 800–890 °C. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

循环荷载下饱和重塑黏质粉土的动力特性研究

选取宁波饱和重塑黏质粉土,开展了黏质粉土的动三轴试验,研究了围压、动应力、排水条件、温度及频率等因素对土动力特性的影响,提出了采用相对动应力来分析不同围压、不同动应力下土的累积塑性应变变化规律,并建立了孔压—累积塑性应变关系的经验公式,结果表明:累积塑性应变随着相对动应力的增大而增大;温度越高,累积塑性应变值越小,且相同温度增量（△T=15℃）条件下的累积塑性应变增量也随之减小;建立的孔压-累积塑性应变经验公式可用于长期振动荷载作用后黏质粉土的孔压计算。     

绿片岩力学性质的实验研究

绿片岩的力学实验表明 ,在围压 45 0MPa条件下 ,岩石约于 45 0℃开始塑性变形。温度升至 5 5 0℃时变形加剧 ,原来直径为 10mm、高 2 0mm的均匀圆柱体变成直径为 10 8mm、高 17 4mm、中部变粗的不规则柱体。这一结果为解释青藏高原的地壳加厚提供了一定的实验依据     

人造多晶冰三轴压缩强度特性试验研究

为研究冰的三轴强度特性,对人造宏观各向同性冰进行了不同温度和不同围压下的恒定加载速率三轴压缩试验,得到多晶冰三轴压缩的应力-应变曲线、抗压强度与温度之间的关系,利用莫尔-库仑强度准则分析了温度和围压对强度参数的影响.结果表明：轴向应变加载速率为1.67×10-4 s-1时,不同温度、不同围压下冰的应力-应变曲线均为应变...     

含盐冻结粉质砂土的强度参数和强度准则试验研究

对含盐冻结粉质砂土进行温度-2 ℃、-4 ℃、-6 ℃和围压0.3~16 MPa的三轴强度试验. 结果表明: 含盐冻结粉质砂土应力-应变曲线在低围压和高围压表现为应变软化特征, 中围压为理想塑性变形特性; 随着围压的增大, 强度先增加后减小. 在围压小范围内得到广义黏聚力和广义内摩擦角, 并得到广义黏聚力和广义内摩擦角随围压和温度的变化规律; 同时, 针对强度随围压的变化, 提出非线性强度准则.