华南壳幔结构与动力学的宽频地震观测研究

了解华南各岩石圈块体壳幔结构和各向异性方面的差异是揭示华南深部构造演化的基础。本文利用布设于华南的两条宽频地震测线观测数据,采用多种地震学方法对华南的地壳上地幔结构和各向异性进行了研究。接收函数结果表明,华南地区地壳厚度和岩石圈厚度都较薄,地壳厚度自东南沿海向西北内陆增厚,扬子克拉通的泊松比(波速比)低于华夏块体,表明扬子克拉通地壳较华夏块体更偏长英质。约北纬29°以北的扬子克拉通地幔转换带厚度明显增厚,可能是由地幔转换带底部停滞的冷的古太平洋板片或中生代克拉通碰撞残留造成的。层析成像结果显示华南上地幔具有很强的横向差异性,上地幔中的强烈低速异常体可能对应了晚中生代发生广泛岩浆作用时的岩浆房和岩浆通道。台湾下方的上地幔存在南北横向差异明显的高速异常,分别对应台湾南部向东俯冲的欧亚板块及台湾北部向北俯冲的菲律宾海板块。俯冲的欧亚板块在台湾南部是连续的,而在台湾中北部,由于与菲律宾海板块的相互作用,俯冲的欧亚板块被折断。剪切波分裂结果显示,以江绍断裂为界,华夏块体与扬子克拉通的岩石圈地幔各向异性存在明显的横向变化,表明两者的构造演化过程有显著差异。     

渝东南下古生界页岩构造裂缝形成及分布控制因素

天然裂缝对页岩气储集和渗流有重要影响,但目前对页岩构造裂缝研究不够深入。本文通过露头、岩心裂缝观察和分析,探讨了渝东南下古生界页岩构造裂缝类型、形成机理及分布控制因素。基于裂缝特征及力学成因,将剪切裂缝分为高角度剪切裂缝、倾斜滑脱裂缝和水平滑脱裂缝。倾斜滑脱裂缝是在上覆岩层重力和水平构造应力共同作用下沿应力集中的软弱面发生剪切滑动形成,水平滑脱裂缝是在构造挤压应力作用条件下主要沿页理面方向的剪切或层间滑动形成;页理发育程度及岩层曲率是控制水平滑脱裂缝形成的关键因素,岩石矿物组成、构造作用及岩层厚度是控制其它类型构造裂缝形成和分布的主要因素,页岩岩石力学层的划分需要根据裂缝特征、岩性变化特征、岩石力学参数及沉积界面等综合确定,岩层厚度与层间构造裂缝密度呈负相关关系。     

我国砂岩型铀矿分带特征研究现状及存在问题

作为一种重要的国家战略资源,砂岩型铀矿床是当今世界上最重要的铀矿床类型之一。本文详细地介绍了砂岩型铀矿在国内外的分布特征及占比情况,并对外生地质作用矿床类型中表生流体作用形成的层间渗透砂岩型和潜水渗透砂岩型铀矿床进行了讨论,发现层间渗透砂岩型铀矿床在外表颜色、矿物组合以及地球化学等方面均具有明显的氧化-还原分带现象,此外,矿床内部还具有细菌分带现象。颜色分带在氧化带、氧化-还原过渡带以及还原带之间具有明显不同的特征;矿物组合在不同分带之间各不相同;地球化学分带表现为U、TOC含量以及Fe~(2+)/Fe~(3+)、Th/U比值在各分带之间差异较大。此外,硫酸盐还原菌、硫杆菌、铁细菌及硝化菌等细菌在不同分带之间的数量相差悬殊,而且硫酸盐还原菌数量与TOC呈明显正相关性。通过矿化带内的碳、硫同位素分析,发现硫酸盐还原菌参与了成矿过程,推测其可能是导致碳、硫同位素分馏的主要因素。总体来看,颜色分带、矿物分带、地球化学分带以及细菌分带均与氧化-还原分带呈耦合关系。本文通过总结层间渗透砂岩型和潜水渗透砂岩型铀矿床的成矿模式和当前分带研究中存在的问题,提出了由细菌、地球化学反应参与的砂岩型铀矿床成矿机理,以及未来亟需解决的若干关键科学问题。典型砂岩型铀矿床的分带现象在物、化、探、遥等领域的异常响应对寻找砂岩型铀矿床具有重要的指导意义。     

钱塘江冲海积粉土渗透破坏试验研究EI北大核心CSCD

钱塘江冲海积粉土以砂质粉土为主,呈'高粉性、低黏性'的地区特点,在地下水动水压力作用下极易产生渗透破坏。粉土是介于砂性土和黏性土之间的一种过渡类型土,工程性质既与砂性土不同又与黏性土有较大区别。采用自行研制的粉土抗渗强度测定设备,对钱塘江冲海积粉土5种典型样本和微层理原状样本进行了渗透稳定试验。结果表明,钱塘江冲海积粉土渗透稳定性差,抗渗强度低;砂质粉土临界水力比降icr为1.011.25,破坏形式为局部流土,从临界水力比降icr发展到破坏比降iF的过程是瞬间的,基坑开挖遇到该类土层极易产生渗透破坏;黏质粉土临界水力比降icr随黏粒含量增加而增加,从临界水力比降icr发展到破坏比降iF有个短暂的过程,是整体流土破坏;钱塘江冲海积粉土渗透稳定各向异性;渗流垂直微层理方向的临界水力比降icr最大,是渗流沿微层理方向icr的2.5倍左右。研究结果为粉土地基渗透破坏防治提供参考。     

巴西劈裂法在层状岩体抗拉强度测试中的分析与讨论EI北大核心CSCD

为分析巴西圆盘劈裂法在层状岩体抗拉强度试验中的适用性,在以往层状岩体巴西圆盘劈裂试验成果分析基础上,选取层理砂岩为试验对象,设计并进行了考虑不同层理角度的砂岩巴西圆盘劈裂试验。分析结果表明,(1)层状岩体抗拉强度的各向异性特点非常明显,层理角度对各种层状岩体的劈裂抗拉强度的影响规律是基本类似的,只是影响程度不一样;(2)不同层理角度圆盘试样的破裂面形状差别较大,其破坏模式可以归纳为直线型、折线型和弧形型;(3)当层理角度0°<β<90°时,破裂面的发展规律不能严格满足巴西圆盘劈裂试验力学理论模型的假定,采用式(1)计算得到的劈裂抗拉强度只能是一个近似的值;(4)当圆盘试样加载线两侧的岩石材料、层理结构对称分布时,加载时圆盘内的应力分布可以较好地满足其理论计算模型,其试验结果比较准确。研究成果可为层状岩体抗拉强度的准确测定提供较好的参考。     

沉积盆地铀-油(气)共生机理

产于含油(气)盆地中的地浸砂岩型铀矿床与油(气)关系密切,在空间上常与油(气)藏呈共生关系。文章认为其成矿条件和控矿因素相似,并且具有成因联系是二者共生的主要原因。砂岩型铀矿和油(气)藏具有相似的成矿大地构造背景、岩相古地理条件、容矿地层、岩性圈闭、构造控矿条件和有机质基础;在成因上油(气)中的不同组分及其次生矿物对铀有重要的吸附和还原作用,是铀沉淀富集的重要因素之一,铀等放射性元素的存在也有利于油气的生成。由于成矿机理的差异性,砂岩型铀矿与油(气)藏属于异体共生矿床,二者的产出位置并不完全重叠,砂岩型铀矿的产出位置往往更靠近盆缘,且在油(气)储层上方,或以单一矿种产出。     

受载原煤中瓦斯的扩散规律

为研究受载原煤中瓦斯的扩散规律,以原煤煤样为实验对象,利用自主研发的含瓦斯煤热流固耦合实验系统,在恒温的三轴加载条件下,进行了加载-吸附-解吸-再加载直至煤样破坏过程中的瓦斯解吸实验。研究结果表明,受载原煤的解吸量随时间变化规律符合颗粒煤瓦斯解吸的数学模型;在恒温恒围压下,随轴压的增大,受载原煤瓦斯的解吸量呈下降趋势;当轴压大于峰值强度后,瓦斯解吸量随轴压迅速增大;受载原煤煤样压密、线弹性阶段瓦斯解吸-运移速度随应力增大而线性减小;当煤样处于屈服阶段和峰值破坏阶段瓦斯解吸-运移速度随应力增大呈指数式增长。研究成果对瓦斯抽采,瓦斯突出机理研究有一定的理论价值。      

镇雄赵家沟滑坡特征及基于坡体结构的失稳机理研究

2013年1月11日云南省镇雄县发生特大山体滑坡灾害,造成赵家沟村民小组46人遇难和严重经济损失。基于数次滑坡现场调查和勘查所获得的基础数据,本文对滑坡特征及变形失稳机理进行了较系统的研究。（1）滑坡发育在崩坡积体中,坡体自后缘向前缘具有黏粒含量、密实度增加而孔隙度、透水性减小的特点;（2）滑坡后缘为飞仙关组强风化粉砂岩与崩坡积体的接触界面,滑动带为崩坡积体内含砾粉质黏土坡积层;（3）滑坡发生前,坡体后缘已发育张拉裂缝,前缘已发生小型鼓胀破坏,属典型蠕滑-拉裂变形破坏模式;（4）滑坡具有分块先后滑动特点,左、右及后缘边界坡体在主滑体后发生滑动,滑移过程中也存在分区现象;（5）滑带土为低液限含砾黏性土,呈液化流塑状态,抗剪强度低;（6）启程高速是斜坡应变能长期积累、瞬间释放的结果,滑程高速与滑坡体冲击液化有关,部分滑体存在临空飞行现象。建议加强滑源区两侧裂缝的变形监测和乌蒙山区类似坡体的灾害预警。     

水-应力作用下软岩破坏面倾角的概率分析

破坏面倾角,即破裂面与最大主应力夹角,是进行岩体工程加固设计的重要依据,也是工程安全预警的基础。岩体赋存于自然环境中,其破坏面倾角受应力、结构面和水等条件的影响,这样,使得水-应力作用下其破坏面的倾角本身带有一定的不确定性,特别是对于软弱岩体。通常用Mohr-coulomb强度准则得到的破坏面倾角为45°+φ/2,是一个定值;实际上岩石破坏面倾角非定值,而是存在一个范围。因而有必要研究在水-应力作用下岩石破坏面倾角问题。本文针对华南红层典型软岩-粉砂质泥岩在水-应力作用下的破坏问题,首先从概率分析角度,利用岩石微裂隙的破坏概率分布函数,得到软岩破坏面倾角表达式;并利用TAW-100水-应力耦合岩石细观力学伺服三轴试验系统开展软岩在水同时作为赋存环境和围压时的三轴压缩试验,得到其在0和1MPa围压时破坏面倾角范围为50.3°~80.2°;将该破坏面倾角和Mohr-Coulomb强度准则得到的破坏面倾角值与实验结果进行对比,发现本文所建立的破坏概率方法与实验结果更为接近,表明本文方法有较好的合理可靠性。     

四川盆地焦石坝区块深部页岩力学特性试验研究

为深入研究不同埋深页岩储层的力学性质,对四川盆地焦石坝区块五峰-龙马溪组平行层理取心试样进行单轴压缩试验,总结了取样区段页岩试样的力学特性、强度规律以及破坏特征。实验及分析结果表明:该区块页岩呈现典型的脆性破坏特征,破坏形式以劈裂破坏为主、伴随部分或局部剪切破坏,并细分5种单轴压缩条件下的基本破坏形式;页岩抗压强度随埋深增加整体上呈现出两端低中间高的现象;随取心角度的增大,变形参数和抗压强度总体上均呈现出先增大后减小的趋势;对比分析了页岩试样力学参数的横向和纵向异性度,弹性模量和泊松比的横向及纵向异性度均在1.50附近,抗压强度的异性度显著高于弹性模量和泊松比的异性度;层理的影响是导致页岩强度及破坏方式差异性的主要原因之一,层理面在一定程度可以决定岩体的强度及破坏方式;水力压裂过程中,横向异性度大的层理面首先被打开,导致压裂通道沿层理面扩展,难以形成复杂裂缝网络,达不到理想的压裂效果,在施工过程中要避免此类层理面被打开。