滨海岩溶区过渡带碳酸盐岩溶浊作用的试验研究

滨海岩溶具有内陆一般岩溶区不同的发育机理，其过渡带混合溶蚀作用是控制滨海岩溶发育的最主要因素之一。通过七组不同淡水与海水配比的混合溶蚀实验（封闭CO2－H2O系统），初步得出了过渡带混合溶蚀作用的基本结论：（1）滨海岩溶区过渡带岩溶发育的基本规律与内陆一般岩溶区岩溶发育规律的基本一致，即岩性，结构是控制滨海岩溶发育的最主要因素；（2）滨海岩溶区混合过渡带内碳酸盐岩的混合溶蚀速率大于纯淡水或纯海水中同种岩石的溶蚀速率；（3）在不同的CO2分压条件下，滨海岩溶区混合过渡带内碳酸盐岩的混合溶蚀机理不同。     

白鹤滩层间错动带微结构特性及其化学改性初探

白鹤滩水电站层间错动带结构疏松、性状软弱、空间展布范围大、力学强度低,严重影响着地下厂房洞室的稳定性。为了揭示并改良层间错动带的力学特性,首先通过矿物成分分析试验、扫描电镜试验和压汞试验,从微观结构角度对层间错动带的矿物组成特征、颗粒排列规律、孔隙分布规律进行了详细的研究,阐明了层间错动带的微观结构特性及其对灌浆材料选择的影响,进而开展了层间错动带化学溶液浸泡对比试验。试验表明,硅酸钠溶液可以有效改善层间错动带的完整性,明显提高层间错动带的弹性波速、抗压强度、弹性模量和凝聚力。其研究结果对白鹤滩层间错动带的工程加固和改性设计具有一定的借鉴意义。     

盐渍土与盐溶液冻结温度关系的试验研究

通过不同降温方式的冻结温度试验,明确了降温速率对土体冻结温度的影响,并采用快速降温方法,测定了不同含水率的三种天然氯（亚）盐渍土和黄土的冻结温度,以及不同浓度Na₂SO₄、NaCl溶液和由溶液配制的黄土的过冷温度和冻结温度,分析了降温速率、含水率、含盐量、盐类对土和溶液相变过程的影响。结果表明,快速降温得到的冻结温度值比缓慢降温得到的值偏低。当含水率低于盐渍土的塑限含水率时,水分是冻结温度的主要制约因素;当含水率大于土的塑限含水率时,天然盐渍土的含盐量对土的冻结温度起控制作用,Na₂SO₄含量控制含盐土的第一次相变,NaCl含量控制含盐土在低温下的第二次相变;低含盐量黄土含水率低于塑限含水率时,冻结温度随含水率增大而增大,但当含水率高于饱和含水率时,冻结温度随含水率变化不大。含Na₂SO₄的土和溶液的过冷温度变化规律与冻结温度变化规律类似,且其温度差值较小,通过Na₂SO₄溶液的冻结温度试验,可近似得到同浓度下含水率为16%只含Na₂SO₄黄土的冻结温度。     

高含盐粉土的力学特性试验研究

高含盐粉土不仅含盐量较高,而且黏粒含量极低,粉粒含量高,级配不均匀,导致难以压实,强度低。为了了解此类特殊粉土的力学特性,在室内物理化学性质分析的基础上,进行原位旁压试验和原状土样的三轴试验,充分分析了高含盐粉土的力学性质。高含盐粉土的可溶性盐含量高达2.9%,主要是高硅、铝,水溶盐以Cl－和Na+为主,属氯盐碱性土。旁压试验结果表明,临塑压力可取350 kPa、极限压力可取500 kPa、旁压模量Em可取1 750 kPa、剪切模量Gm可以700 kPa作为参考值。室内力学试验进一步分析表明,该土体具有较强的剪胀性,在轴向应变达到12%左右时,试样达到稳态状态。围压150 kPa下的峰值强度能达到600～800 kPa,残余强度也能达到450～550 kPa。     

地幔转换带中的水及其地球动力学意义

综述了近20年国际上地幔转换带中水的研究进展。前人研究表明,地球深部的水主要以OH-(hy-droxyl)形式存储在名义上无水矿物(NAMs)中。高温高压实验研究表明,地幔转换带中的主要矿物均具有较高的储水能力,且在转换带的温压条件下,其储水能力随着温度的升高而降低,其中瓦兹利石(β-Ol)和林伍德石(γ-Ol)的储水能力为2%～3%,超硅石榴子石(Mj)的储水能力为0.1%左右,据此估算地幔转换带的储水能力约为1.2%～1.91%,是地表水总量的3.9～6.2倍;而转换带除外的上地幔和下地幔主要矿物的含水量或储水能力均小于0.1%,因此与上、下地幔相比,地幔转换带可能是地幔的主要储水库。尽管地幔转换带具有较强的储水能力,但对地幔转换带的实际含水量还存在干、湿两方面的地质和地球物理证据和争议。地幔转换带中的水会对转换带中一系列的过程产生重要影响,当水含量增加时,橄榄石(Ol)向β-Ol、γ-Ol分解以及超硅石榴石的分解反应分别向低压、高压和低压方向迁移,从而由橄榄石向β-Ol和γ-Ol分解两个相变反应界定的转换带宽度也会增加;水还会使地幔深部的部分熔融温度降低,熔体的密度降低;同时,水的加入可以很好地解释地幔岩"pyrolite"模型在410km不连续面处产生的与地震波测量不相符突变,也可以解决全地幔对流模式所不能解释的地幔成分分层问题。因此,深入研究和探讨转换带中的水对地球深部动力学过程的影响,包括中国东部地区受太平洋板块深俯冲作用的影响,均具有重要的约束和研究意义。     

地幔转换带:地球深部研究的重要方向

地幔转换带是联系上下地幔的纽带,对于认识整个地幔的组成和演化、地幔对流、岩石圈深俯冲及深源地震等地球深部动力学问题具有重要意义。一般认为,转换带地震不连续面主要与橄榄石的高压相变密切相关。最新的高温高压实验研究表明,地幔中非橄榄石组分的相变,如辉石和石榴子石的相变,对不连续面的深度和宽度以及转换带内的波速和密度梯度也起到很大的影响。另外地幔全岩成分、端员组分、温度和水也对相变和不连续面具有重要影响,这些精细的实验研究成果更好地解释了转换带地震不连续面一些相对局部的性质和变化,促进了我们对地球深部性质和动力学过程的了解。因为缺少直接来自地球深部的样品,而地球物理和地球化学研究也有它们的相对局限性,所以高温高压实验仍然是我们了解地球深部成分和性质的重要手段之一。     

盐渍土化学潜蚀溶陷过程阶段化模型分析

将盐渍土化学潜蚀溶陷变形过程划分为3状态2阶段进行分析,并根据阶段变化规律总结出不同状态时土体物理指标间的相互关系.通过该关系分析出盐渍土溶陷发生的关键阶段,并推导了盐渍土溶陷系数与溶陷前后土体物理指标间的数量关系.分析并验证了土体的孔隙比、含盐率以及土体的结构组成形式都是影响盐渍土潜蚀溶陷变形的重要因素.     

Role of chemical processes on shear zone formation: an example from the Grimsel metagranodiorite (Aar massif,Central Alps)

Alpine deformation in the Grimsel granodiorite (Aar massif, Central Alps) at greenschist facies conditions (6.5 ± 1 kbar for 450°C ± 25°C) is characterized by the development of a network of centimetre to decametre localized shear zones that surround lenses of undeformed granodiorite. Localization of deformation is assumed to be the result of a first stage of extreme localization on brittle precursors (nucleation stage) followed by a transition to ductile deformation and lateral propagation into the weakly deformed granodiorite (widening stage). A paradox of this model is that the development of the ductile shear zone is accompanied by the crystallization of large amounts of phyllosilicates (white mica and chlorite) that maintains a weak rheology in the localized shear zone relative to the host rock so that deformation is localized and prevents shear zone widening. We suggest that chemical processes, and more particularly, the metamorphic reactions and metasomatism occurring during re‐equilibration of the metastable magmatic assemblage induced shear zone widening at these P–T–X conditions. These processes (reactions and mass transfer) were driven by the chemical potential gradients that developed between the thermodynamically metastable magmatic assemblage at the edge of the shear zone and the stable white mica and chlorite rich ultramylonite formed during the first stage of shear zone due to localized fluid infiltration metasomatism. P–T and chemical potential projections and sections show that the process of equilibration of the wall rocks (μ–μ path) occurs via the reactions: kf + cz + ab + bio + MgO + H₂O = mu + q + CaO + Na₂O and cz + ab + bio + MgO + H₂O = chl + mu + q + CaO + Na₂O. Computed phase diagram and mass balance calculations predict that these reactions induce relative losses of CaO and Na₂O of ～100% and ～40% respectively, coupled with hydration and a gain of ～140% for MgO. Intermediate rocks within the strain gradient (ultramylonite, mylonite and orthogneiss) reflect various degrees of re‐equilibration and metasomatism. The softening reaction involved may have reduced the strength at the edge of the shear zone and therefore promoted shear zone widening. Chemical potential phase diagram sections also indicate that the re‐equilibration process has a strong influence on equilibrium mineral compositions. For instance, the decrease in Si‐content of phengite from 3.29 to 3.14 p.f.u, when white mica is in equilibrium with the chlorite‐bearing assemblage, may be misinterpreted as the result of decompression during shear zone development while it is due only to syn‐deformation metasomatism at the peak metamorphic condition. The results of this study suggest that it is critical to consider chemical processes in the formation of shear zones particularly when deformation affects metastable assemblages and mass transfer are involved.     

混凝土面板堆石坝中过渡区的渗流控制作用研究

在面板完好的条件下,面板堆石坝坝体的渗透稳定性很容易满足要求;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,过渡区的渗流控制作用对于大坝的渗透稳定性具有关键意义。结合水布垭大坝实例,通过层间系数的分析,认为必须通过试验研究过渡料对垫层料的反滤保护作用。通过反滤试验研究了水布垭全级配过渡料对垫层料的反滤效果和渗透变形规律,结合已发表的研究成果进行综合分析,探讨了过渡区的渗流控制作用机制：过渡料与主堆石区一起,可对坝体起到很好的排水作用;在面板止水破损和面板失效的不利条件下,垫层料内部可能会发生颗粒迁移和内部结构调整,但在过渡料的反滤保护作用下可维持渗透稳定;初次遇到这种工况时,过渡区自身会有少量细粒流失,但其骨架将维持稳定,借助于主堆石区的支撑作用,过渡区将继续发挥其反滤和排水的双重作用。