CT扫描技术在岩心三维重建中的应用

岩石是具有复杂空间几何分布和不同孔隙尺寸的多孔介质,复杂的孔隙结构不仅影响着岩石的物理性质,同时也为石油天然气等能源的开采带来困难。本文介绍一种基于三维数字岩心的新方法CDPRM,CDPRM利用CT扫描高精度、高分辨率等优点构建类似真实岩心的三维模型,利用3-matic软件将数字岩心转化为数据模型STL文件,导入3D打印机打印岩样并用于实验,同时用HYPERMESH软件对三维孔隙模型进行网格划分并导入有限元软件进行数值模拟。以砂岩为例,对CDPRM的数值模拟应用进行了初步探索。最后对CDPRM的发展做了展望,认为3D打印制作材料混合使用和其他技术（如：光弹性技术）相结合应用将是主要研究方向。     

关于地质材料内部构造层次的若干模型

材料的内部结构对于材料的宏观行为有显著的影响。同时外部作用也会对于材料的内部结构产生影响，在岩石及岩体的破坏过程中也会形成新的结构，并进而对于材料的宏观行为产生影响。因此在研究地质材料的变形与破坏时必须考虑其内部构造。本文对这方面的某些模型进行了回顾，并对需要研究的问题作一些的展望。     

3D打印技术在CT领域的应用

作为一种新兴的快速成型技术,3D打印(3D Printing)已经被广泛应用于航空航天、汽车制造和模具加工等众多领域,并正悄然改变着现有的标准化、规模化生产模式,而不断发展的CT技术也已成为临床医学、工业无损检测等领域的一种重要成像手段。3D打印与CT技术在功能上相互补充,两者的结合可以实现扫描、数字化和编辑实体对象,创建精确实体副本或者进行二次设计等功能,能够解决诸如快速制造符合个体特点的定制化植入物、假体和手术导板等难题,在临床医学、逆向工程以及装备检测与维修等领域具有广阔的应用前景。本文首先对3D打印技术进行介绍,结合实例分析3D打印与CT技术结合的技术流程,随后详细探讨了技术流程中的各项关键技术。最后在梳理现有典型应用的基础上,对3D打印与CT技术结合中还存在的不足进行总结,对未来的发展趋势进行展望。      

岩石破裂实验中的遥感观测与遥感岩石力学的开端

在岩石加载直到破裂的过程中,对岩石的红外辐射进行了遥感观测研究.使用的主要仪器有瞬态光谱仪、智能光谱仪、红外辐射温度计、红外光谱辐射计和红外热象仪.对26种岩石进行了实验.研究表明,岩石的红外辐射温度随应力的增加而增加;岩石的红外辐射波谱的幅值也随应力的增加而增加.岩石的红外热象的观测结果与岩石的红外辐射温度相一致.某些岩石样品破裂主断层形成前,在未来主断层的位置显示出条带状温度异常热象.本实验将遥感学中的最新技术引入岩石力学,以期在岩石力学中建立一个新的研究领域遥感岩石力学(或遥感岩石物理学).遥感岩石力学可望在地震预报,岩爆预报和岩体应力场的测量中得到应用.      

岩石声波差异衰减特征及工程应用前景探讨

声波在岩石材料中传播时会发生差异衰减现象.由于岩石强度、完整性不同，造成其频率响应不同，声波通过不同强度的岩石时，对不同频率的声波信号滤除状况也就有所不同.通过力学强度高的岩石时，声波基本能够保持其原有频率成分，相反，当通过低强度岩石时，高频分量会迅速衰减而缺失，主要保留低频分量.通过实例研究，分析了声谱衰减特征与岩样矿物组成、密度及结构完整性的关系，验证了声谱衰减特征与岩体强度具有很好相关性的结论.通过分析研究声波信号在不同岩体中传播的衰减变化，指出声波衰减在一定程度上能够反映出岩体的风化程度、破碎状态、强度及各向异性等特征.可以发展成为岩体工程地质勘测、试验和施工中的常规实验方法.     

3D打印技术在立体地理模型中的应用探索

3D打印技术对于推动立体建模技术的发展产生了重大的影响,特别是对于立体地理模型的三维模拟和仿真更有其独特的应用之处。利用3D打印技术可以将包含在数据库中的地理信息数据直接转换成立体的模型,比如说地形地貌的模型以及地质条件的立体模型,随着科技的日益进步,3D打印技术在立体地理模型中得到了更为广泛的应用。     

X射线岩石CT的历史与现状

采用X射线CT技术无损探测岩石内部结构和裂纹演化过程 ,起源于 2 0世纪 80年代后期 ,由最初对CT图像的认识逐步深化为对岩石裂纹演化规律的分析和应用研究。基于室内岩石试件扫描断面的CT图像 ,目前在岩石变形破坏过程的实时监测、加荷条件多样化、裂纹演化规律性、裂纹宽度的定量测量、岩石裂纹三维图像重建、损伤演化与损伤变量分析、CT成果应用研究等方面取得了一系列进展。岩石CT面临的主要问题是如何获得各种试验条件下精确的CT图像及其成果的应用研究。岩石CT的生命力在于自身理论、技术发展和在相关领域的应用程度     

高压下岩石弹性波速度几种测量方法的比较实验研究

在高压高温条件下测量岩石弹性波速是获得岩石在地球内部的各种力学和热力学数据的主要途径, 也是研究地球内部物质结构和组成的重要手段. 近年来, 用固体作为传压介质的高压高温岩石弹性波速测量方法发展较快, 然而目前各个实验室在高温高压条件下所测量出的岩石弹性波数据, 还没有进行过严格的对比. 为了对比各实验室的实验测量结果, 对3种测量方法进行了比较实验研究, 并与流体传压介质透射法的测量结果进行了对比. 实验表明, 3种测量方法在其适用压力范围内的测量结果都能相互对比. 其中Kern所使用的六面体样品脉冲透射法适用于压力温度较低的地壳类岩石样品的测量. 柱状样品脉冲反射-透射法在适用压力范围、加热温度和测量精度方面均有一定优势. 柱状样品脉冲透射法虽然在压力较低时测量精度较低, 但样品长度大, 组装简便, 适用于样品量大, 要求压力较高的实验. 因此在实际应用中, 后两种方法可进行相互校正和相互补充.     

骑田岭花岗岩~(40)Ar/~(39)Ar同位素年龄及其地质意义

报道骑田岭岩体长石~(40)Ar/~(39)Ar定年的结果.~(40)Ar/~(39)Ar方法定年在骑田岭岩体还是首次应用.测定的3个正长石样品~(40)Ar/~(39)Ar坪年龄(Ma)分别为(139.57±2.79)(2KL 17),(140.55±2.81)(99LQ-2),(144.91土2.90)(2KL-31),上述年龄反映了骑田岭岩体主体芙蓉和菜岭超单元岩浆冷却到正长石Ar-Ar封闭的年龄.可以认为这是岩体形成的最小年龄.其中2KL-31样品采自前人划为菜岭超单元的印支期花岗岩.菜岭超单元和芙蓉超单元年龄相近,与两单元地球化学特征与岩石结构的相似性以及正长石斑晶在几乎全岩体中呈NW-SE定向排列的地质事实相吻合.表明芙蓉与菜岭两个超单元岩体是晚侏罗世同源岩浆分异的产物.对骑田岭岩体和千里山岩体进行了对比讨论.     

西藏金沙江缝合带一些岩石的初步研究(Ⅰ):花岗岩

对采自西藏金沙江缝合带的花岗岩样品进行了岩石学、岩石化学、稀土和微量元素分析以及年龄测定等。研究结果表明 ,这些花岗岩样品属于前人所划分的念青唐古拉岩带中的安多和班戈岩体 ,为花岗二长岩 ,属于钙系 -钙碱性系列。其中属于安多岩体的样品与前人在该地区所描述的稍有不同 ,主要表现在更为酸性和富钠 ;其稀土配分的右倾斜率较小 ,所测得的K -Ar年龄 (15 7Ma)也较前人的结果年轻。属于班戈岩体的其他样品均与前人的研究结果基本一致 ,所获K -Ar年龄数据(12 1Ma)也在前人测定的结果范围内。此外 ,对其中 1件样品的黑云母和钾长石的4 0 Ar/ 39Ar分段加热测定 ,获得了 (12 9± 1 9)Ma和 (131± 1 9)Ma的坪年龄 ,并揭示出岩体冷却速度较快、侵位较浅的特征     

油气资源探测中的物性研究

岩石物性是地质与地球物理研究的纽带,也是地学研究中一个相对薄弱的环节,本文通过我国某油田若干钻井样品的实际测量,分析对比了各种磁化率测量结果之间的异同,总结出岩石磁化率在应用中的几点认识：(1)野外非单位体积的测量结果用于地层结构反演时,是会造成较大误差的;(2)采用多方向、多次测量平均的测量方式,可减小误差;(3)避免使用混合标本;(4)选择适合样品的测量档位.     

静围压下岩石纵波速的变化和各向异性

在500MPa静围压下研究了多种岩石样品的三维纵波速和波速各向异性。岩石样品采自美国南加州Whipple山的不同地层。实验得到如下结果:1.岩石的纵波速各向异性是一个普遍的特征。2.岩石样品的三维纵波速均随围压的增加而增加,但增量大小的次序与围压无关。3.岩石的各向异性普遍随围压的增加而减小。4.岩石内层理被压缩是岩石各向异性随围压减小的主要原因。 本文还首次提出了波的振幅随围压加载和卸载变化的现象。     

岩体完整性对载荷干扰定量分析的影响 ——以天津小辛庄应变为例

定点形变观测是监测地壳形变和捕捉地震前兆的重要手段,具有广阔的应用前景.在定点形变的日常观测中,经常碰到各种"载荷干扰",然而,在定量分析此类干扰的影响时,不少研究没有考虑具体场地岩体的完整(破碎)程度,简单地采用了通用的"岩石弹性模量"而非"岩体弹性模量",从而影响到最终结果的解释及异常或干扰的识别与排除.文中以天津蓟县小辛庄的洞体应变为例,阐明应当考虑具体场地岩体的完整性,才能更准确地评估外界载荷干扰的影响.野外调查及数值模拟结果表明:1)小辛庄周围岩体的体积节理数普遍>32条/m3,达到比较破碎的程度;2)研究区岩体的弹性模量仅为完整岩石弹性模量的0.10～0.19倍,即在相同的应力条件下,外界载荷干扰的影响将被放大5～10倍;3)2019年9—11月于桥水库蓄水期间,水库水位的上升对小辛庄应变SN向所产生的压缩应变理论值为(93.76～200.91)×10-8,约占实际观测值的10％～21％;4)2019年9月小辛庄洞体应变出现的破年变变化并非是地震前兆异常,而有可能是受于桥水库的库容变化影响所致.     

秦岭造山带晚三叠世糜署岭岩体的岩石磁学及磁组构可靠性约束

近年来,针对秦岭造山带晚三叠世花岗岩体侵位机制的巨大争议,一些研究采用磁组构方法分析了岩体的内部组构特征及其与区域构造的关系,提出了具有重要意义的新认识.然而,目前这些研究均缺乏对岩体磁组构本质意义的分析,利用该方法约束岩体内部组构的可靠性并不十分清晰.针对这一问题,本文以秦岭造山带内具典型代表性意义的晚三叠世糜署岭花岗岩体为例,开展了该岩体的磁组构、岩石磁学、矿物形态组构和显微构造的综合研究.结果表明,糜署岭岩体的磁化率总体较低,属钛铁矿系列花岗岩.绝大部分样品的磁化率受控于顺磁性的黑云母等铁镁硅酸盐矿物,部分高磁化率样品包含了少量多畴磁铁矿等铁磁性组分的贡献,且随磁化率增大,铁磁性组分的贡献更为明显.样品的磁组构也主要是黑云母组构或由黑云母与磁铁矿的亚组构复合而成.由于样品中磁铁矿含量较低且与黑云母密切共生,磁组构与黑云母形态组构基本一致,因此,黑云母与磁铁矿的亚组构基本共轴.糜署岭岩体的磁组构本质上等同于黑云母组构,反映了黑云母等页硅酸盐矿物在岩体中的分布,可以有效的指示岩体的内部构造特征.宏观和显微构造观察还显示,糜署岭岩体的内部组构形成于岩浆侵位的晚期阶段,叠加了同岩浆期区域构造的关键信息,是从岩体构造角度开展区域构造演化的良好载体.     

岩石破裂电磁辐射(EMR)现象实验研究

岩石破裂电磁辐射现象是客观存在的物理现象.随着电磁辐射观测技术在地震研究、冲击矿压预测等领域的应用,极大地推动了岩石破裂电磁辐射的实验研究.本文对岩石破裂电磁辐射的影响因素以及相伴生的现象,以及有关的物理解释进行了概括介绍.由于不同研究者使用实验设计、实验参数、实验条件的不同,使得观测和研究结果同样难以统一认识.不同的研究者根据各自的试验提出了不同的物理机制.同时对已发现现象的重复性、证实性研究岩石试验缺乏.严重匮乏利用数值模拟以及建立模型定量研究岩石破裂的电磁辐射.此外,岩样实验系统不同于实际的地震系统,进行模拟震源环境的实验研究,发展大尺度的标本和原岩现场实验的基础上,如何建立室内室外岩石实验与地震观测事实之间的联系是问题的关键.     

基于团簇的岩石动态CT图像可视化与结构变形分析

岩石的变形机制是研究岩石圈变形和局部构造活动的重要基础,岩石的微观结构是研究其变形机制的关键。微观层析成像(微观CT)技术可以无损地获取样品内部高精度三维数字化图像,为观测岩石内部结构提供了技术保证。新近发展起来的动态CT技术,使得观测岩石变形过程成为可能。本文利用一组莱塔石灰岩受差应力变形的三维动态CT图像数据,通过图像切割、图像分割等处理步骤,以团簇为基本表征单位,表征不同形状、大小孔隙的动态变化过程,分析对比全部孔隙、大团簇、小团簇和裂隙型小团簇的动态图像。结果表明:随着岩石的压缩变形,其大孔隙在不断地缩小;在变形的初始阶段,靠近施压活塞的样品上部出现了密集的新生小孔隙;当岩石所受差应力到达73 MPa时,其下半部出现了明显的剪切带,具体表现为大量的新生裂隙生成并且新生裂隙集中带与轴向成约45°交角。此前的研究观测到该样品中下部若干压缩带形成的过程;本文通过基于团簇的可视化技术,观测到了高孔隙度岩石变形过程中压缩带和剪切带共同形成的过程。同时,新生的沿剪切带分布的微小裂隙并没有显示与剪切带相同的方向,而是具有各方向均匀分布的特征。该特征可能与岩石内部复杂的局部孔隙结构有关,是值得...     

骑田岭花岗岩~(40)Ar/~(39)Ar同位素年龄及其地质意义

报道骑田岭岩体长石~(40)Ar/~(39)Ar定年的结果。~(40)Ar/~(39)Ar方法定年在骑田岭岩体还是首次应用。测定的3个正长石样品~(40)Ar/~(39)Ar坪年龄(Ma)分别为(139.57±2.79)(2KL-17),(140.55±2.81)(99LQ-2),(144.91±2.90)(2KL-31),上述年龄反映了骑田岭岩体主体芙蓉和菜岭超单元岩浆冷却到正长石Ar-Ar封闭的年龄。可以认为这是岩体形成的最小年龄。其中2KL-31样品采自前人划为菜岭超单元的印支期花岗岩。菜岭超单元和芙蓉超单元年龄相近,与两单元地球化学特征与岩石结构的相似性以及正长石斑晶在几乎全岩体中呈NW-SE定向排列的地质事实相吻合。表明芙蓉与菜岭两个超单元岩体是晚侏罗世同源岩浆分异的产物。对骑田岭岩体和千里山岩体进行了对比讨论。     

基于三维数字岩心的介观尺度流弹性响应数值模拟

复杂介质油气藏的地震波频散和衰减是地球物理勘探中油气特征反演与解释的重要属性.介观尺度处于微观孔隙尺度与宏观地震波场尺度之间,地震波穿过饱和流体岩石时激励流体发生频散和衰减,导致地震波能量损耗,被称为介观波致流.其形成机理、特征和规律一直是勘探地球物理学和岩石物理学等领域共同关心的科学问题,也是研究的前沿和难点之一.本文首先选取印第安纳灰岩（Indiana）作为研究对象,通过排水方式饱和样品,使用CT方法研究介观流体分布特征和规律;为研究其机理,引入Biot孔弹性理论构建三维（3D）数值模型,模拟部分饱和岩石的纵波速度频散和衰减特征.经对比,数值模拟结果与实验结果匹配,表明Biot孔弹性理论可以用来描述介观波致流的物理机理.本文发展的岩石物理实验结合数值模拟的研究手段为今后研究介观流衰减和频散的特征和规律提供了理论和方法借鉴.

     

地震预测方法Ⅱ:评述

本文分析了各种地震预测方法对地震的预测情况.首先通过岩石力学实验和有限元模拟计算结果分析了含裂纹岩石材料的变形破坏过程;其次,将实验室岩石破坏过程的观测结果和有限元模拟计算结果外推到地壳岩石的变形破坏过程,从地震发生的物理力学机理出发,对多种地震预测方法进行了评述,研究这些地震预测方法的有效性和尚待解决的问题,同时对利用物理化学方法预测地震的前景进行了讨论.     

三种不同压缩条件下大型混凝土标本地震波变化特征的实验研究

1.引言许多关于岩石样品和模拟岩石样品的实验结果都证实了,在样品破裂前波速有一个明显的变化过程。但由于实验设备和技术所限,绝大多数实验样品都是比较小的,其尺度一般仅在几厘米到十几厘米,与野外实际情况相差较大。因此,有必要对大尺度样品进行实验