热水条件下透辉石的摩擦本构特征

为了研究下地壳主要造岩矿物之一的辉石在摩擦滑动中的力学性质,本文选择辉石中的透辉石作为实验样品,在约200 MPa有效正应力（30 MPa孔隙水压）及100~600℃的热水条件下进行了速度阶跃摩擦滑动实验,在滑动开始后将剪切滑动速率在0.122 μm·s^-1和1.22 μm·s^-1之间进行切换来确定摩擦滑动对速度变化的响应.通过实验发现：透辉石在102~200℃表现为速度强化,随着温度升高,在约215℃附近从速度强化转变为速度弱化.在310℃以上,速度弱化的程度受温度的影响不大,而且摩擦本构参数a值和b值随温度的变化趋势相同.对变形样品的显微观测发现,与其速度强化行为相对应的微观变形主要以数条平行的R1剪切为主,卸样时造成的裂纹集中在R1剪切内部,形态长而曲折;与其速度弱化行为相对应的断层泥内部,剪切带变窄且数量明显增加,在内部互相连接,在边界附近多发育B剪切,卸样时形成的裂纹大量存在于B剪切带与R1剪切附近,形态短且平直.     

熔体的形态与分布特征对岩石流变的影响

熔体的形态与分布研究表明,在静态条件下,熔融程度比较低时,熔体主要分布于三个矿物颗粒之间,形成三角形状熔体结构,熔体二面角在0°~60°;熔融程度比较高时,熔体沿多个颗粒边界形成孤立的三角形或四边形结构,熔体三联点的二面角接近60°或大于60°。在动态条件下,在部分或全部矿物颗粒边界出现熔体薄膜,把熔体三角形连通,形成局部熔体网络,熔体三联点的二面角接近0°。如果熔体呈孤立的三角形或四边形结构时,熔体对岩石流变的影响比较小:当熔体含量小于2%~3%,熔体对岩石流变基本没有影响;只有熔体含量接近或超过3%~5%,熔体对流变强度的弱化作用才出现,当熔体含量达到10%时,流变强度弱化增加3倍左右。如果矿物颗粒边界出现熔体薄膜,微量熔体(小于1%)就对岩石流变强度有显著的弱化作用。流变实验表明,在颗粒边界含有小于1%的熔体时,熔体对流变强度的弱化达到4倍,当颗粒边界含有3%的熔体时,这种弱化作用达到10倍。     

高温高压及干燥条件下斜长石和辉石断层泥的摩擦滑动研究

岩石摩擦滑动的力学行为能够很好地用速率和状态依赖性摩擦本构关系来描述。在速率和状态依赖性本构关系中,速度依赖性参数a-b是控制摩擦滑动稳定性的重要参数。且a-b<0是断层上不稳定滑动成核的必要条件。为了进一步研究控制摩擦滑动的矿物成分因素,在已有辉长岩摩擦滑动实验结果的基础上,对辉长岩中主要矿物(斜长石和辉石)在不同加载条件下进行了3个系列的摩擦滑动实验研究。通过对实验结果的分析得到如下结论:(1)斜长石断层泥在实验温度范围内(<617℃)显示速度强化,且在大于450℃的高温区其速度依赖性参数a-b随温度的增大而增加。辉石断层泥的实验显示其有利于速度弱化滑动行为的出现,是造成辉长岩在615℃出现速度弱化的原因。(2)斜长石与辉石断层泥的摩擦强度都没有随温度的增加而显著变化。辉长岩断层泥的摩擦强度(1.83mm滑动位移处的值)为斜长石与辉石断层泥摩擦强度按体积百分比加权的平均值(摩擦系数精确到2位有效数字一致)。这一结果表明,辉长岩断层泥的应力支承结构可以抽象为一种双组分并列单元模型。(3)尽管前人研究结果表明石英控制了花岗岩的摩擦特性,但是某种主要矿物对岩石整体摩擦滑动性质的控制作用并不具有普适性。对于中性岩、基性岩而言,不能以一种主要矿物(如斜长石等)来判断岩石整体的摩擦滑动稳定性,否则会导致错误结论。     

软弱成分层对断层泥强度的影响

分别对不同含量的黑云母、石英均匀混合和黑云母以软弱层形式夹于石英中的2种断层泥在温度为100℃,有效围压为200MPa,水压为30MPa,剪切滑动速率为1.22μm/s的条件下进行摩擦实验。实验发现,当黑云母以软弱层存在时,强度随含量的增加呈负幂次衰减关系,5%的含量就会对强度产生很大的降低作用,当含量达到30%后,强度受含量的影响便不再显著,逐渐趋于稳定。而对于均匀混合样品,强度随黑云母含量的增加呈单调线性递减关系,即云母含量越高对应强度越低。显微结构显示,在混合样品中,黑云母和石英共同承担了变形的作用,分配关系与各自所占含量保持一致。而在含软弱层的样品中,变形与矿物含量间的关系不大,主要集中在黑云母软弱层中发生,而石英的变形程度不大。文中研究的结果定量地描述了软弱层对断层强度的显著影响,表明一旦岩石中的弱矿物富集并且连通,则会大大降低断层的强度,对弱断层或高角度逆断层的形成具有一定的启示意义。     

粘土矿物的摩擦滑动特性及对断层力学性质的影响

粘土矿物在浅部断层带中广泛存在,而其特殊的力学性质会显著影响断层的强度以及断层错动的行为模式.因此在浅部断层地质条件下,针对粘土矿物摩擦滑动特性的研究对于我们解释和预测断层的活动行为有重要意义.本文系统地总结了前人的工作,发现含水条件,以及温度和压力的变化都会影响到粘土矿物的摩擦强度,在自然断层带中断层强度随着粘土含量的增加而系统性的降低,但是粘土矿物在断层带中不同的分布状态会造成显著不同的断层弱化.当断层带岩石中含有少量的粘土矿物时,粘土矿物对断层强度的组构弱化远大于其在断层带中均匀分布时所造成的弱化作用.粘土矿物对于断层滑动的弱化和稳定性作用在断层浅部(8 km)的温度(150℃)和压力条件下没有发生明显的变化.在断层带粘土矿物的研究中,相比于粘土矿物在断层岩石中的绝对含量,我们应更多的关注粘土矿物在断层带中分布的组构.     

热水条件下花岗质糜棱岩的摩擦滑动实验研究

为了探讨大陆地壳断层深部的力学性质,我们选择了采自红河断裂带的糜棱岩作为实验样品,进行热水条件下的高温高压摩擦滑动实验.实验在一个以气体为介质的高温高压三轴实验系统中进行.实验条件是：有效正应力为200 MPa;孔隙水压为30 MPa（在400 ℃到600 ℃之间为超临界水条件）;温度为100 ℃到600 ℃;轴向加载的速率范围从0.04 μm/s到0.2 μm/s再到1 μm/s.实验结果表明：（1）当温度小于300 ℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而增大;当温度大于300 ℃时,糜棱岩的摩擦强度随着温度的上升而减小.这种趋势和以往花岗岩的摩擦滑动数据基本一致;（2）糜棱岩在200 ℃和400 ℃时表现为速度弱化,其余温度下为速度强化;（3）糜棱岩与已有花岗岩的摩擦滑动数据并不完全一致;（4）花岗质糜棱岩速度弱化向速度强化转变的温度在430 ℃附近,以此我们可以推测：在变形机制为摩擦滑动的深部条件下,地震成核的深度范围可以比以往的估计更深.     

热水条件下强烈速度弱化滑动行为的机制——压溶过程与摩擦本构参数的关系

为了深入研究辉长岩摩擦滑动的力学机制,近年来我们对辉长岩的两类主要矿物斜长石和辉石分别进行了实验研究,并发现这两种矿物在热水条件下的高温段(400～600℃)都出现了强烈的速度弱化.本文针对这种在以往摩擦滑动研究中不常见的速度弱化行为进行了物理化学机制的深入探讨.     

不同应力条件下砾石土防渗料和反滤料联合抗渗试验研究

利用自行研制的可提供高水压、高应力的粗粒土大型高压渗透仪,对双江口砾石土心墙堆石坝防渗料和反滤料进行了联合抗渗试验,研究不同应力状态下防渗料和反滤料的渗透变形特性。结果表明：（1）单向压缩条件下,防渗料的渗透系数随应力的增加而减小,且渗流稳定时的渗透系数与应力的关系满足Louis负指数方程;试样发生破坏的临界坡降随应力的增加而增大。（2）水平加荷、竖向自由变形条件下,试样的渗透系数随水平应力的增加先减小后增大。试样发生破坏的临界坡降随水平应力的增加先增大后减小。在达到峰值之前,反滤料越松或越细,临界坡降随水平应力增大的幅度越大;在达到峰值之后,反滤料越密或越细,临界坡降随应力减小的幅度越大。     

大别山超高压岩石形成温压(深度)条件的研究进展与讨论

根括了大别山－－苏鲁地区超高压岩石成因和形成温压（深度）条件的研究进展,并对其进行了讨论,认为柯石英榴辉岵形成于高压环境是无可争议的事实,而且差应力在其形成过程中是客观存在的。因此,有必要在高温、高围压和存在差应力的条件下进行详细的实验研究,为解决相关问题提供实验佐证。     

龙门山南段五龙断裂带构造岩特征

龙门山南段五龙断裂带为一条２００ｍ～１０００ｍ宽的推覆韧性剪切带。断裂构造岩以糜棱岩和构造片岩为主;根据构造岩及其显微构造、超微构造特征,认为该断裂带为上盘相对向上剪切运动,自北西向南东推覆的产物;其形成深度为１６ｋｍ～２０ｋｍ,温度为４５０℃～５５０℃,压力为４５０ＭＰａ～５３０ＭＰａ,古差异应力值为１００ＭＰａ～１０６ＭＰａ,应变速率为１．３×１０－１０ｍ／ｓ;为高温、高应变条件下形成。