冻融循环作用下含结核砂岩风化特征实验研究

为研究云冈石窟砂岩孔状风化现象的形成机理,对现场选取的含结核砂岩进行冻融循环实验,利用激光共聚焦显微镜对砂岩结核、砂岩基质、以及结核与基质交界面进行观测,分析冻融条件下含结核砂岩裂隙扩展规律,建立了含结核砂岩冻融破坏力学模型。研究表明:随冻融循环周期增加,结核与基质交界面、结核中心、砂岩基质先后出现裂隙。各区域裂隙宽度随冻融循环周期增多均呈增长趋势,但3个位置裂隙发展过程存在差异,交界面的裂隙沿交界面延伸;结核中心产生新裂隙,同时早期裂隙扩展、延伸、汇交形成裂隙网络;砂岩基质裂隙发展缓慢。结核的存在改变了砂岩物理力学性质,显著增强了砂岩的非均质性,建立的含结核砂岩冻融破坏模型,揭示了裂隙一般易发育于交界面的特点。砂岩的非均质性是云冈石窟砂岩形成孔状风化的内在因素。     

太古代片麻状花岗岩浅埋隧道变形破坏及地面塌陷分析——以集宁隧道为例

浅表古老花岗中浅埋隧道常处于拉张应力状态而拱顶下沉,波及地表产生地面塌陷,影响工程稳定及人员安全。以集宁隧道为例,采用工程地质调查、室内力学试验、围岩稳定计算相结合的方法,从太古代集宁片麻状花岗岩风化壳分带、岩体结构控制和岩体质量分级方面研究围岩变形破坏特征。花岗岩中-微风化特性、大部分隧道位于地下水位以下,节理裂隙夹泥,变形破坏以多组节理切割下块体掉落和塌方为主要形式。在花岗岩古风化壳与上第三系泥岩交界处出现差异变形和不均匀沉降。浅埋隧道段塌方发展到地表形成4个长轴与隧道轴线一致的椭圆形塌陷坑。现场应力监测结果显示顶拱接触压力小于自重应力,侧压力更小,对顶拱稳定不利。为保证施工人员和机械设备安全,在此区段采取针对块体稳定和塌方的加强支护措施,取得较好效果。     

三点弯曲条件下薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响

为了揭示薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS软件进行数值模拟,对含预制裂纹的不同单层厚度的层状岩体进行三点弯曲数值试验,岩体试样长度和宽度一定（512 mm×128 mm）,分5种不同的单层厚度建模,单层厚度分别为:64 mm、32 mm、16 mm、8 mm、4 mm。提取破裂过程中的声发射信息及主裂纹路径参数,对比分析不同层理厚度时,岩体的峰值载荷、声发射事件数、累计声发射事件数、主裂纹长度等对单层厚度的变化规律。研究结果表明:（1）薄层状岩体的强度与单层厚度有一定关系,单层厚度越大,岩体的抗弯强度越小,并且这种变化是非线性的。（2）在不同层厚条件下,层理面均表现出了阻止裂纹向上扩展的效果。同时,裂纹在层状岩体中的扩展是不连续的,裂尖沿层理面发生了水平迁移,整体呈现阶梯状。（3）在三点弯曲条件下,随着单层厚度的减小,岩体破裂时的裂纹总长度先增大后减小。（4）裂纹在岩体层面扩展时破裂类型多为滑移与拉张破裂的组合,而在非层理面的岩体内部扩展时,以拉张破裂为主。（5）薄层状岩体在三点弯曲条件下,声发射事件在岩体的压密阶段几乎没有出现,直至接近峰值载荷时才大量涌现。到了载荷快速下降时,单位时间的声发射事件数也达到最大。研究结果将对预测层状岩石的裂缝演化提供依据。     

铜陵矿集区沙滩脚西南地区隐伏岩体及深部找矿潜力分析

研究区为弱磁异常区,查明隐伏岩体的赋存状态是进行深部找矿潜力分析的重要前提。本文通过垂向一阶导数ΔTh_z与水平方向导数模ΔTh_s进行参数变换,即航磁ΔT化极斜导数M=atan(ΔTh_z/ΔTh_s)来突出隐伏岩体引起的弱磁异常。依托正在实施项目中的物化探及ZK31、ZK32钻探成果,结合以往的区域物化探推测成果对斜导数异常进行综合分析,基本查明了研究区内隐伏岩体的分布规律,桥头扬岩体的中心部位分布在研究区北部,岩体呈"漏斗"状,下延深度有限。在研究区西南部的高山疃地区圈定了一个隐伏岩体,规模较大,且与凤凰山岩体存在同源的可能。认为在高山疃地区深部是寻找铜金多金属矿的有利部位,具有较好的找矿前景。为矿集区其它弱磁异常区进行隐伏岩体调查提供参考依据。     

武夷山中段司前花岗岩体形成时代、地球化学特征及地质意义

本文对武夷山中段的司前岩体进行了系统的岩石学、地球化学、年代学及Lu-Hf同位素研究。结果表明,司前岩体形成于(140±1)Ma,主要由黑云母二长花岗岩组成,富碱(K_2O+Na_2O=6.67 wt%~8.25 wt%),富钾(K_2O/Na_2O=1.16~2.41),A/CNK值介于1.01~1.25之间。岩体具有较高的∑REE(177.73×10~(-6)~427.88×10~(-6))、Zr+Nb+Y+Ce含量(262.6×10~(-6)~581.5×10~(-6))和Zr饱和温度(平均824°C),FeOt/MgO(3.06~3.93)和10 000×Ga/Al(2.64~3.28)比值均较高,属典型的铝质-过铝质A型花岗岩。岩体的锆石εHf(t)值均为负值(–18.6~–7.9),暗示其源于古老的地壳物质重熔。综合上述结果和区域背景推测,司前岩体的源岩为新元古代麻源群变质火山-碎屑岩,源岩可能经历早古生代和白垩纪两期熔融事件,地幔岩浆为花岗岩的形成提供了热源,但并未贡献物质,岩体的形成与古太平洋板块俯冲过程中因俯冲板片后撤诱发的弧后扩张作用有关。     

南秦岭小茅岭复式岩体地球化学特征及其构造意义

南秦岭北缘小茅岭复式岩体主要由宋家屋场基性辉绿(辉长)岩,迷魂阵、磨沟峡和叶家湾中性-偏酸性闪长岩组成,形成于新元古代早期870~840 Ma。岩石地球化学研究显示,宋家屋场基性岩属亚碱性系列岩石,富集轻稀土元素及大离子亲石元素,Nb、Ta、Ti、P等具有弱的负异常,Zr、Hf等高场强元素的含量较高,Zr/Y、Ta/Yb比值较高,Zr/Nb比值较低,与岛弧玄武岩的地球化学特征相似,在构造环境判别图解中投于火山弧岩石区域,一些元素的富集特征可能来源于受俯冲块体流体交代的岩石圈地幔。迷魂阵、磨沟峡及叶家湾闪长岩体均属准铝质亚碱性系列岩石,具有岛弧火成岩的地球化学特征。Sr-Nd-Hf同位素地球化学分析显示,宋家屋场岩体主要来自亏损地幔源区,磨沟峡和叶家湾岩体主要为新生基性下地壳的部分熔融,而迷魂阵岩体主要为古老地壳物质的部分熔融。上述特征表明小茅岭复式岩体各组成部分可能形成于870~840 Ma俯冲相关的岛弧构造背景,俯冲块体脱水形成的流体交代上覆地幔楔,这种地幔部分熔融形成了宋家屋场角闪辉绿(辉长)岩,由于基性岩浆的加热,诱发新生基性下地壳及原古老地壳物质部分熔融,岩浆上升、侵位,形成磨沟峡、叶家湾及迷魂阵岩体。结合陡岭地区~850–780 Ma变质作用及岩浆事件相关报导,在南秦岭北缘小茅岭—陡岭隆起带上,新元古代早期存在一期构造-岩浆-变质事件,该事件的区域大地构造属性则有待进一步研究。     

北淮阳东段西汤池岩体地球化学特征、锆石U-Pb定年及成因

西汤池岩体位于安徽北淮阳地区舒城县西汤池一带。西汤池似斑状二长花岗岩具高硅、富碱质特征,为铝饱和碱性系列岩石。稀土元素含量中等,(La/Yb)_N与HREE/LREE值较高,重稀土相对轻稀土亏损明显,Eu呈弱负异常,属轻稀土富集型。大离子亲石元素(Rb、K、La、Nd等)明显富集,而高场强元素(Nb、Ta、P、Ti等)亏损。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得西汤池二长花岗岩~(206)Pb/~(238)U年龄为(125.5±1.6)Ma,为早白垩世岩浆活动的产物。基于前人关于北淮阳地区区域地质背景方面的研究成果和本次地球化学构造环境判别方面的研究,认为西汤池二长花岗岩属A_1型花岗岩,形成于后碰撞的伸展构造环境。     

开挖条件下含陡倾结构面顺层岩质边坡破坏模式与稳定性预测

顺层岩质边坡易发生失稳破坏,当边坡中发育有顺坡向陡倾结构面时,更不利于边坡稳定。以贵州某水电站大坝左岸含陡倾结构面顺层边坡为例,在综合分析地质条件及开挖扰动的基础上,结合离散元软件UDEC,分析了边坡的变形破坏模式和稳定性。研究结果表明,边坡可能发生的变形破坏模式主要有滑移、拉裂—滑移两种;自然状况下及开挖后,边坡都有沿断层f_9、卸荷裂隙L_1及岩层面发生滑移的趋势,且工程开挖导致边坡沿该结构面发生内部滑动;对边坡采用预应力锚索加固后,变形得到有效控制,位移数值计算值与实际监测值基本吻合。     

额济纳旗灰石山东北铌多金属矿床成矿规律及成因浅析

通过对灰石山东北铌多金属矿床地质特征综合分析表明,矿床的产出受地层和构造的双重制约。矿区的二叠系双堡塘组是矿源层,矿体具有明显的层位控制性;北东东向断裂构造提供了热液通道并进行了叠加改造;矿床成因类型属于沉积变质-热液叠加型。     

单轴加载煤孔裂隙各向异性核磁共振特征

为了研究煤孔裂隙各向异性,进一步揭示煤微观结构及物性特征。选取平顶山矿区八矿煤样,采用核磁共振（NMR）方法,对比分析单轴加载前后煤样的横向弛豫谱（T₂）特征和核磁成像（MRI）特征。实验结果表明,煤的T₂谱特征具有显著的各向异性:平行于层理且垂直主裂隙X方向T₂谱为3峰谱图,平行于层理且平行主裂隙Y方向T₂谱为双峰谱图,垂直层理Z方向T₂谱主要以单峰为主;单轴加载后煤样T₂谱面积、孔隙度减小,X、Y方向煤样孔隙变化引起的峰面积所占比例下降,裂隙变化引起的峰面积占比例上升;Z方向裂隙变化引起的峰面积占比例下降;MRI揭示出,单轴加载后平行层理方向煤样孔裂隙大部分闭合,部分裂隙产生径向变形;加载方向裂隙大部分闭合,压实效应显著。综上所述,单轴加载下,煤样各向异性特征显著,同时表明核磁共振技术是研究煤孔裂隙微观变化的有效手段。