岩石中结晶颗粒竞争性生长的随机元胞自动机模拟

在岩石的结晶过程中普遍存在着竞争性颗粒生长现象。本文从物理学基本原理出发建立了岩石中单一各向同性组分结晶的二维随机元胞自动机模型，并在ＰＣ机的Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下用Ｃ＋＋语言编程实现，我们在计算机上对结晶过程中的Ｏｓｔｗａｌｄ熟化现象及岩石中的结晶颗粒的竞争性生长过程进行了动态模拟。理论分析和计算机模拟结果表明，晶体生长的Ｏｓｔｗａｌｄ熟化机制作用，使初始均匀分布的晶芽在生长过程相互竞争而形成尺寸相近的较大浑圆结晶颗粒。     

鞍─本地区条带状铁建造中硅铁矿物分异反馈及生长动力学演化

自组织过程中矿物的竞争性颗粒生长模型与颗粒生长动力学演化方程是鞍─本地区条带状铁建造（ＢＩＦ）在变质分异作用过程中硅铁分异形成硅质矿物条带与铁矿物条带的生长反馈系统及矿物竞争性颗粒生长的动力学演化过程，竞争状态的表面扩张担负起了Ｏｓｔｗａｌｄ成熟律作用，使系统向减少颗粒数但加大颗粒体积的状态演化，导致了矿物相的成层分异。     

鞍—本地区条带状铁建造中硅铁矿物分异反馈及生长动力学演化

自组织过程中矿物的竞争性颗粒生长模型与颗粒生长动力学演化方程是鞍－本地区条带状铁建造（ＢＩＦ）在变质分异作用过程中硅铁分异形成硅质矿物条带与铁矿物条带的生长反馈系统及矿物竞争性颗粒生长的动力学演化过程，竞争状态的表面扩张担负起了Ｏｓｔｗａｌｄ成熟律作用，使系统向减少颗粒数但加大颗粒体积的状态演化，导致了矿物相的成层分异。     

可溶盐对云冈石窟砂岩劣化试验及模型建立

可溶盐富集是造成山西大同云冈石窟砂岩表面风化、结构破坏及强度降低的重要地质病害之一。采取云冈石窟造像层砂岩,使用芒硝对该砂岩进行了劣化模拟试验。在可溶盐反复结晶过程中,对样品进行实时变形监测,并对循环过程中质量衰减、强度变化、孔隙分布等进行测试与分析。结果表明,可溶盐的发育是导致石窟表面粉化脱落的重要因素,严重降低了石窟文物本体的价值;可溶盐结晶导致岩石颗粒间胶结作用破坏,增大岩石孔隙率,岩石内部结构劣化严重影响岩石的刚度与强度等力学参数;对比无水芒硝与10水芒硝两种劣化试验,云冈石窟在相对干燥季节下,可溶盐晶体发育对岩石破坏更为显著。为了预测砂岩长期劣化过程,在试验数据基础上,初步建立起孔隙增长的对数模型和强度衰减的指数模型。     

岩石变形对粘土矿物结晶生长影响的初步研究——以江西金山金矿为例

作为流体作用过程中水—岩反应的产物，粘土矿物可以帮助人们认识水—岩反应的机制和流体活动的特征。本文以江西金山金矿为例，通过对热液蚀变粘土矿物伊利石和绿泥石结晶度、平均结晶大小和晶格应变的测定，讨论了岩石变形对伊利石和绿泥石结晶生长差异的影响。在岩石应变较弱、水／岩比较小的糜棱岩带，伊利石的平均结晶大小与结晶度成负相关，而在岩石应变较强、水／岩比较大的超糜棱岩带，绿泥石的平均结晶大小与结晶度成正相关。由应变较弱的蚀变糜棱岩带到应变较强的蚀变超糜棱岩带，伊利石的结晶度有变小的趋势，而绿泥石的结晶度则基本保持不变。认为在成矿流体作用过程中，粘土矿物的形成和特点不仅受水／岩比的影响，而且在岩石变形过程中，岩石的应变和恢复速率也影响粘土矿物的结晶大小；伊利石和绿泥石平均结晶大小与其结晶度之间的关系可以反映岩石变形的机制和行为。     

多尺度内聚颗粒模型破碎过程研究

岩石破碎过程涉及到多个变量（应力、应变和孔隙率等）变化和裂纹的产生、拓展和聚集,是研究岩石破碎机制的重要途径。为了克服现有研究中岩石颗粒模型未考虑岩石内部特征问题,针对岩石内部颗粒非均匀分布、聚集的特点,开展了岩石轴压破碎试验和岩石岩相分析试验,并在此基础上,构建符合真实岩石内部特征的多尺度内聚颗粒模型。根据离散元的颗粒黏结模型（BPM）理论,求解了多尺度内聚颗粒模型不同粒级颗粒间黏结键的力学关系,发现与二级颗粒形成的黏结键断裂判据为 ≥ 2 GPa,三级颗粒之间形成的黏结键断裂判据为 ≥ 6 GPa,并基于该判据建立了用于模拟颗粒模型破碎的演化模型。通过模拟轴压破碎试验,破碎演化模型可以从细观角度得到颗粒模型各颗粒间黏结键承受力的实时变化和岩石破碎过程中黏结键从外而内的断裂顺序;从宏观角度得到岩石内部裂纹呈V形从上表面两端延伸并相交于岩石中部。通过与岩石轴压破碎试验结果对比发现,模拟试验得到的岩石裂纹特征与岩石轴压破碎试验结果相似,验证模型的可靠性,实现了从细观和宏观角度分析岩石破碎过程。     

岩石细观统计渗流模型研究(Ⅰ): 理论模型

渗流模型是岩石流固耦合研究的一个关键问题。岩石在裂纹开始产生至裂纹充分贯通前，其渗透性质受内部孔隙和不断演化的微裂纹的共同控制。目前，岩石的渗流模型一般只是针对单纯的裂隙（或裂隙网络）或孔隙建立的，因此，不能很好地描述岩石裂纹扩展演化过程中的渗透性质和现象。针对这一问题，提出了岩石细观统计渗流模型，该模型将岩石裂纹演化过程中的渗透性视为一个非线性动态过程，同时，考虑了裂纹扩展演化和孔隙渗流的共同作用。因此，该模型可用于分析岩石裂纹扩展过程中的渗透性演化。     

三维梁-颗粒模型在岩石材料破坏模拟中的应用

用三维梁-颗粒模型BPM3D(beam-particlemodelinthreedimensions)对岩石类非均质脆性材料的力学性质和破坏过程进行了数值模拟。梁-颗粒模型是在离散单元法基础上,结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破坏过程的数值模型。在模型中,材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体,相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元联结。梁单元的力学性质均按韦伯(Weibull)分布随机赋值,以模拟岩石类材料力学参数的空间变异性。材料内部裂纹通过断开梁单元来模拟。通过自动生成的非均质材料模型对岩石类材料的破坏机理进行研究。岩石类非均质脆性材料在单轴压缩状态下破坏过程细观数值模拟结果显示,岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、贯通的结果。通过数值模拟结果之间的对比分析,揭示出岩石试样宏观破坏模式随细观层次上韦伯分布参数的变化而不同。与实际矿柱破坏形态的对比分析表明了模型的适用性。根据数值模拟结果对岩石类非均质材料的破坏机理进行了探讨。     

含流体相条件下白云岩的低温流动变形--破裂与溶解-结晶的耦合过程

应用光学显微分析、阴极发光显微分析和TEM亚微分析．对于取自阿尔卑斯逆冲断层系底部的变形白云岩开展了详细的显微构造与岩石流动机制分析．光学显微构造和阴极发光分析表明岩石具有典型的类碎裂结构．微角砾常常是白云石颗粒的集合体组成,常常呈浑圆的形态和不规则的边界。基质颗粒中以新生结晶颗粒集合体为主．部分具有溶蚀特点的残余微角砾．而且它们经常具有新生结晶边。对于碎裂岩中变形残斑的透射电镜分析揭示出岩石的脆性特点．主要表现为各种不规则和缠结位错亚微构造特点的出现．而变形基质颗粒却很少具有或仅有微弱发育的位错亚结构。阴极发光显微结构分析进一步证实基质颗粒与微角砾之间在微量元素成分及形成时代上的差异。提出破裂(碎裂)及随后发生的溶解-迁移-结晶过程是断层带岩石细粒化与岩石应变的重要机制．认为破裂与溶解-结晶的耦合以及由此所致的岩石弱化为阿尔卑斯逆冲断层带巨大位移的形成做出了重要的贡献。     

岩石化学风化时效效应的离散元模拟

微观上,岩石由晶粒和晶粒之间的联接组成。在岩石的风化过程中,晶粒之间的联接会被削弱,导致岩石微观缺陷的发展,从而表现为显著的时效效应。在已有胶结模型的基础上,将岩石的化学风化过程等效为颗粒之间胶结物质不断溶蚀进而影响颗粒之间胶结强度和刚度的过程,基于此建立了考虑化学风化的微观接触模型。随后将模型植入离散元软件,运用离散元方法（DEM）,模拟和对比分析了室内腐蚀试验与DEM模拟化学风化试验,结果表明：该模型可以反映岩石强度的化学风化时效效应,即随着反应时间增加,强度减小;可以反映单轴压缩试验中裂隙压密阶段以后变形的时效效应,即随着反应时间的增加,弹性模量、破坏时应变减小;粒间胶结的破坏,即微观缺陷的发育,是导致岩石化学风化时效效应的微观原因。同时DEM模拟风化与加载耦合的试验现象表明,施工过程中的施工速度会影响岩石的强度,施工应该选择合适的速率。     

冻结过程中单孔冰结晶变形机制研究

孔隙水在冻结过程中产生的冰结晶压力导致了多孔材料的冻胀及破坏。本文通过理论分析分别给出了不同形状晶体的结晶压力计算模型,并分析了经典结晶压力计算公式的使用条件。建立了降温过程中孔隙冰晶生长模型,实现冰晶生长过程中的孔隙变形计算,分析了晶核密度、孔径大小、荷载和冰晶体积对孔隙冻胀变形的影响机制。结果表明：起始孔隙直径和长宽比的增大对结晶变形抑制作用的机理在于减少了冰晶体积中膨胀结晶的比例。荷载对孔隙变形的抑制机制在于,荷载的增大迫使冰晶更多地横向生长（长宽比增大）,导致膨胀结晶所占比例减小。孔隙中的晶体生长有完全填充模式和部分填充模式,在部分填充模式下,晶核密度、荷载和孔径的增大都会导致晶体在孔隙中的填充率增大,从而对孔隙结晶变形产生影响。本模型揭示了单个孔隙中冻胀变形机制,为解决多孔介质的冻胀变形与破坏问题提供了新的思路。     

花岗岩岩相学特征及岩石可锯性研究

花岗岩岩石中矿物的成分、结构、构造类型和矿物力学性质是制约岩石可锯性的主要因素。花岗岩岩石中石英矿物多（岩石偏酸性）、颗粒结晶粗大，矿物裂理和解理发育差，岩石呈致密块状构造，则可锯性差，反之则可锯性好。并以四川红系列花岗岩石材加工为例，说明了花岗岩岩相学特征对岩石可锯性影响的程度。从而，为花岗岩石材开发过程中，如何选择金刚石锯片提供科学参考资料     

特察模型在孔隙性岩石中应用的局限性浅析

地层压实过程中的静力平衡涉及到异常地层压力的形成和地层压力的计算方法。本文认为经典的特察模型不利于表达孔隙性岩石中微观的静力平衡;有效应力并非与孔隙度有直接对应关系;颗粒应力是岩石骨架中传递的真正应力,而且在纵向上颗粒应力变化比较复杂。这些结论影响到地层压力计算模型中的一些基本假设条件。     

岩石颗粒胶结方式对储层岩石弹性及渗流性质的影响

为研究岩石颗粒胶结方式对储层岩石弹性和渗流性质的影响,采用过程模拟法构建了三维数字岩心,在此基础上,分别利用有限元方法和格子玻尔兹曼方法研究了胶结物均匀生长、沿孔隙生长和沿喉道生长3种胶结方式对岩石弹性和渗流特性的影响规律.结果表明:岩石颗粒胶结方式会影响岩石刚性和孔隙连通性,引起岩石弹性模量和渗透率的变化.在相同孔隙度下,胶结物沿喉道生长形成的岩石抗压性最强,渗透率最小;沿孔隙生长形成的岩石抗压性最弱,渗透率最大.3种胶结方式下,岩石弹性模量随着胶结物含量增加而增大,变化率近似相等;岩石渗透率随着胶结物含量的增加而减小,岩石渗透性对颗粒胶结方式的变化更敏感.      

新疆乌仑古－斋桑泊构造带晚古生代花岗岩类的稀土元素分布模式

本文选择新疆北部乌仑古－斋桑泊构造带上６个有代表性的花岗岩体，系统进行了岩体地质、显微岩相学、主量元素与稀土元素地球化学研究．根据岩石副矿物类型与主要造岩矿物组成解释了各种岩石类型的稀土配分，根据主量元素－稀土元素相关性闸明了稀土元素在结晶分异过程中的分镏，按照两阶段、不同结晶分异程度模型对各种岩石类型的稀土配分进行了定量模拟；根据不同岩石类型的时空分布及其与构造环境的对应关系探讨了它们的成因。最后，对碱性花岗岩的成因提出了新的解释。     

岩石颗粒破碎的尺寸效应

固体颗粒破碎强度的尺寸效应是一种普遍存在的现象,冰块、岩石颗粒、陶瓷和混凝土块等的破碎强度都表现出随颗粒直径增加而减小的现象,分形模型为解释固体颗粒破碎强度的尺寸效应提供了可行的方法。本文采用Steacy和Sammis分形模型模拟了岩石颗粒压碎特征,分析岩石颗粒破碎后的颗粒分布规律,给出颗粒破碎分维的确定方法,建立颗粒压碎强度与粒径的理论关系,颗粒破碎强度与颗粒粒径的关系用分维D表示为fdD-3。已有的颗粒破碎分布的数据表明,岩石颗粒破碎的分维大约为2.50～2.60,颗粒破碎强度符合用分维表示的尺寸效应。     

液包体研究

矿物结晶或破裂后重结晶过程中,可能有少部分液体圈闭在矿物颗粒内,直径0.001～0.01mm,除液体外经常还有小气泡.在斑岩铜矿的勘探工作中,发现石英液包体的岩盐含量与岩石的铜含量直接相关,在风化和形成土壤过程中,液包体可能不受影响.研究残留石英颗粒的液包体是有用的,特别是热带地区强烈的淋滤作用从矿体上部土壤搬走了大部分铜,研究液包体最有用,是岩石地球化学勘探的一个补充手段.     

岩石颗粒度测量

岩石颗粒度是岩石学研究的一个重要内容,矿物颗粒大小及其分布特征与岩石形成的环境有密切的关系,也是岩石的结晶作用、重结晶作用、沉积作用乃至变形过程的物理化学条件的一种标志。本文介绍了三种岩石颗粒度测量的方法:直线截距法、单位面积/颗粒数法和标准圆量板法。测量结果的对比研究表明,三种方法之间存在系统的差别,其中单位面积/颗粒数法相对最好,能比较客观地反映实际的颗粒大小。     

变形岩石的体积损失和流体－岩石相互反应

介绍了近年来国外在研究压溶作用导致的变形岩石体积损失和变形过程中流体作用的主要成果。包括如下几方面：运用有限应变测量方法对压溶变形作用进行定量分析；不同变形域之间化学成分的分异，以及流体传质作用（ｍａｓｓｔｒａｎｓｐｏｒｔ）的规律；流体－岩石相互反应的显微构造、显微化学判据；运用稳定同位素体系研究流体、岩石反应的同位素平衡关系及变形变质过程中的水／岩比率。     

岩石的晶体形态分类

<正> 0 前言岩石中晶体的形态反映了晶体生长、部分溶解、直接熔融以及晶体界线迁移等习性的不同。晶形变化受以下条件制约:①结晶构造;②结晶物质带入带出方向;③结晶作用速度。研究晶体形态学是恢复成岩作用过程不可缺少的一步,由此可以了解晶体形成环境。结晶构造完全的晶体,通常发育于理想环境中,即生长过程中不受干扰,结晶物质供应均衡,且生长速度适合于晶体发育完整(completemness)。满足这些条件的地质环境多半