铁橄榄石高温高压流变性的实验研究

通过高温高压实验研究了铁橄榄石集合体的流变性.首先,利用高精度的Paterson气体介质变形装置对铁橄榄石集合体Fe2SiO4进行了高温三轴压缩蠕变试验.变形试验条件为:温度1273～1423K,围压300MPa,差应力10～250MPa,应变率10-7～10-4s-1,试件的最大变形量不超过20%.利用三维非线性拟合方法对蠕变试验数据进行分析,得到铁橄榄石集合体的微观变形机制为扩散域和位错域,扩散域的应力指数为1左右.位错蠕变域中,干燥铁橄榄石集合体的应力指数为5.4.活化能为781kJ/mol;含水铁橄榄石集合体的应力指数为3.4,活化能为516kJ/mol.实验结果表明,含水时铁橄榄石的流变强度比干燥时小一个数量级.将实验结果与铁橄榄石单晶的强度进行对比,发现铁橄榄石集合体的流变强度比铁橄榄石单晶的强度高.从而得到了铁橄榄石集合体高温高压流变性(强度)的初步试验结果.     

含水对富铁橄榄石流变性的影响

橄榄石是下地壳上地幔最丰富的造岩矿物,橄榄石集合体的高温高压流变性对地幔动力学过程有着很大的影响。以往对橄榄石单晶和集合体进行过的流变性实验研究,涉及了温度、压力、氧逸度、含铁量以及含水等因素的影响,本文研究了含水对富铁橄榄石集合体流变性能的影响,首先,利用高精度 Paterson 气体介质变形装置对含水富铁橄榄石集合体(Mg_(0.9),Fe_(0.1))_2SiO_4、(Mg_(0.7),Fe_(0.3))_2SiO_4和(Mg_(0.5),Fe_(0.5))_2SiO_4进行了高温三轴压缩蠕变试验,变形试验条件为:温度1323～1473K,围压300MPa,差应力10～300MPa,应变率10~(-7)～10~(-4)s~(-1),每个试件的最大变形量为20%。利用三维非线性拟合方法对蠕变试验数据进行分析,结果表明,含水富铁橄榄石集合体的微观变形机制为扩散域和位错域,对三种铁含量,扩散域的应力指数为1。位错蠕变域中,Fo_(50)应力指教为3.8,活化能为444kJ/mol;Fo_(70)应力指数为3.7,活化能为479kJ/mol,Fo_(90)应力指数为3.6,活化能为514kJ/mol。将实验结果与不含水富铁橄榄石集合体的强度进行对比,发现含水使富铁橄榄石的强度明显下降,舍铁量相同时,含水橄榄石集合体的流变强度比干燥时小至少一个数量级。从而得到了含水对含铁量不同的橄榄石集合体粘性(强度)影响的初步试验结果。     

橄榄石集合体中与位错蠕变相伴随的粒间滑动

为了研究橄榄岩位错蠕变过程中粒间滑动所起的作用,对经脱水干燥的橄榄石集合体试件进行了一系列的变形试验。三轴压缩蠕变试验在T=1473K、P=200和400MPa条件下使用一台高分辨率气体介质变形装置进行,每个试件在介于100~250MPa之间的不同应力水平下变形,得到的应变率介于10^-4 ~10^-6S^-1之间。随着差应力的增加,得到扩散蠕变到位错蠕变的过渡,在位错蠕变域,易滑动体系在~50MPa和颗粒尺寸为15μm时伴随粒间滑动。这一粒径敏感蠕变域由应力指数3.2±0.1和粒径指数1.8±0.2来刻划。将这一流动律与其他扩散和位错蠕变结果进行对比,表明本文得出的流动律可应用于粒度小于100μm和差应力大于20MPa时的岩石流动。因此,与粒间滑动相伴的位错蠕变可能是上地幔岩石圈剪切带变形局部化的主要变形机制。     

富铁橄榄石的高温变形实验研究

利用高精度Paterson气体介质变形装置对(Mg0.5,Fe0.5)2SiO4和(Mg0.7,Fe0.3)2SiO4橄榄石集合体进行了高温三轴压缩变形试验。首先用人工合成了纯铁橄榄石Fe2SiO4,然后用合成的纯铁橄榄石与天然圣卡罗橄榄石按一定比例混合烧结合成了含铁量分别为50％和30％的富铁橄榄石集合体Fo50和Fo70。三轴压缩蠕变变形试验在温度1223-1473 K和围压 300 MPa的条件下进行,差应力为10-300 MPa,应变率为10-7-10-4s-1,每个试件的最大变形量为20％．利用三维非线性方法对蠕变数据进行拟合,得出的流动律中,Fo50应力指数为4．1,活化能为499kJ／mol;Fo70应力指数为4．3,活化能为510kJ／ mol。将实验结果与Fo90圣卡罗橄榄石集合体的强度进行对比,发现含铁量的增加使橄榄石的强度明显下降,Fo50橄榄石集合体比Fo70的粘性低一个量级,Fo70比Fo90的粘性低一个量级。从而得到了含铁量对橄榄石的粘性(强度)影响的初步试验结果。     

橄榄石集合体的简单剪切形变实验研究

本文利用高精度Paterson气体介质变形装置对富铁橄榄石集合体(Mg_(0.5),Fe_(0.5))_2SiO_4进行了高温简单剪切变形试验.试验在温度1473K和围压300MPa的条件下进行,差应力为64～153MPa,应变率为10~-5～10~-3s~-1.一共进行了三组试验,试件的剪切变形量分别为89%,131%和200%,通过对变形后试件的反射光学显微结构分析,得到富铁橄榄石集合体动态重结晶的微观机制,由结晶各向异性分析给出晶格最优取向和波速各向异性的分布及随应变的增加而表现出的演化特征.     

锗橄榄石-尖晶石扭转大变形实验研究

对(Mg，Ni)2GeO4尖晶石一橄榄石集合体进行了高温高压扭转大变形实验研究。试验在一台高分辨率的气体介质试验机上进行，试验温度为1473K，围压为300MPa，应变率为10^-4～10^-5S^-1，剪切应力为80～250MPa，剪切应变为30％～700％。将变形后试件沿轴向切开进行了显微结构分析，确定了两相成分的比值。利用EBSD方法分别对变形前后试件中的橄榄石和尖晶石中的晶格最优取向(LPO)进行了测定，由微结构的差异确定了变形机制及两相材料的相对强度。     

橄榄石集合体扭转大变形实验研究

对(Mg0.5,Fe0.5)2SiO4和(Mg0.7、Fe0.3)2SiO4橄榄石集合体进行了高温高压扭转大变形实验研究.试验在高精度和高分辨率Paterson气体介质变形试验机上进行,试验温度为1473K,围压为300MPa,应变率为10-4～10-5S-1,剪切应力为82～124MPa,剪切应变为～400%,将变形后试件沿轴向切开进行了显微结构分析,确定了不同纵截面上橄榄石的颗粒尺寸.由蠕变数据拟合出的流动律中,应力指数为与三轴压缩实验给出的应力指数吻合.利用EBSD方法分别对变形前后试件中橄榄石的晶格最优取向(LPO)进行了测定.在富铁橄榄石样品中观测到的最优晶格取向表明滑动属于(okl)[100]滑动系统.这个结果与Bystficky等人在Fo90种观测到的最优晶格取向特征是一致的.     

单斜辉石的流变学性质及其影响因素

单斜辉石作为大陆下地壳以及上地幔岩石的重要组成矿物,其在高温高压条件下的流变行为已有大量的实验研究。本文在综述以往对单斜辉石流变实验研究的基础上,讨论了影响其流变行为的各种因素及其地质意义,并指出了现存的问题及今后的研究趋势。影响单斜辉石流变性质的因素主要有流体（包括水和熔体）、粒度、化学成分、氧逸度以及温度与压力条件等。微量结构水可以显著增大单斜辉石单晶和多晶集合体的蠕变速率,降低其流变强度。熔体对单斜辉石强度的影响与熔体的含量和分布状态有关,呈三联点分布于矿物颗粒间的熔体对样品强度影响较小,只有当熔体呈薄膜状湿润颗粒边界时,熔体的弱化作用才显著。粒度主要影响单斜辉石的变形机制,单斜辉石集合体晶粒粒度的减小会促使变形机制由位错蠕变转变为扩散蠕变,较细粒的单斜辉石在扩散蠕变域内的应力与粒度呈线性负相关,而在位错蠕变域,应力与粒度无明显相关性。关于铁含量对单斜辉石的影响尚未有直接的实验研究,而对比前人在相同实验条件下采用不同铁含量的单斜辉石的扩散蠕变实验研究显示,单斜辉石中铁含量与蠕变速率可能呈正相关。氧逸度的升高对单斜辉石单晶的蠕变强度有轻微的弱化作用,而关于氧逸度对单斜辉石集合体流变...     

大变形橄榄石动态重结晶的实验观测研究

本文利用高温高压大变形扭转实验,对富铁橄榄石大变形情况下的动态重结晶和颗粒尺度变化的特点进行了实验观测分析.富铁橄榄石集合体由纯铁橄榄石Fa100和圣卡罗橄榄石Fa10混合物经人工合成得到,试件的几何形状为圆柱体,直径9.6mm,高度4.86mm.实验在常角速率条件下进行,温度为1473K,围压为300MPa,剪应力为72 ～ 99MPa,剪应变率为1.35×10-4～3.11×10-4s-1,累积剪应变为3.98.对变形后样品的微结构进行了光学和扫描电镜的观测分析,得到橄榄石颗粒随应变增加而产生动态重结晶的具体物理图像,由EBSD观测结果给出了晶格取向随外加应变增加而产生的变化过程,利用两种统计方法得到了颗粒尺寸随应变增加而变化的过程,探讨了橄榄石动态重结晶的微观机制.与已有三轴压缩、简单剪切以及圣卡罗橄榄石的扭转变形结果进行了对比分析,同时对实验结果在地球物理方面的应用进行了讨论.     

福建明溪大洋窠幔源包体橄榄石的位错结构特征

本文介绍了采用透射电子显微镜观察研究福建明溪大洋窠上第三系玻基玄武岩中的包体橄榄石的位错结构。研究表明,该地幔源包体橄榄石中存在位错壁、自由位错、位错弓弯和位错环等,它们是该橄榄石在上地幔的高温低应力条件下发生复杂蠕变的产物。根据该地包体橄榄石中自由位错密度(统计值为2.0×10~8cm~(-2)和共生辉石的化学成分,估算出福建明溪大洋窠玻基玄武岩中幔源包体的变形条件为:温度(T)为1070℃;压力(P)为2480MPa;深度(Z)为79.3km;流变应力(σ_1-σ_3)为136MPa;流变速率(ε)为7.6×10~(-13)s~(-1);粘稠度(η)为0.8×10~(20)poise。     

沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响的数值仿真分析

结合爆破数值模拟中爆破荷载的特点,分析了各种荷载施加方法的特点及爆破震动场模拟的要求,基于圣维南荷载等效原理,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载等效后,施加在同排炮孔中心线或者面上来模拟爆破荷载的作用。结果表明,等效施加方法在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好。利用该等效荷载施加方法,采用三维实体模型计算分析了某沉管隧道基槽爆破施工对既有堤岸稳定性影响,计算了周围不同位置、不同深度位置处的振动响应,并在此基础上,分析研究了减小爆破振动对既有结构物影响的减振措施,可为类似工程提供借鉴。     

Geochemistry of Thermal Waters of Continental Margin of Far East of Russia

Studied waters belong to warm(T=30-50℃),alkaline(pH=8.9-9.3),low mineralized(TDS235 mg/1)Na-HCO_3 or Na-SO_4-HCO_3 thermal waters with high content of SiO_2(up to 81 mg/l)and F(up to 3.9 mg/1),occur on modern volcano-tectonic rejuvenated areas of Eastern Sikhote-Alin orogenic belt.Low~3He concentration as well as N_2/O_2 and N_2/Ar ratios exclude influence of deep mantle fluid.New rare earth element data constrain our understandmg of water-rock interaction occurring in the water source region.Meteoric origin of waters is proved by stable isotope values varying from-71‰to-136.1‰and from-10.8‰to-18.8‰forδ~2U andδ~(18)O respectively.REE patterns reflect high pH,resultfing from water-rock interaction and oxidative conditions.Calculations of deep aquifer temperature using Na-K and quartz geothermometers show 116.8-131.1°C and 82.2-125.8℃respectively.Presence of deep faults both with abnormal thermal gradient(~45-50 K/km)define unique geochemical shape of thermal waters of Sikhote-Alin,area,where no present volcanic activity is registered.     

岩石坚硬程度对核电厂地基-基础地震响应特征的影响分析

考虑核电厂地基-基础的动力相互作用,应用显式动力有限差分法分析了地震作用下极软岩、较软岩、坚硬岩上核电厂建筑结构基础的地震响应特征,比较了岩石坚硬程度对基础加速度反应谱的影响。研究表明：随着岩石坚硬程度的提高,核电厂建筑物结构基础的地震响应有增加的趋势;在周期轴上,基础处的加速度反应谱曲线会随着岩石坚硬程度的提高逐渐向短周期（高频段）方向移动。在高频段,建造于较坚硬岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在中等频段,建造于较软岩石上基础结构的加速度反应谱值偏大;在低频段,岩石坚硬程度对加速度反应谱的影响不显著。     

Strains of scattering of near-field of a point source

Three dimensional scattering of near-field is studied for dilatation and rotation in the time domain. The perturbation method is applied to solve the equation of motion for the first order scattering from a weak inhomogeneity in an otherwise homogeneous medium. The inhomogeneity is assumed close enough to the point source so that the near-field intermediate wave is dominating over the far-field sphericalP andS pulses. The integral expressions are derived to relate dilatation and rotation of scattering to the radial fluctuations of velocities and density in the inhomogeneity. These integrals are solved to calculate the strains of scattering from (a part of) an inhomogeneous spherical shell of arbitrary curvature. Variable curvature may allow the shape of inhomogeneity volume element to change uniformly from spherical to rectangular. Rotation of scattering from a spherical shell is independent ofP wave velocity inhomogeneity. Dilatation of scattering does not involveS wave velocity inhomogeneity but its gradient. The back scattering results are obtained as a special case. Strains are computed numerically, for hypothetical models to study the effects of various parameters viz., velocity inhomogeneity, distance of source from inhomogeneity and from receiver, and thickness of inhomogeneity. The curvature of the spherical shell is varied to study the effects of the shape of inhomogeneous volume element on scattering.     

含瓦斯煤孔隙率和有效应力影响因素试验研究

以孔隙率基本定义和力学平衡原理为出发点,充分考虑由煤层瓦斯的吸附膨胀和解吸收缩、温度效应的热胀冷缩和煤体骨架受孔隙瓦斯压力的压缩共同引起的本体变形,建立了在压缩条件下(扩容前)的含瓦斯煤孔隙率动态演化模型和以吸附热力学参数及瓦斯压力表达的有效应力方程,并分别根据现场实测孔隙率数据和含瓦斯煤三轴应力试验数据,对所建立的理论模型进行了验证。结果表明,理论计算值与实测资料和试验结论一致性较好,理论模型拟合精度较好,误差不大,所得结论对煤层气开采和矿井瓦斯灾害防治具有一定的指导意义。     

变异系数用于标本磁参数统计工作的研究

过去,人们对岩(矿)石磁参数测定工作不够重视,多数磁测工作是按照相应的工作规范只是测一测岩(矿)石磁参数.甚至有不少磁测工作不对工区内的岩(矿)石标本做磁参数测定工作,或只做少量的测定工作.而这些为数不多的磁参数测定工作也只是作磁化率和剩余磁化强度的平均数(众数)统计,没有对标本磁参数离散程度进行深入的统计研究.尽管利用变异系数表征磁参数的相对离散程度是很早就被人们认识到的.但是,目前就是在极少数关注磁参数离散程度的研究者中,也多引用标准离差,而不是变异系数.笔者对岩(矿)石标本磁参数的变异系数作了浅显的研究,并认为研究岩石磁性强度的自身不均匀性和相互之间的不均匀性对比,变异系数应当是一个不错的参数.     

土石坝心墙水力劈裂分析

简要分析了水力劈裂的发生条件、力学机理。基于水压楔劈机理,利用有限元方法建立了一种水力劈裂的发生判定方法。该方法假定心墙预先存在局部渗透弱面（裂缝）,通过将裂缝位置的单元材料改为裂缝软材料,考虑库水进入裂缝后对裂缝周围土体的作用,建立水力劈裂分析的平面有限元模型,确定裂缝端部垂直于裂缝面的正应力,进而依据该正应力判断水力劈裂发生的可能性,该方法同时可模拟水力劈裂的发展过程。     

土钉支护失稳分析

某基坑采用复合土钉墙支护,开挖至坑底后,基坑北侧发生失稳事故。本文就其事故发生原因作一探讨。     

地震次生地质灾害风险评估集对态势分析

5．12四川汶川8级强震引发了大量次生地质灾害,加剧了灾情并严重影响抗震救灾。地震次生地质灾害受多重因素制约,其孕育与致灾过程具有不确定性。利用集对分析原理与方法,对地震次生地质灾害进行同异反态势分析,拟定了风险评估的集对分析同一度、差异度、对立度等指标体系的构建原则与赋值标准,对承灾体系统的不确定性及其作用作了刻画与分析,建立了不同风险分区代表性的集对分析联系度表达式,为地震灾害研究提供了可资借鉴的新思路和技术方法。