动力扰动作用下多功能岩石结构面剪切试验装置研制与应用研究

动力扰动是导致岩石结构面滑动失稳进而触发地震、岩爆等强动力型地质灾害的重要诱因。为研究动力扰动作用下岩石结构面力学响应及其活化致灾机制,自主研制了动力扰动作用下多功能岩石结构面剪切试验装置。该装置主要包括用于施加准静态荷载、多种法向边界条件、复杂波形宽频率动力扰动荷载（0.5～50 Hz）及宽频剪切速率（0.000 1～10 mm/s）的法向和切向加载系统,施加冲击动力扰动荷载的摆锤冲击系统,开展循环往复剪切试验的剪切盒,数据采集和控制系统。通过控制软件编程,可开展不同剪切速率下恒定法向荷载、恒定法向刚度、卸法向荷载、变法向刚度和动态法向荷载条件下岩石结构面单调或循环剪切试验,静载叠加动载剪切试验,速率和应力阶跃试验和摆锤冲击剪切试验等。应用该装置开展了初步的试验研究,验证了试验过程中该装置具有良好的稳定性和准确性。该装置的研发对认识动力扰动作用下岩石结构面的响应特征,深入理解地震、岩爆等强动力型地质灾害的岩石结构面活化失稳触发效应及致灾机制具有重要的科学意义和工程价值。     

考虑应力变化速率的岩石脆性评价指标

脆性作为岩石的重要的力学指标,对深部岩体性态评价以及灾害预防具有重要意义。岩石应力−应变曲线能够很好地表征岩石的脆性。考虑到现有基于应力−应变曲线的脆性指标大多都只对曲线的一部分进行分析,且少有指标能够准确地应用于岩石II类曲线中,对整体判断的缺乏可能会导致工程应用上适应性及可靠性不足的情况。针对现有脆性指标普遍存在的物理意义模糊、评估结果与岩石脆性的关系非连续等问题,综合考量岩石应力−应变曲线中峰前应力上升速率、峰后应力跌落速率以及峰值点应变值对岩石脆性的影响,提出了一种物理意义明确、计算结果与岩石脆性之间的关系是单调且连续的岩石脆性指数计算方法。选取国内外常用脆性指标对锦屏II级水电站大理岩和某铁路隧道花岗岩、变质砂岩以及片麻岩的单轴压缩试验数据进行脆性评价后进行比较,验证了指标的适用性。进一步将提出的指标应用于常规三轴试验条件下大理岩脆性分析,结果表明,该指标不仅能够量化和分类不同岩石的脆性特征,还能表征围压对岩石脆性的抑制作用。     

基于格栅拱架的软岩巷道分步联合控制技术研究

针对煤矿深井软岩巷道大变形灾害频发难题,以淮南矿区潘三矿软岩大变形巷道为工程背景,在系统分析围岩失稳破坏大变形原因的基础上,提出了深部软弱破碎巷道基于格栅拱架的分步联合支护技术,包括：格栅支架+一次锚杆锚索、初喷、浅孔注浆、预应力锚杆、复喷150 mm厚混凝土、深孔注浆和帮顶预应力锚索。进一步,分析了格栅拱架支护控制原理,并采用FLAC^3D确定了基于格栅拱架的分步联合技术的最优支护参数。现场对比分析表明,格栅拱架支护围岩初期变形速率及最终收敛变形量均大于型钢支护,但加设二次支护之后格栅拱架位移能较快收敛,此外,格栅支护在经济和效率方面优于钢拱架支护。最后,通过现场监测,格栅拱架分步联合技术各工序的最优施工周期为：预应力锚杆、锚索合理的支护时间是注浆后10 d内,而深孔注浆之后预应力锚杆2周内较优。实践表明,基于格栅拱架的分步联合控制技术深井是软岩巷道围岩控制的一条有效途径。     

河北承德大庙地区元古代的晚期辉长—苏长岩的岩石特征及其成因

河北承德的大庙斜长岩杂岩体是我国著名的岩体型斜长岩杂岩体,其苏长岩可分为两种类型,即早期苏长岩和晚期辉长—苏长岩。早期苏长岩已发生钠长绿帘角闪岩相变质;晚期辉长—苏长岩变质程度较弱,含有斜长石、斜方辉石和单斜辉石巨晶,主要呈岩墙、岩脉或小岩体侵入于斜长岩杂岩体中,与铁磷矿紧密相关。研究表明:晚期辉长—苏长岩主要由中性斜长石、反条纹长石、单斜辉石、斜方辉石、黑云母、磷灰石、钛磁铁矿和磁铁矿等组成,依矿物含量、成分和结构的差异可分为淡色辉长岩、单斜辉石苏长岩、斜方辉石辉长岩以及含铁磷矿对应岩石。其Ba、Sr和轻稀土富集、Eu弱负异常或无异常特征,表明晚期辉长—苏长岩岩浆不是形成斜长岩的基性岩浆,而是经斜长石分离结晶后的残余岩浆。Sr-Nd-Pb同位素地球化学特征显示晚期辉长—苏长岩可能源自EMI富集的岩石圈地幔,与岩体型斜长岩不存在同源岩浆分离结晶演化的关系。大庙地区晚期辉长—苏长岩的岩浆来源、演化和构造控制的特征对深化研究岩体型斜长岩杂岩体的成因有重要意义。     

内蒙古中部西乌旗晚石炭世辉长岩-花岗岩系列:岩石成因与地球动力学意义SCIEI北大核心CSCD

辉长岩和花岗岩组成的双峰式火成岩系列通常产出于威尔逊板块构造旋回的诸多伸展周期。基于其岩石地球化学特征示踪伸展地球动力学过程与相关壳幔相互作用的独特视角,本文报道了中亚造山带东段内蒙古中部西乌旗地区新近识别的晚石炭世猴头庙辉长岩-花岗岩系列。SIMS锆石U-Pb定年揭示辉长岩和花岗岩的侵位年龄分别为~307Ma和~305Ma。辉长岩主要由斜长石、辉石和角闪石组成;SiO 2含量介于50.4%~53.4%之间,呈现镁质、准铝质和钙碱性特征;富集大离子亲石元素,亏损高场强元素;并具有OIB型全岩Sr-Nd(I Sr(t)=0.704249~0.704330,εNd(t)=+1.73~+3.81)和锆石Hf(εHf(t)=+4.58~+15.16)同位素组成,其锆石δ18 O介于5.75‰~6.61‰之间。这些特征指示辉长岩可能源于俯冲板片流体交代的亏损地幔楔部分熔融。同期花岗岩主要由斜长石、钾长石、石英和黑云母组成;其SiO 2含量变化于76.3%~77.6%,高硅碱、贫铁镁、弱过铝、富钍铀、亏锶钡、Eu负异常,契合典型高分异I型花岗岩的元素地球化学特征;花岗岩具有中等放射性成因的全岩I Sr(t)(0.704923~0.704981)、εNd(t)值(-0.15~+0.57)和锆石εHf(t)值(-2.63~+7.40),以及高的锆石δ18 O(6.44‰~8.06‰)。鉴于元素和同位素特征指示的高分异特征和高演化源区,猴头庙高硅花岗岩可能衍生自中元古代和古生代多期增生物质所组成的复合中基性地壳的部分熔融及其后的结晶分异作用。综合区域石炭纪-早二叠世蛇绿混杂岩和岛弧岩浆岩时空展布格局,晚石炭世猴头庙辉长岩-花岗岩系列记录了内蒙古中部其时因洋脊俯冲引发的弥散性区域伸展事件。一方面,该事件既有别于建造西乌旗早-中石炭世弧-盆体系的板片回退阶段,又迥异于早二叠世大规模后碰撞伸展过程;另一方面,这些周期性伸展事件共同见证了中亚造山带东段晚古生代威尔逊造山旋回的完整历程。     

乌兰察布坳陷北西缘赛汉组下段氧化带发育特征与铀成矿关系

近些年,在乌兰察布坳陷北西缘地区赛汉组下段中发现了较好的铀矿化信息,铀矿化与氧化带的发育密切相关。文章以岩心、地质露头观测和岩石地球化学参数分析等手段,分析了研究区不同的岩石地球化学类型、氧化带的空间分布特征。根据该区不同的氧化带类型、空间展布及其与铀矿化之间的成因关系,划分了同沉积叠加后期改造泥岩型和潜水-层间氧化带砂岩型两种铀矿化类型,探讨并总结了研究区氧化带空间发育特征与铀矿化的分布规律,对今后在该区进行铀矿找矿提供重要的指导作用。     

基于叠前同时反演的致密砂岩储层预测及含气性识别——以苏里格S区块为例

苏里格S区块储层与围岩阻抗差异小、气水关系复杂,叠后纵波阻抗反演方法难以区分优质储层,通过研究区岩石物理分析可知,叠前参数纵横波比可以有效区分岩性和含气性。本文首先进行模型正演确定储层地震响应特征;然后通过适用于砂泥岩的Xu-White模型进行岩石物理建模及横波预测,建立岩石物理模板;其次采取线性去噪、剩余振幅补偿等处理方法对CRP道集进行优化;最后通过叠前同时反演定量预测储层厚度及含气性。结果表明：(1)储层顶界的地震反射特征为强波谷反射,底界反射不明显;(2)纵横波比小于1.68可有效划分砂岩,联合纵波阻抗小于12 200 g·cm^-3·m·s^-1预测储层,再由更低的纵横波比小于1.57识别含气性;(3)储层展布特征与含气性预测范围趋势相似,但在局部上存在差异,储层发育程度与其含气性不一定呈正相关。本文所提方法期望为下一步圈定有利含气储层面积及井位部署提供有力的技术支撑。     

博格达造山带东段早石炭世火山岩地球化学特征及构造属性

博格达造山带东段克孜库都克地区七角井组玄武岩和中酸性火山碎屑岩及少量流纹岩在时空上构成双峰式火山岩组合。玄武岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为331.0±3.0Ma,属于早石炭世晚期;Si O2含量为47.68%~48.82%,Ti O2含量(1.83%~2.17%)略高于N型大洋中脊玄武岩,高Al(Al2O3含量为15.56%~16.09%),富钠贫钾(Na2O/K2O=5.44~7.76),低Mg(Mg O含量为5.97%~7.17%,Mg#为43~47),表明其原始岩浆发生过明显的橄榄石和辉石的分离结晶作用。玄武岩具有近于平坦的稀土配分模式,轻微负Eu异常(δEu=0.89~0.93),相对富集Rb、Ba、P,亏损Th、Nb、Ta、Sr、Ti等不相容元素。火山岩岩石地球化学特征表明:研究区玄武岩可能是亏损尖晶石相地幔橄榄岩向石榴石相地幔橄榄岩过渡的产物,且在其上升过程中受到较弱程度的地壳物质混染,形成于陆内裂谷环境,其地球动力学体制可能与古亚洲洋壳向先存的准噶尔-吐哈陆块斜向俯冲,产生的侧向撕裂力拉张陆块有关。克孜库都克地区早石炭世玄武岩构造属性的确立进一步证实了博格达造山带在石炭纪时期处于大陆裂谷演化过程的观点,为进一步深入理解博格达地区石炭纪构造岩浆演化过程提供了新的地质与年代学依据。     

江西九瑞矿集区东雷湾矿区中酸性侵入岩及其铁镁质包体的成因:锆石U-Pb年代学、地球化学与Sr-Nd-Pb-Hf同位素制约

九瑞矿集区成矿与燕山期中酸性侵入岩体关系密切,但对该区东雷湾矿床的地质地球化学研究还相对较少.对东雷湾矿区中酸性侵入岩(花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩)及其铁镁质包体进行了系统的锆石U-Pb年代学、矿物化学、岩石地球化学和Sr-Nd-Pb-Hf同位素研究,探讨其岩石成因.锆石LA-ICP-MS U-Pb定年表明:东雷湾中酸性侵入岩的成岩年龄为144.3~148.7 Ma,铁镁质包体的年龄为146.4~147.1 Ma,与寄主侵入岩花岗闪长斑岩的年龄一致.东雷湾侵入岩属准铝质范围,岩石的Mg#较高(42.5~68.0,平均56.0),并具有较高的相容元素含量,富集轻稀土,Eu异常不明显,富集大离子亲石元素,亏损高场强元素.暗色铁镁质包体呈细粒结构,常见针状磷灰石和钾长石斑晶.东雷湾样品的Sr-Nd同位素组成变化范围较小,初始87Sr/86Sr比值位于0.706 4 ~ 0.707 9,ε_Nd(t)值变化于-5.80~-3.31,t_2DM(Nd)为1.2~1.4 Ga,锆石ε_Hf(t)值为-15.9~-3.6.样品的206Pb/204Pb(t)、207Pb/204Pb(t)、208Pb/204Pb(t)值分别变化于17.333 3~18.260 0、15.513 5~15.621 0、37.404 1~38.395 4之间.详尽的元素和同位素地球化学特征表明,东雷湾铁镁质包体是由拆沉的加厚下地壳发生部分熔融,并在其上升过程中与地幔物质发生相互作用,进而与花岗质岩浆混合过冷结晶形成的.该区侵入岩的形成很可能是因为加厚下地壳拆沉入软流圈地幔后发生部分熔融,熔体与地幔橄榄岩相互作用后在上侵的过程分别形成了铁镁质岩石和花岗质岩石.