从地壳上地幔构造看大陆碰撞带岩石圈的克拉通化

本篇讨论超级大陆汇聚后逐渐变为克拉通或扩大克拉通的作用过程,即指经及大陆碰撞地体汇聚后新形成的大陆块逐渐转变为刚性克拉通的作用过程。增生大陆岩石圈的克拉通化的作用后果,包括大陆地壳密度的增加,岩石圈地幔的增厚和大地热流值的下降,使大陆岩石圈逐渐刚性强化。大陆碰撞后形成的大陆块必须经过克拉通化的过程,才能逐渐成为刚性克拉通。作用过程主要包括:①上地壳沉积碎屑岩石结晶岩化和中地壳岩石角闪岩化;②下地壳岩石基性化;③大陆碰撞带下凹莫霍面的磨平;④岩石圈地幔底侵加厚形成陆根。从大陆碰撞带转变为克拉通的过程也是岩石圈地幔不断增厚而地壳缓慢变硬变冷的过程。这个过程包含以下作用:区域变质作用,交代作用和岩石圈幔源岩浆的底侵。这个过程时间尺度比碰撞造山作用大一个级次。长期的底侵作用使地壳岩石密度和强度不断加大,改变岩层的矿物成分和局部结构。当大陆岩石圈克拉通化到一定程度之后,由于下方软流圈的热能供应逐渐减缓,使岩石圈地温梯度缓慢下降,最终结果会形成大陆根。由于显生宙大陆碰撞带岩石圈强度弱,大陆碰撞时更容易造成岩石圈变形,因此大陆碰撞的板内效应主要发生在大陆内的显生宙碰撞带。显生宙大陆碰撞带如果再次受到大陆碰撞板内效应的作用,其克拉通化的过程必然会推迟。     

北冈底斯带日土县-拉梅拉山口花岗岩体的岩石地球化学特征、锆石U-Pb测年及Hf同位素组成

对西藏西部日土县城以南-拉梅拉山口一带的花岗岩体开展了详细的岩相学、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学及Hf同位素研究。所有样品铝饱和指数A/CNK集中在0.76~1.0之间,为准铝质类型。CIPW标准矿物组合为Q+Or+Ab+An+Di（或C）+Hy。在稀土元素配分图中呈现出右倾缓倾斜型的特征,轻稀土元素富集并出现较强的分馏作用,重稀土元素无分馏-轻微分馏。δEu在0.56~0.99范围之间,属于铕亏损型。大离子亲石元素出现分化,富集Rb、Pb、Th而亏损K、Ba,高场强元素Nb、Ta、Ti等明显亏损。获得钾长花岗岩、二长花岗岩及花岗闪长岩中岩浆结晶锆石的LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为：79.4±0.4Ma、 81.0±0.5Ma和81.3±0.5Ma,结合锆石稀土元素和岩浆振荡环带特征及Th/U比值,上述年龄结果可代表岩石的结晶年龄,表明该套岩体为晚白垩世侵位的大型岩基。两件样品的锆石均具有正的Hf同位素初始比值ε_Hf（t）,两阶段Hf模式年龄（t_DM2）分别介于547.5~658.0Ma、523.4~710.2Ma之间。分析认为该套岩体的物质来源应该为富角闪石的下地壳,可能为幔源岩浆首先侵入到地壳基底岩石中形成新生地壳,然后在温度约为700~800℃之间、压力<8kbar且富含流体的影响下,这种既有新生地壳又有古老基底地壳构成的混合地壳发生部分熔融而形成。这一结论与野外宏观露头上岩体中大量发育暗色微粒包体等直接岩石学证据相佐证。结合区域构造演化及岩体所处的大地构造位置,该套花岗岩体应该形成于洋壳闭合时的碰撞造山过程,其形成与侵位与北侧班公湖-怒江结合带的构造演化有成因上的联系,是班公湖-怒江特提斯洋向南的俯冲碰撞的产物。     

不同加载条件下陕西华山花岗岩破坏过程的声发射特性

对陕西华山花岗岩试样进行单轴和常规三轴破坏过程的声发射参数测试,研究单轴和三轴两种应力条件下花岗岩破坏过程的声发射特性差异。结果表明,两种加载条件下,声发射特征均基本符合岩石加载破坏过程中的4个阶段,单轴下峰值应力前声发射平台现象明显,三轴下未出现明显声发射平台。弹性阶段内声发射信号均比较少,进入塑性阶段后声发射信号开始密集出现;破坏过程中声发射幅值主要范围都集中在40~100dB;在岩样破坏之前,都会出现事件计数、振铃计数率和累计释放能量逐渐升高的过程;达到峰值强度时,均出现振铃计数率和累计释放能量跳跃性的增长,因此可以将振铃计数率和累计释放能量的突增作为岩样破坏的前兆。此外,研究发现此花岗岩的声发射特征与其承载的路径密切相关,从而进一步验证了岩石材料声发射中的Kaiser效应。     

南岭西段加里东期苗儿山岩体锆石SHRIMPU-Pb年龄、地球化学特征及其构造意义

苗儿山岩体位于南岭西段,主体为加里东期花岗岩,少量印支期和早燕山期花岗岩。加里东期花岗岩具块状构造,由早期黑云母花岗闪长岩、中期斑状黑云母二长花岗岩和晚期细粒黑(二)云母二长花岗岩组成,以斑状黑云母二长花岗岩为主。对中期斑状黑云母二长花岗岩和晚期细粒二云母二长花岗岩各进行了1个样品的锆石SHRIMP U-Pb年龄测试,分别得到428.5±3.8 Ma、409±4 Ma的年龄值,反映出早志留世末、志留纪末-泥盆纪初2期岩浆事件。中期主体花岗岩具有富硅(SiO2=70.09%~76.59%)、中铝(Al2O3=12.71%~14.72%)、高钾(K2O=4.48%~5.73%)、中碱(Na2O+K2O=7.24%~7.91%)、高ASI(平均1.15)的特点,总体属高钾钙碱性系列过铝质花岗岩类。主体花岗岩微量元素中Ba、Nb、Sr、P、Ti表现为明显亏损,Rb、(Th+U+K)、(La+Ce)、Nd、(Zr+Hf+Sm)、(Y+Yb+Lu)等则相对富集,稀土总量中等(179.8×10-6~270.6×10-6),轻稀土富集[(La/Yb)N=5.07~14.33],具明显的负Eu异常(δEu=0.15~0.46)。岩体具有较高的ISr值(0.70660~0.72082)和较低的εNd(t)值(-8.29~-7.94),两阶段Nd模式年龄(t2DM)为1.81~1.84 Ga。C/MF-A/MF图解显示源岩为变质泥质岩和碎屑岩。上述地球化学特征表明花岗岩为S型花岗岩,源岩主要为中、上地壳岩石。花岗岩氧化物和微量元素构造环境判别图解指示岩体形成于后碰撞构造环境。基于岩石成因、构造环境判别以及区域构造演化过程,推断加里东期苗儿山花岗岩的具体形成机制为:在陆内强挤压之后挤压应力相对松弛、压力降低的后碰撞构造环境下,因地壳增厚而升温的中、上地壳岩石减压熔融并向上侵位。结合区域资料分析,苗儿山地区在奥陶纪末-志留纪初北流运动和志留纪后期的广西运动中均产生过强烈的陆内挤压和地壳增厚。     

虎头崖岩体地质地球化学特征及其对东昆仑祁漫塔格印支中-晚期构造环境的制约

虎头崖岩体位于青海东昆仑祁漫塔格成矿亚带,形成于中-晚三叠世,主要由黑云母二长花岗岩、正长花岗岩组成,局部含闪长质暗色包体。岩石高硅、高钾、富碱,SiO2含量为70.71%～77.67%;K2O含量平均为4.7%;Na2O K2O为7.86%～9.1%;K2O/Na2O平均为1.36。A/CNK比值为1.01,KN/A比值为0.86,属于高钾钙碱性系列的微过铝质I型花岗岩类。∑REE含量中等,平均为120.10μg/g;δEu值0.04～0.47;（La/Yb）值为1.52～8.06 ;稀土元素球粒陨石标准化曲线显示Eu负异常、HREE较平坦的右倾“V”型特征。岩体富集LIL和HFS元素,而Ba、Sr、Nb、Ti、P元素明显的负异常。结合区域地层岩性特征、A/MF-C/MF图解和岩体微量元素蛛网图,认为花岗岩是基性源区部分熔融和地壳物质混合的产物。结合地质特征、构造演化背景、元素判别图解等,认为包括虎头崖岩体在内的印支中晚期花岗岩形成于同造山阶段的后碰撞构造环境。印支中晚期花岗岩形成机制为：在二叠纪末-三叠纪初阿尼玛卿洋盆向北部昆仑微陆块俯冲碰撞造山并形成同碰撞/板内构造环境,期间发育与幔源岩浆底侵关系密切的源区基性岩浆岩;中-晚三叠世期,主碰撞之后挤压应力相对松弛,深部压力降低,因地壳增厚升温、岩石熔点降低而导致源区中-基性岩浆部分熔融,并在相对开放的环境下高侵位成岩     

软岩三轴加-卸载试验的破坏特征及抗压强度取值方法研究

软岩三轴加、卸载试验中的抗压强度参数取值是一个非常关键的问题,目前还没有比较确定的方法,通常根据经验或工程要求确定。基于此,结合一组砂质泥岩的三轴加、卸载试验进行了详细研究,试验结果表明:(1)当围压大于10 MPa时,不论是三轴加载试验还是卸载试验,砂质泥岩均表现出明显的应变硬化特性;(2)砂质泥岩在三轴压缩和三轴卸荷两种应力路径的力学响应差别明显,在卸荷条件下通常只存在一条完整的剪切破坏面,而压缩条件下岩样没有明显的控制破裂面,并且剪胀效应明显;(3)将半对数法引入到软岩三轴加、卸载试验数据分析中,可以比较方便地确定软岩三轴加、卸载试验的抗压强度;(4)基于三轴加、卸载试验过程中的应力、应变增量分析,将软岩变形破坏过程分为3个阶段:平滑阶段、规则跳跃阶段和急剧跳跃阶段,各阶段划分的意义明确,可以作为抗压强度确定时的重要参考,因此,在软岩三轴试验数据分析时,可以综合采用这两种方法。研究提出的抗压强度确定方法可操作性强,在其他软岩三轴试验数据分析中值得参考借鉴。     

玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆抗拔性能试验研究与机制分析

抗浮锚杆作为一种竖向锚固技术在我国许多地区广泛应用,锚杆作为抗浮结构的核心其性能受到极大关注。但因钢材易腐蚀,传统金属锚杆的耐久性受到质疑,特别是地铁等地下工程存在杂散电流,限制了金属抗浮锚杆的应用。玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆是一种由树脂基体和玻璃纤维复合而成的新材料,与金属锚杆相比,它具有耐腐蚀、抗拉强度高、自重轻等优良特性。通过植入式裸光纤传感测试技术对GFRP抗浮锚杆的界面应力分布、荷载传递规律及破坏机制进行了研究,论证了GFRP抗浮锚杆使用的适宜性。试验表明,GFRP抗浮锚杆破坏以杆体基体材料剪切破坏为主,?28 mm锚杆极限抗拔力为250 kN,能够满足工程需要;杆体轴力沿深度方向逐渐递减,并且超过一定长度后杆体不再受力。结果显示,中风化岩地区,当锚固段长度为3.95⁶.95 m时,轴力影响深度范围约为3.7 m,说明GFRP抗浮锚杆同样存在临界锚固深度问题。锚杆界面剪应力呈不均匀分布,剪应力峰值随荷载的增加逐渐向下转移,同时0值点也向杆体深部转移。研究成果可为GFRP抗浮锚杆应用于工程实际提供依据。     

考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性研究

针对目前桩基承载特性确定时未考虑桩-土体系渐进变形过程的现状,采用现场试验和理论分析等手段对考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性展开研究。首先,利用现场试验数据对侧阻和端阻的软化特性展开深入探讨,提出了侧阻和端阻软化模型,明确了模型中各参数取值方法,并验证了其合理性。同时,根据提出的侧阻和端阻软化模型,建立了一种可考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性的迭代算法。算例分析表明,计算获得的破坏性单桩承载特性与实测值有较好的一致性,且可反映侧阻和端阻的破坏特性。实际工程中,结合单桩承载特性分析算法,可根据单桩的实际受力特点灵活选用不同形式的侧阻和端阻荷载传递函数来分析不同桩顶荷载水平下的单桩受力特性。     

矿山开发中的含水层破坏评估方法初探——以白山市恒基煤矿为例

本文以白山市恒基煤矿为例,在阐述矿区地质环境基础上,探讨了矿山开采中的含水层结构破坏评估方法,含水层水位、水量变化、和采矿活动对含水层水质造成的污染。最后提出了防治措施,为矿山地质环境恢复治理提供科学依据,也为其他矿山开采提供参考。     

鱼潭水电站地下厂房裂隙层状围岩的变形特征

通过分析鱼潭水电站地下厂房围岩松动圈、块体塌滑，应力变化和收敛位移等特征，揭示了本工程裂隙层状围岩变形破坏的一般规律。