火山通道相节理的分类及成因探讨——以山东昌乐地区死火山群火山通道相为例

山东昌乐地区死火山群火山通道相节理非常发育,形态独特,引人注目.经过系统观察认为此处存在三类火山通道相节理:面状节理、"倒扇型"柱状节理和"直立型"柱状节理.通过对三种节理的形态、整体规模、节理开度等的详细分析,认为前一种节理是岩浆在冷却过程中内外岩浆形成一定的温差而形成的平行于岩浆表面的平面状节理,也称其为"等温面";后两种节理在直观上存在巨大的差异,经研究认为其成因为火山通道的规模不同,导致岩浆在喷发过程巾冷却速度不同,最终导致残余岩浆的地层压力不同,致使上部冷却的岩浆岩产生不同的柱状节理.     

玄武岩柱状节理构造研究的进展与动向

玄武岩柱状节理是发育于玄武岩中的一种原生张性破裂构造。一个多世纪以来,许多学者均以泥裂成因为类比,持传统的冷却收缩作用假说。七十年代,Ryan与Sammis提出了柱状节理形成机制的新模式;八十年代,Kancha提出了双扩散对流作用假说。他们对传统冷却收缩说的修正,已引起各国学者的童视。我国不少玄武岩分布地区,也发育有一定规模、形状十分规则的柱状节理构造,有的还属世界罕见,例如南京六合桂子山玄武岩柱。但至今,在我国对此课题的研究还未充分开展。本文在综合国外有关文献的基础上,结合近年来我们在浙江的研究实践,试就玄武岩柱状节理构造研究的进展与动向作一简要评述。     

浙江中生代酸性火山岩柱状节理构造的发现及其地质意义

柱状节理构造历来被众多学者认为只能发育在粘度小、流动性大的基性熔岩中。近年来，在浙江多处中生代酸性火山岩中，发现了十分典型、甚具规模的柱状节理构造。本文从岩石化学角度，对浙江四例酸性火山岩柱状节理构造与浙、苏二省四例玄武岩柱状节理构造做了比较研究。浙江含良好柱状节理构造的酸性火山岩的平均粘度是基性熔岩平均粘度的１０４倍，酸性火山岩的最大粘度甚至可达基性熔岩粘度的１０６倍。如此巨大的酸、基性火山岩粘度比率表明，传统冷却收缩说关于柱状节理构造只能发育在基性熔岩中，因而岩浆粘度是制约柱状节理构造发育与否的主要因素的观点应予修正。最后，本文还讨论了关于柱状节理形成机制的流体动力学观点。     

中亚造山带西准噶尔晚古生代洋陆转换与构造演化——来自晚石炭世流纹岩的证据

本文在中亚造山带西部的西准噶尔地区新发现晚石炭世柱状节理流纹岩,并根据其地球化学特征探讨了其形成的构造环境。岩石化学分析的结果表明,柱状节理流纹岩的主量元素具有高钾低钠的特征,属于高钾钙碱性和钙碱性岩浆系列;球粒陨石标准化稀土元素分配模式表现为V字型,Eu亏损,说明发生了斜长石的结晶分异。大离子亲石元素(LILE)Rb、K相对富集,高场强元素(HFSE)Nb、Ta出现负异常,反映了俯冲带岩浆的特征。研究表明该流纹岩属于A2型,形成于后造山的伸展构造环境;与该地区晚石炭世大型花岗岩类岩基具有同源性,同属于后造山伸展环境下的富碱岩浆作用。对比我国东部沿海中生代柱状节理流纹岩的大陆边缘构造环境,本研究认为西准噶尔地区在晚石炭世存在由大洋俯冲向陆内环境转变的洋陆转换特征;之前的大洋俯冲主要发育在克拉玛依-包古图一带,具有准噶尔洋板块向西北方向在哈萨克斯坦微陆块之下俯冲的构造极性。正是由晚石炭世柱状节理流纹岩所代表的后造山伸展环境下的富碱岩浆作用,终结了该地区洋陆过渡带环境。     

含横向节理的柱状节理岩体力学特性试验研究

针对柱状节理岩体的构造特性,采用水泥砂浆等材料制作出具有不同柱体倾角且含有横向节理分布的柱状节理岩体模型,并通过单轴压缩试验,研究柱体倾角和横向节理对岩体各向异性力学特性及破坏机制的影响。结果表明：试样峰值强度和变形模量随柱体倾角变化曲线均近似为U形,并体现出典型的各向异性特征;随着柱体倾角的变化,试样单轴压缩破坏模式可分为垂直于柱体轴向的劈裂破坏、沿纵向节理面的剪切滑移破坏、滑移破坏与劈裂破坏同时发生的复合破坏和平行于柱体轴向的劈裂破坏4类;横向节理的存在降低了柱状节理岩体沿柱轴方向的完整性,并影响了劈裂破坏裂纹的分布与扩展,因此,横向节理切割柱体是影响柱状节理岩体承载能力的重要因素。     

考虑截面规则性的柱状节理岩体变形及强度特性研究

柱状节理岩体的复杂结构使其现场力学参数的确定存在困难,可靠地估计柱状节理岩体强度及变形特性对工程安全至关重要。结合Voronoi图形及3D打印技术制作不规则柱状节理岩体光敏树脂模具,并制备了具有不同倾角的规则及不规则柱状节理岩体试样。基于开展的单轴压缩试验结果,分析不同截面柱状节理岩体的变形及强度特性差异。根据试样最终破坏形态,揭示柱状节理岩体破坏模式及机制。结合已有研究结果,描述节理面材料对柱状节理岩体破坏形态及强度的影响。基于传统节理系数方法,提出了更能反映柱状节理岩体柱体结构特征的修正节理系数方法。采用修正节理系数法建立规则及不规则柱状节理岩体试验结果与现场变形及强度参数间的经验关系,将所提出计算公式应用于白鹤滩水电站工程,预测结果与现场实测值及RMR法（RMR为岩石质量评分指标）、Q法（Q为岩体质量指标）的预测值进行比较。结果表明,对于现场变形和强度参数,所提出的修正节理系数法的预测结果与现场实测结果较为吻合。     

南京六合桂子山玄武岩石柱林成因初探

南京六合桂子山发育规模巨大、柱体形状规则和排列有序的玄武岩石柱林。已有多种玄武岩柱状节理的成因假说,但均尚有不完备之处。玄武岩熔浆喷出地表未固结之前的双扩散对流和固结成岩阶段的冷却收缩作用,可能是形成桂子山玄武岩石柱林的主要原因。玄武岩柱状节理的形成机理十分复杂,远未达到完全解决的境地。     

不规则柱状节理岩体力学特性模型试验研究

结合Voronoi图随机模拟和3D打印技术制备不规则柱状节理网络模型,采用白水泥浆类岩石相似模型材料浇筑模型并拆模,然后分别采用白乳胶和502胶水作为黏结剂黏结柱体得到两组不规则柱状节理岩体试件,通过对其进行室内单轴压缩试验研究不规则柱状节理岩体强度特性和破坏模式。试验结果表明：不规则柱状节理岩体试件单轴抗压强度随柱体倾角的变化曲线呈现近似“J”型,表现出显著各向异性特征;不规则柱状节理岩体试件典型破坏模式包括沿柱状节理面的劈裂破坏、沿柱状节理面的剪切破坏和沿柱体的压裂破坏等3种,其部分破坏形态有异于规则柱状节理岩体试件。同时,通过与采用净水泥浆作为黏结剂的柱状节理岩体试验结果进行比较,结果表明：采用白乳胶和502胶水作为黏结剂时柱体间黏结强度更低,能够较好反映柱状节理面的弱化效应,试件力学响应与真实柱状节理岩体更为一致。     

柱状节理玄武岩隧洞破坏模式及其力学机制模拟

柱状节理岩体由于其内部赋存大量的隐节理面,开挖卸荷后极易出现隐节理面开裂松弛等特征,导致其破坏模式异于一般岩体。其破坏模式主要受到异常发育的节理面和较高地应力的共同作用影响。由于柱状节理岩体节理面发育,岩体结构控制型破坏占主要部分,包括单临空面节理面滑移（塌方）、多临空面节理面滑移（塌方）、与错动带、断层等弱面相组合的坍塌等破坏模式;应力控制型破坏主要为河谷侧顶拱喷层开裂;应力-结构面型破坏主要为岩性交界处的节理岩体塌落等。柱状节理岩体表层主要发生柱内竖直隐节理面和柱间节理面的拉破坏,而围岩内部的柱状节理主要发生柱间节理面的剪切破坏。因此,现场柱状节理的支护也应主要包括两个方面：以喷射混凝土钢纤维来阻止柱状节理岩体表层的张性开裂,以系统锚杆来控制柱状节理岩体内部的剪切破坏。     

白鹤滩柱状节理岩体真三轴模型试验研究

在柱状节理玄武岩工程地质调查、现场精细结构描述等工作基础上,开展了柱状节理玄武岩体的脆性材料模型真三轴物理模拟试验。研究了复合柱状岩体在不同卸荷-加载应力途径下的破裂、破坏机制及不同方向三轴主应力作用下的应力-应变关系及其强度特性;开展的8种不同应力比和6种不同受力方向下各向异性试验结果表明,柱状节理玄武岩体强度、变形特征受三向不等围压和柱状节理特性影响明显,强度变形的各向异性特征显著。试验结果表明,应力比 对试样的强度、变形和破坏模式具有控制作用,随着应力比的变化,试样的极限强度呈现分段特性;较小应力比下试样的变形和破坏模式受应力比和原生节理的共同影响;较大的应力比对试样的变形和破坏模式的影响比原生节理的影响显著;随着应力比的增大,中主应力由约束侧向变形变为主动加载,这一作用的变化影响了极限荷载和破坏模式。     

基于3D打印技术的柱状节理岩体试样力学特性试验研究

为了研究柱状节理岩体各向异性力学特征,基于白鹤滩水电站坝基柱状节理岩体的几何形态,引入一种可溶于水的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol,简称PVA）材料,通过3D打印技术建立具有不同倾角的柱状节理网络结构,采用水泥砂浆作为类岩石材料制备柱状节理岩体试样。通过开展室内单轴压缩试验,分析了柱状节理岩体试样在单轴压缩应力下的各向异性力学特征。结果表明：柱状节理岩体的各向异性特征依赖于节理的倾角。柱状节理岩体的峰值强度和模量随着节理倾角的增加均呈现出近似U型曲线;试样主要产生垂直于柱体轴向的张拉裂隙、沿节理面的剪切裂隙和平行于柱体轴向的拉伸裂隙。通过力学各向异性评估发现峰值强度和残余强度各向异性程度为0.68和0.52,弹性模量和变形模量的各向异性程度为0.61和0.63。研究成果为柱状节理岩体的各向异性力学特性研究提供参考。     

基性岩床岩浆物理特征的计算——以攀枝花层状岩体为例

基性岩床岩浆物理特征的计算＊——以攀枝花层状岩体为例宋谢炎王玉兰张正阶马润则（成都理工学院，成都６１００５９）关键词基性岩浆温度场密度场对流稳定性岩浆分异过程是一个复杂的物理和化学过程，尽管根据岩石学及地球化学研究可以对岩浆分异机制作出定性解释，但这...     

对流干扰下的重力分异——基性岩侧向分带及矿化的主要机制

在基性—超基性岩中,特别是那些含矿岩体,常常发育有原生的侧向分带,传统的重力分异理论无法用原地分异机制对这一现象进行合理解释;新的硫化物成矿模型同样不能令人信服。我们在对重力结晶分异的研究中发现,对流干扰下的重力结晶分异可以形成侧向分带。研究采用动力学分析的方法,深入了解对流干扰下岩浆重力分异作用中的颗粒行为。在动力学分析中,考虑了前人研究中普遍忽略的伯努利效应。研究表明,伴随着快速对流干扰的岩浆重力结晶分异可以产生侧向分离效应,使颗粒趋于在侧壁附近快速堆积。侧分离效应和侧壁冷却效应一起迫使循环向热流上升中心方向后退,形成侧向分带岩石。由于对流通常只发生在岩浆侵位后结晶分异的早期高温阶段,与铜镍硫化物熔离的阶段相吻合,因此,铜镍硫化物的矿化通常与对流干扰下的重力分异密切相关。最后以一个实例解释侧向分带和成矿作用的形成机制。研究成果突破了传统关于重力分异的认识,为深入认识岩浆演化及指导找矿提供新的思路。     

基于地质强度指标法的柱状节理玄武岩体力学强度估计

节理岩体的强度是岩体工程设计的重要参数, 柱状节理岩体作为一种具有柱状镶嵌结构的特殊节理岩体, 缺乏相似的工程案例, 其岩体强度的确定是目前水电工程中的热点问题。本文综述了国内外相似工程中柱状节理岩体强度的研究进展, 以白鹤滩水电工程为例, 结合Hoek和Brown最新提出的地质强度指标法和强度准则估算了不同爆破损伤下的柱状镶嵌块状结构和柱状镶嵌碎裂结构柱状节理岩体的强度参数, 并得到白鹤滩水电站的原位试验成果的验证, 计算表明基于地质强度指标法的Hoek和Brown强度准则能较好的反映柱状节理岩体的强度参数。      

柱状节理玄武岩岩体结构与结构面的分形研究

峨嵋山柱状节理玄武岩是西南地区分布的主要岩类。柱状节理玄武岩的原生建造、构造作用和风化卸荷对岩体结构和工程性状有较大的影响。节理裂隙影响岩体结构并劣化岩体完整性,分维数D能客观地表现岩体完整性特征,因而分析讨论柱状节理岩体节理面的分形特征,可以深层次的反映柱状节理岩体的工程地质特点。     

玄武岩柱状节理六边形结构形成机制探讨

玄武岩柱状节理往往呈现完美的六边形石柱,这种现象引起了人们的广泛关注和好奇,但是对于其形成机理尚无合理的解释。本文通过对冷却过程中的玄武岩进行受力分析,提出当岩石（浆）冷凝收缩的凝聚力达到其抗张强度时,岩石（浆）内部发生潜在破裂和微形变;当潜在破裂面形成后,因岩石的泊松效应,微小潜在破裂面处的应力状态发生重整,形成新的潜在破裂面;当新的潜在破裂面处的剪应力等于岩石抗张强度时,岩石（浆）发生剪切破裂,形成如今所见的柱状节理。根据前人相关岩石实验数据,推算得到玄武岩相应温度下的内摩擦角、黏聚力、抗张强度和泊松比,采用应力莫尔圆方法进行数值计算,获得玄武岩在冷却到800 ℃左右时发生破裂,六棱柱形柱状节理开始形成,内角约119.1°。进一步分析认为,岩石的黏聚力、石英含量等因素可能控制着柱状节理的发育和形状。     

高边坡坝基柱状节理玄武岩开挖卸荷时效松弛特性

柱状节理玄武岩在开挖卸荷条件下容易松弛与开裂,是白鹤滩水电站坝基稳定的主要挑战。以白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理玄武岩试验区为工程背景,采用单孔声波、钻孔摄像等原位测试技术,研究了分梯段开挖及时间效应条件下Ⅲ1类和Ⅲ2类柱状节理玄武岩松弛深度、松弛程度的时空演化规律,探讨了坝基柱状节理岩体松弛特征的原因。分析结果表明：柱状节理玄武岩的松弛深度主要由开挖引起,临近开挖面岩体的松弛程度随时间呈负指数增长,其时效期不超过半年。柱状节理岩体松弛特征与岩体质量关系密切,两类岩体的松弛深度、松弛程度的时效性及松弛程度随孔深的分布规律差异较大。坝基柱状节理岩体时效松弛是由内部节理张开导致的岩体强度参数的时效劣化引起。该研究对认识柱状节理岩体卸荷力学行为及优化坝基柱状节理岩体开挖保护方案具有重要意义。     

玄武岩柱状节理六边形结构形成机制探讨

玄武岩柱状节理往往呈现完美的六边形石柱,这种现象引起了人们的广泛关注和好奇,但是对于其形成机理尚无合理的解释。本文通过对冷却过程中的玄武岩进行受力分析,提出当岩石（浆）冷凝收缩的凝聚力达到其抗张强度时,岩石（浆）内部发生潜在破裂和微形变;当潜在破裂面形成后,因岩石的泊松效应,微小潜在破裂面处的应力状态发生重整,形成新的潜在破裂面;当新的潜在破裂面处的剪应力等于岩石抗张强度时,岩石（浆）发生剪切破裂,形成如今所见的柱状节理。根据前人相关岩石实验数据,推算得到玄武岩相应温度下的内摩擦角、黏聚力、抗张强度和泊松比,采用应力莫尔圆方法进行数值计算,获得玄武岩在冷却到800 ℃左右时发生破裂,六棱柱形柱状节理开始形成,内角约119.1°。进一步分析认为,岩石的黏聚力、石英含量等因素可能控制着柱状节理的发育和形状。     

柱状节理岩体原位变形试验力学浅析与模拟

在白鹤滩坝址区柱状节理岩体原位变形试验成果的基础上,针对节理刚度的取值进行讨论,利用柔性中心孔试验值反算得到柱状节理岩体节理面刚度值。岩体变形是由岩块和节理两部分组成,分析含单节理岩体概念模型的单轴加、卸载规律性和其变形特性,发现其滞回特性是节理力学行为造成的;推导得到了岩体变形计算公式,可用于多组相交节理岩体等效弹性模量的计算,能够反映出节理岩体的各向异性特征;建立了柱状节理随机模型,采用离散元方法和反算的刚度值进行了仿真分析,得到等效变形参数在试验结果范围内。     

柱状节理岩体隧洞松弛深度的变异特性与确定方法

柱状节理玄武岩是火山岩区所特有的地质现象,其地质成因独特,工程特性、开挖响应特征明显不同于一般常见岩体。针对节理岩体中不同钻孔属性条件下松弛深度测试结果存在变异性的问题,提出单孔声波测试与数字钻孔摄像综合的原位测试手段和松弛深度评价方法,获得了柱状节理条件下不同角度及不同孔径的岩体卸荷松弛特性。研究结果表明,在节理岩体中进行围岩的松弛深度测试时,不同孔径钻孔测试的松弛深度未有显著影响,但在不同钻孔角度条件下测试时,钻孔偏差角度、钻孔轴线与节理方位的夹角均对测试结果有较大影响,围岩松弛深度随节理方位与测孔轴线角度增大而增大。基于现场测试的结果与柱状节理的各向异性特征,进一步探讨了不同钻孔条件下松弛深度变异的机制。该研究结果对柱状节理围岩松弛测试评价、稳定性分析以及支护方案优化有显著价值。