剪切-体积应变耦合的孔压增量模型试验

以南京细砂为对象,通过共振柱试验及应变控制的排水/不排水分级和单级加载循环三轴试验的系统性研究,建立了能够描述饱和砂土孔压增长规律的新模型。该模型遵循Martin和Byrne提出的基本理论框架,孔压的增长是由循环剪切作用下体积改变所引起的。提出的孔压模型属于应变控制的孔压增量模型。基于排水循环单级加载试验,通过引入体积门槛剪应变γ_(tv)的概念,以具有代表性的15周体应变(ξ_(vd))15为基准点,归准化体应变发展与循环剪应变之间的关系,建立了三参数的体应变增量模型及其参数标定方法。基于排水和不排水循环单级加载试验结果,揭示了体应变与孔压比之间的内在联系,进而导出回弹模量表达式。通过耦合新的体应变增量模型及回弹模量公式,建立了新的剪应变-体应变耦合的孔压增量模型。验证性试验表明,新的孔压增量模型的预测值与试验结果的吻合度较高。     

主要造岩矿物微波敏感性试验研究

采用频率2 450 MHz多模谐振腔对11种常见主要造岩矿物试样进行了微波辐射试验。根据升温速率和温度增量对其微波敏感性进行了研究。对赤峰玄武岩、鞍山辉长岩和昆明砂岩进行了矿物成分测试,根据其矿物成分组成预测3种岩石的微波吸收能力,通过微波辐射试验对预测结果进行了验证。然后对3种岩石进行了单轴压缩强度测试,研究了微波辐射后岩石的强度折减与岩石微波吸收能力的关系。结果表明：主要造岩矿物的微波吸收能力可分为3类,且表现出非常不同的微波吸收能力;根据岩石的矿物成分组成可预测岩石的微波吸收能力,含有强微波吸收能力矿物的岩石也具有较强的微波吸收能力;岩石的微波吸收能力越强,微波辐射后岩石单轴压缩强度的折减程度越大。     

利用HHT-EEMD方法分析云南区域GNSS应变时序孕震信息

地震的孕育和发生本质上都是地壳内部应力、应变能逐渐积累并突然或缓慢释放的结果,研究应变的变化过程对于地震危险性的判定具有重要意义。本文基于云南区域2013—2019年GNSS格网应变时间序列,利用专门适用于非线性非平稳信号处理的热门时频分析方法—整体经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition,EEMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang transform,HHT）分析方法,探索云南区域中强地震前GNSS应变时序的时-频-能量分布特征,尝试挖掘应变时频信号中所携带的孕震信息。利用23号、42号格网对应的地震进行震例分析,结果显示：EEMD具有分频剖面的类似特征,它能够依据数据的时间特征尺度进行信号分解,较好地剖析信号在不同频率尺度上的变化特征;Hilbert变换能够通过瞬时频率、瞬时振幅等方式突出信号的局部瞬时特性,在固有模态分量（intrinsic mode functions,IMF）异常曲线识别无效的情况下仍能凸显异常;通过EEMD、残差趋势项分析、IMF异常识别和Hilbert变换综合动态分析应变时间序列的分析方法,能够在部分地震前夕发现一些潜在异常信息,为未来云南区域强震危险地点的判定提供一定的参考。     

津巴布韦金刚石中石墨包裹体及金刚石异常双折射特征分析

津巴布韦马朗(Marange)金刚石矿以产出混合习性(八面体与近立方体)金刚石为特征,其石墨包裹体仅存在于近立方体区.石墨包裹体的形态、分布及金刚石的异常双折射与应变特征,能反映其从开始结晶到被搬运至地表过程中经历的地质作用.因此,对津巴布韦混合习性金刚石及石墨包裹体的研究不仅能提供与其他产地金刚石有对比意义的数据,且...     

变质地质学中的扩散：原理、前沿应用和问题

变质地质学的研究离不开变质反应动力学。元素扩散具有完备的数理基础和丰富的实验数据, 相对成熟地应用于变质地质学, 是目前变质反应动力学的研究热点。本文从变质岩石学的视角, 对扩散的基本数理原理、矿物元素扩散系数及其影响因素、扩散在变质地质学中的应用及其存在的问题做了系统的介绍和总结。本文强调, 元素扩散是变质岩中普遍存在的动力学过程, 一方面会改造矿物原始的生长环带, 给传统温压计和相平衡模拟确定温压条件造成困恼, 另一方面也给变质作用的研究带来动力学视角, 为限定变质-构造热事件的时间尺度和速率提供精准的标尺, 比如扩散速率计或者扩散年代学。扩散这种动力学方法在变质地质学中的应用和进一步发展仍需未来工作。

     

维嘉海山沉积过程及其对西太平洋海山演化的意义

海山沉积过程与全球气候变化和古海洋演化有着紧密联系,维嘉海山保留了西太平洋晚中生代以来的完整沉积记录,是探索西太平洋海山构造演化的理想场所. 基于浅地层剖面、大洋钻探和最新相关研究成果,通过研究海山的沉积特征、火山活动和沉降速率等,探索西太平洋维嘉海山晚中生代以来的沉积过程. 结果显示维嘉海山顶部发育3个沉积单元,并发现了始新世第二次火山活动的可能证据,推算出维嘉海山中中新世(~11.6 Ma)以来的沉积速率约为6.03 mm/ka. 首次建立了维嘉海山的演化模型,认为维嘉海山演化主要经历了7个阶段,在渐新世之前处于缓慢沉降状态,其顶部水深一直保持在数百米之间,之后出现拐点,早中新世(~20 Ma)之后开始加速沉降,可能与该时期太平洋板块运动方向的迅速转换有关.     

应用河流阶地10Be深度剖面计算千年至十万年尺度流域平均古侵蚀速率

古侵蚀速率的时空变化规律是研究构造-气候-地表侵蚀之间耦合关系的重要线索。已有的研究多侧重于百万年(10⁶)或百年(10²)尺度上的侵蚀速率限定, 但对千年至十万年(10³~10⁵)尺度上的侵蚀速率限定较少。河流阶地的发育能够延续千年至十万年, 其沉积记录保留了大量流域侵蚀信号, 为建立该时间尺度上的流域古侵蚀速率记录提供了理想的数据支撑。本研究介绍了一种千年至十万年尺度上的流域平均古侵蚀速率计算方法。基于河流阶地¹⁰Be深度剖面, 约束阶地表面沉积物的¹⁰Be继承浓度和阶地面废弃年龄, 进而计算出多期阶地发育期间的流域平均古侵蚀速率。随后, 以青藏高原东北缘北祁连西段为例, 基于山前6条河流(自西向东分别为石油河、白杨河、北大河、洪水坝河、丰乐河和马营河)已发表的16个阶地¹⁰Be深度剖面数据(共81个¹⁰Be样品)和7个现代河道沉积物的¹⁰Be浓度数据, 建立了北祁连西段约200 ka以来的流域平均侵蚀速率记录(共23个侵蚀速率值)。结果表明, 北祁连西段千年至十万年尺度上的流域平均古侵蚀速率变化趋势与气候波动曲线之间存在较强的对应性, 揭示了气候变化是引起流域地表侵蚀的关键因素。上述实例证明, 应用河流阶地¹⁰Be深度剖面可有效地计算千年至十万年尺度上的流域平均古侵蚀速率, 并有助于深入剖析构造、气候和地表侵蚀过程三者之间的潜在关系, 进而推动活动造山带地区定量地貌学研究的发展。

     

干湿循环与初始静偏应力耦合作用下城市污泥固化土动力累积变形特性

城市污泥固化土用作路基填料,对于节约工程成本、保护环境等具有重要意义。本文以城市污泥固化土为研究对象,利用DDS动三轴仪,从干湿循环次数、初始静偏应力、动应力3个方面研究其对累积塑性应变及动强度特性的影响。试验结果表明:在干湿循环单独作用下,土体累积塑性应变随干湿循环次数的增加先增大后趋于稳定,但与初始静偏应力耦合作用下对土体累积塑性应变的影响不太显著。动应力对其影响较大,且存在临界值:当动应力小于临界值时,累积塑性应变呈现出先增大后逐渐稳定的趋势; 当动应力大于临界值时,累积塑性应变在达到某一振次后快速增大,土体迅速产生变形破坏。干湿循环与初始静偏应力都会降低土体的动强度,但干湿循环在达到10次后,动强度将趋于平稳,不再受其影响。通过回归分析,建立了考虑干湿循环次数、初始静偏应力及动应力等因素影响的城市污泥固化土稳定型累积塑性应变模型,并验证了其可行性。     

基于测井频谱分析的松科二井登娄库组地层沉积速率研究

松辽盆地科学钻探工程松科二井获取了白垩纪陆相沉积资料,其中连续、多参数、高分辨率的地球物理测井资料为研究松辽盆地地层的沉积速率变化规律提供了机会。本文利用GR、Th、K、Th/K多种测井数据,采用天文旋回的方法来计算松科二井登娄库组地层的沉积速率,并探讨影响地层沉积的主控因素。多种测井数据的频谱分析结果表明了登娄库组地层记录着米兰科维奇旋回信息,这说明登娄库组沉积过程受天文轨道驱动力影响。Th测井数据对天文旋回信息的敏感性强,综合考虑多种测井数据的测试结果获得了连续、相对准确的地层沉积速率。登娄库组地层沉积速率从下往上整体呈现为由高到低的趋势。登二段至登三段时期地层沉积主要受盆地断陷活动控制,地层整体具有高沉积速率特征,最高达到16.2 cm/ka。随后至登四段时期由于断陷活动逐渐减弱,盆地向区域坳陷的构造格局转化,登四段整体具有沉积速率较低的特征,最低为5.9cm/ka。该研究建立了松科二井登娄库组地层连续的沉积速率剖面,为揭示松辽盆地由断陷活动过渡到坳陷活动的地质规律提供了测井证据。     

汇聚背景下的多幕裂陷作用及其迁移机制:以南海北部珠江口盆地为例

南海的形成演化受控于印-澳、欧亚以及太平洋板块的相互运动,为研究汇聚背景下板块碰撞及其远程效应提供重要窗口。为了揭示该汇聚背景下的多幕裂陷过程,本文选取地质信息丰富的整个珠江口盆地为典型区,利用三条高精度地震剖面,对盆地各地质单元进行断层活动速率和构造沉降速率的定量计算及综合分析。结果表明盆地裂陷期东部、中部和西部主要控凹断层的平均活动速率分别为96 m/Ma、223 m/Ma和124 m/Ma,且其平均沉降速率依次为8.5 m/Ma、34 m/Ma和12.7 m/Ma,盆地整体呈现中部裂陷作用最强,其后向西部和东部逐渐减弱的特征。本文认为这与先存断裂以及初始地壳厚度有关:盆地东部和中部存在NE向先存断裂,并且东部先存断裂更加活跃,因此在新生代拉伸应力下东部更易表现为裂陷作用最强的区域,其次为中部和西部;而受前新生代时期俯冲作用的影响,岩浆的底垫作用引起盆地东部地壳增厚,东部裂陷作用强度急剧降低,造成裂陷作用强度的东西差异。此外,盆地南段凹陷裂陷期的断层活动和沉降速率发生激增,裂陷作用存在向南迁移的现象。本文推测在深度相关的伸展模式的影响下,南段凹陷地壳温度升高,强度减弱,因而在伸展应力下发生快速的拉伸减薄,导致裂陷中心向南迁移及岩浆物质上涌。同时,侵入的岩浆物质导致高角度正断层转换成低角度正断层,进一步促进裂陷中心向南迁移。