河南方城大庄铌-稀土矿床碱性正长岩成矿机理研究

【研究目的】河南方城大庄是新探明的中型铌-稀土矿床（Nb₂O₃资源量16245 t;伴生TRE₂O₃资源量30147 t）,矿体主要赋存在碱性正长岩内。【研究方法】本文在野外地质调查基础上,对含矿碱性正长岩与无矿碱性正长岩开展了岩石学、岩相学和地球化学的对比研究。【研究结果】研究结果表明,含矿与无矿碱性正长岩均富碱、富铝,为典型的A型花岗岩,两类岩石的碱金属含量无明显差别,但（Na₂O+K₂O）/CaO、FeO^*/MgO、K₂O/MgO等参数明显不同。含矿碱性正长岩高场强元素Nb、Ta、Ce、U、Th、Zr、Y明显富集,Ba、Sr、P、Eu明显亏损;无矿碱性正长岩大离子亲石元素Rb、高场强元素Nb、Ta、Y和Th元素明显富集,而Ba、U、Sr、P、Ti和重稀土元素明显亏损,但亏损程度低于含矿碱性正长岩。【结论】方城大庄含矿碱性正长岩不是无矿碱性正长岩热液蚀变（钠长石化）的结果,二者应是同一岩浆体系不同演化阶段溶体固结的产物,含矿碱性正长岩的分异演化程度明显高于无矿化的碱性正长岩。方城大庄稀有稀土元素的富集与岩浆高演化、分异过程密切相关。这一研究可为区域找矿勘查提供一定的地质依据。创新点：岩石学和地球化学对比研究显示大庄Nb-REE矿中含矿碱性正长岩具有比无矿岩体更高的演化程度,表明成矿元素的富集与岩浆高分异演化密切相关,为找矿勘查提供了一定的岩石学证据。     

基于Hoek-Brown的岩石横观各向同性屈服准则研究

为了描述岩石强度的各向异性特征,通过引入材料的微结构张量,考虑单轴抗压强度σ_cβ随层理倾角β而变化,提出了基于微结构张量的修正Hoek-Brown屈服准则。开展不同层理倾角(0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°)的页岩试样不同围压(0、5、10、15和20 MPa)下的三轴压缩试验,结果显示,页岩峰值强度与层理倾角β呈"U"形曲线关系,在围压较低时呈"肩"形曲线关系,弹性模量E_t和泊松比ν对围压不敏感,其平均值随层理倾角β的变化关系分别呈倒"U"形、"肩"形。页岩的微观和宏观破坏图像表明,其破坏模式受围压和层理倾角双重控制。试验值与模型预测值的对比表明,修正的Hoek-Brown屈服准则可较好地对页岩强度的各向异性进行模拟。同时,采用Koteshwar千枚岩、Koteshwar板岩、绿泥石片岩等层状结构岩石的单轴和三轴压缩试验数据,进一步验证了提出的修正Hoek-Brown屈服准则对多数具有层理结构的横观各向同性岩石峰值强度模拟具有普遍适用性,并对屈服准则在试验数据较多和较少情况下的峰值强度模拟效果进行了评价。     

含水率对岩石电荷感应信号影响规律研究

水是诱发矿井灾害的主要因素之一,研究水?岩相互作用下的岩石破坏电荷信号,可丰富矿井水引起灾害的监测方法。为研究含水率对岩石破坏电荷感应信号的影响规律,基于损伤理论推导了岩石损伤破坏力?电耦合模型,得到了感应电荷量与岩石力损伤和水损伤的理论关系。利用自主研制的电荷感应信号数据采集系统,对不同含水率条件下的岩石试样进行了单轴压缩电荷感应信号监测试验,分析了水对岩石力学性质和岩石破坏过程中各阶段电荷感应信号的影响规律,并对含水率影响感应电荷产生的机制进行了讨论。结果表明：岩石变形破坏过程中的电荷感应信号与岩石的损伤程度有关,累积感应电荷量与感应电荷总量的比值可以表示岩石在水和力作用下的损伤量,且含水率越高,试样越易在较低的应力下产生大量的电荷感应信号。不同含水率岩石的宏观破坏特征明显不同,随着含水率升高,岩石的抗压强度降低,裂隙发育,岩石破坏形式由单剪式破坏向张拉和剪切混合破坏转变。电荷感应信号分布形态上,含水率的升高使得高幅值电荷簇数增加,并向弹性阶段发展,且高幅值电荷感应信号主要分布在弹性阶段后期和塑性阶段。感应电荷量上,随着含水率的升高,弹性阶段的感应电荷释放量占比逐渐增大,塑性阶段占比逐渐减小,两阶段的感应电荷量之和占试样变形破坏过程中产生感应电荷总量的90%以上。水通过弱化岩石颗粒和渗透压作用,使岩石在较低应力下产生或扩展裂隙,感应电荷信号更丰富。     

冻融温变速率对岩石受载特性的影响规律

以贺兰山岩画、云冈石窟等中常见的硅质胶结砂岩为研究对象,对不同温变速率冻融后岩样进行称重、超声波测试和单轴压缩试验,探究了冻融后岩石物理力学性质随冻融温变速率的变化规律;根据冻融后岩石受载过程中的声发射和微震特征,揭示了温变速率对冻融后岩石内部不同尺度裂纹扩展的影响规律及其内在机制。研究表明：（1）随着温变速率增加,岩样冻融后的微裂纹增多,颗粒间联结强度减弱,峰值强度、弹性模量降低,破坏应变及损伤参量D_e、D_v增大;（2）冻融岩石受载过程中,微裂纹具有“初始压密―扩展孕育―急速扩展”的演化特征,宏观裂纹演化过程可分为“匀速扩展－急速扩展”两个阶段,其中宏观裂纹的急速扩展阶段还呈现出“孕育－扩展－再孕育－再扩展”的波浪式发展特点;温变速率越大,冻融后岩石受载过程中的微裂纹、宏观裂纹扩展越快,且更易于进入急速扩展阶段;当温变速率增大到一定数值后,微裂纹、宏观裂纹从加载开始即以较高速率扩展,直至岩样破坏;（3）微裂纹孕育阶段和加载全过程的声发射振铃相对增长速率,以及宏观裂纹匀速扩展阶段的相对时长、微震振铃相对增长速率均与损伤参量D_e、D_v具有较好的拟合关系,能够反映冻融循环对岩石的初始损伤作用;（4）冻胀力随温变速率增加而增大,导致不同温变速率冻融后岩样的初始损伤不同,这是引起冻融后岩石受载过程中裂纹扩展、声震特性出现显著差异的内在原因。     

含气软黏土的不排水抗剪强度计算模型

含气软黏土广泛分布在世界五大洲,大量离散气泡的存在对软黏土的不排水抗剪强度具有强化或损伤作用,然而目前仍缺乏能综合考虑气相强化与气相损伤竞争机制的含气土不排水剪切强度解析表达式。结合临界状态土力学理论,基于笔者提出的含气土屈服函数,建立了v-lnp¢ 空间下临界状态线截距与土体含气特性(u_{w 0},y₀)的数学关系,进而推导了含气软黏土在三轴应力状态下不排水抗剪强度s_u的理论显式表达式。同时,采用所提出的含气软黏土不排水抗剪强度理论计算公式,分别对比了3种典型的含气软黏土在不同含气特性下的不排水抗剪强度理论预测与试验结果,包括马来西亚高岭土、Combwich 黏土和高岭黏土。另外,对比分析了4种不同的含气软黏土不排水抗剪强度理论计算模型的预测误差百分比,证明了提出的基于改进的含气软黏土本构模型的不排水抗剪强度理论计算式的合理性,能够更加准确地同时考虑含气软黏土的气相强化与气相损伤双重效应。     

黄豆脲酶诱导碳酸钙沉淀多变量试验研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉淀（enzyme induced carbonate precipitation,简称EICP）可以显著改善砂土的工程力学特性,但在具体操作时,参数取值无对应规范,固化效果有待提升。基于黄豆脲酶,研究了温度、脲酶浓度、尿素浓度、钙浓度、pH值、钙源种类等变量对脲酶活性与碳酸钙沉淀的影响,并进行了沉淀物（碳酸钙晶体）的扫描式电子显微镜（scanning electron microscope,简称SEM）与X射线衍射（X-ray diffraction,简称XRD）测试,在此基础上开展了黄豆脲酶固化砂的无侧限抗压强度与固化效果试验研究。结果表明：脲酶活性随脲酶浓度的增加而线性增长,但存在温度阈值,温度超过阈值后,脲酶将完全失活,且阈值随脲酶浓度的增大而降低;尿素浓度与pH值共同影响脲酶活性,二者存在一个最优组合,当尿素浓度在0.1～1.0 mol/L时最优pH值为7,当尿素浓度在1.0～1.5 mol/L时最优pH值为8。脲酶是沉淀反应的催化剂,脲酶浓度越高,反应越完全,碳酸钙沉淀率越高;尿素与钙溶液则主要通过掺入量影响碳酸钙沉淀量,掺量比例宜为1:1,且二者浓度与pH值可通过影响脲酶活性来影响碳酸钙的沉淀情况;不同钙源对碳酸钙沉淀量的影响幅度不大。不同钙源沉淀碳酸钙晶体的成分与密度基本相同,但晶体结构差异较大,氯化钙沉淀碳酸钙晶体以块状为主,表面分布球状、类球状晶体,胶结面大,可作为EICP技术中较为理想的钙源。基于黄豆脲酶和氯化钙钙源固化砂的无侧限抗压强度约为掺粉煤灰砂样的6倍,通过SEM图像可发现,沉淀碳酸钙晶体包裹并黏结砂粒成为整体,固化效果非常理想。     

山东淄博金岭地区辛庄铁矿地质地球物理特征及深部找矿预测

临淄区辛庄铁矿位于山东金岭富铁矿集区的东南侧,具有较好的矽卡岩型铁成矿地质条件。区内以往发现的矿体为-500m以浅,深部成矿认识欠缺,导致资源接替不足。通过对成矿地质体分布及形态变化、重磁电异常特征和已发现矿体展布规律的分析,基于可控源音频大地电磁测深、重磁联合反演等技术手段,对区内深部成矿进行了预测。认为：辛庄铁矿为典型的矽卡岩型矿床,接触带不同位置成矿差异性明显,具有“平缓凹陷处易成矿,陡峭凸起处不易成矿”的特点;重、磁、电、地综合方法指示,金岭杂岩体在研究区南东侧深部具有明显再次上隆现象,形成明显的“凹”字形展布形态,是有利成矿部位。根据取得的认识,圈定深部找矿预测靶区一处,推测深部磁性体赋存于7号勘查线以西,海拔-770～-950m。这可为研究区取得深部找矿突破和补充后续接替资源提供理论指导。     

《北京西山地质志》中、英文本比较研究

依据文本对勘的方法,从图片和文字两个方面对《北京西山地质志》中、英文本进行比较研究。图片方面,英文本作了大量的增补和解说,内容更为详实准确。文字方面,中、英文本目录存在明显差异。英文本序言和注释有其独到的价值和意义。中文本正文的细节增补,应是吸收了当时的最新研究成果。中、英文本比较研究为认识《北京西山地质志》的价值与地位提供了准确可靠的学术依据。     

桂西南那坡盆地河口组沉凝灰岩的时代与来源及其大地构造意义SCIEI北大核心CSCD

桂西南那坡盆地位于八布-Song Hien构造带,发育早-中三叠世岩浆岩和巨厚海相碎屑岩系,是研究华南地块南缘古特提斯造山过程的关键地区。本文对那坡盆地中三叠统河口组中-上部的两套沉凝灰岩开展了详细的岩石学、地球化学和锆石U-Pb-Hf同位素分析研究。两件沉凝灰岩样品LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果分别为240.6±1.0Ma和236.3±0.8Ma,指示河口组碎屑岩沉积时代为中三叠世拉丁期,部分为晚三叠世卡尼期早期。全岩地球化学结果显示,该沉凝灰岩属于亚碱性英安质,富集轻稀土(LREEs)和大离子亲石元素(LILEs)、Rb、Th和U,亏损高场强元素(HFSEs),具有显著的Nb、Ta和Ti负异常。沉凝灰岩锆石具有较低的ε_(Hf)(t)值(-18.6~-6.3)和较老的地壳模式年龄(t_(DM)^(C)=1664~2434Ma),结合锆石微量元素特征认为其形成于俯冲环境。整体上,那坡盆地河口组沉凝灰岩表现出俯冲作用形成的岛弧火山岩地球化学特征,推断其来源于桂西南凭祥地区的中-晚三叠世酸性火山岩。结合已有区域地质调查成果,认为华南地块南缘八布-Cao Bang古特提斯分支洋盆于晚二叠世至晚三叠世早期向北俯冲,随后自西向东呈“剪刀”式逐渐闭合。华南地块与北越地块完全碰撞拼合的时间发生在晚三叠世中晚期。     

E5000型全谱直读型电弧发射光谱仪研制及其在地球化学样品分析中应用

在地球化学样品检测工作中,Ag、B、Sn等难分析元素通常采用传统的交流电弧发射光谱法(摄谱仪),随着地球化学样品数量的增加以及对检测结果质量要求的提高,该方法操作复杂、分析过程繁琐的问题与日常大量样品分析的矛盾日益突出,多道式电弧直读发射光谱也开始在行业内应用。本文基于先进的数字光源技术和CCD全谱型光谱仪技术,改进了电弧发生系统、分光系统和检测系统,将电弧激发光源与Paschen-Runge型全谱CCD光谱仪结合,研制了一款新型的台式全谱直读型电弧发射光谱仪E5000。E5000型电弧发射光谱仪通过激光定位结合程控电极技术,自动调整电极位置,提高了采谱过程的精度控制;利用CCD全谱技术获得了激发样品的全谱信息,可轻易实现光谱信号的背景扣除和干扰校正;且无需再次测定黑度,直接获得分析结果;同时结合内标法和标准加入法,可以进一步提高复杂基体样品的分析精准度。应用研制的光谱仪对水系沉积物和土壤样品进行检测,Ag、B、Sn元素的检出限分别达到了0.01μg/g、0.65μg/g、0.16μg/g,在分析水系沉积物、土壤时检测精密度基本小于10%,优于当前的摄谱法和多道电弧直读光谱法,满足了地球化学样品检测质量要求。