鞍山地区东鞍山花岗岩年代学、地球化学特征及成因研究

鞍山地区位于华北地台东北部辽宁省,区内保留有3.8~2.5Ga连续的地质记录。对位于鞍山市南侧的东鞍山花岗岩进行了SHRIMP锆石U-Pb同位素分析、白云母Ar-Ar同位素分析及岩石地球化学分析。SHRIMP测年结果为3004±7Ma,代表岩石的形成年龄,Ar-Ar测年结果为2545±16Ma,代表岩石受到构造热事件扰动的时间。岩体地化特征为富硅(Si O2=72.95%~75.37%,平均值为74.18%)、富碱(K2O+Na2O=7.05%~8.45%)、富铝(Al2O3=12.95%~15.44%),低钙(Ca O=0.13%~0.66%)。在稀土元素配分图上,曲线呈明显的右倾趋势,且有较明显的负Eu异常,重稀土分馏不明显。在微量元素洋中脊玄武岩标准化蛛网图上可以看出,东鞍山花岗岩强烈亏损Nb、P、Sr、Ti,富集大离子亲石元素Rb、K、Nd和高场强元素Th、U。岩石地球化学特征表明东鞍山花岗岩岩浆来源为壳源,残留相可能由石榴石+辉石+角闪石+斜长石组成。将鞍山-本溪地区3个3.0Ga花岗岩(东鞍山花岗岩岩体、铁架山二长花岗岩岩体以及弓长岭片麻状花岗岩)的地球化学数据进行对比,发现三者的地球化学存在较大差异,为三个独立的岩体。三个岩体最初可能发育在一个陆块之上,然后在25.5亿年左右分离开来,最后在25亿年左右再次拼贴到一起。     

基于PFC2D岩石颗粒破碎强度和能量的分形模型

颗粒的破碎强度随着粒径的增大而减小,即颗粒破碎的尺寸效应,分形模型为解释固体颗粒破碎的尺寸效应提供了可行的方法。根据岩石颗粒破碎时的分形特征,采用Sammis破碎准则,通过模拟分析得出岩石颗粒破碎能量和强度的分形模型,建立和验证用分维D来表示岩石颗粒破碎的能量和强度准则,得出并验证了岩石颗粒破碎分维的确定方法。利用离散元软件PFC2D的黏结颗粒模型BPM（Bonded Particle Model）模拟了小孔隙率n=0.12和大孔隙率n=0.3,即密实和松散两种情况。其中小孔隙率采用在模型上添加小颗粒的新方法,分别做了400组粒径不等的数值模拟试验,从粒径与破碎强度、破碎能量之间的关系和应力-应变曲线3个方面进行了统计,验证了岩石颗粒破碎强度与分维D的理论关系为σ_f∝dD-3,并得出颗粒破碎时的能量和与分维D之间的关系为E_f∝dD-1。验证了分形理论在分析颗粒破碎的尺寸效应中的较好应用,为确定岩石颗粒的破碎强度和岩石堆砌体剪切强度提供新的方法和参考意见。     

山区平缓采动斜坡裂缝成因机制研究

西南山区采动斜坡多具有高陡临空地形、“上硬下软”坡体结构、岩层平缓、陡倾节理面发育、开采活动强烈等特点,往往发育与采空区边界对应的宽大裂缝,未见明显的移动盆地,形成机制复杂。本文以贵州都匀市接娘坪变形体为例,通过数值模拟分析了采动斜坡裂缝成因机制。研究结果表明,受坡体内煤层采空及高陡临空地形影响,斜坡覆岩沿陡倾节理开裂并一直向上延伸到地表,随着重复采动的进行,裂缝开裂程度增大,有向临空面倾倒破坏的趋势,斜坡未形成明显的沉陷盆地。斜坡裂缝形成演化过程包括开采扰动-坡顶拉裂-裂缝加剧等3个阶段,斜坡在多煤层重复采动条件下裂缝变形经历4个阶段,即初始变形阶段、缓慢变形阶段、急剧变形阶段、稳定变形阶段。     

卸荷诱发巷道模型岩爆的发生机理实验研究

以“巷道-围岩”系统为研究对象,以水平应力卸荷操作模拟工程现场的巷道周边矿岩开挖卸荷作用,再现了巷道卸荷岩爆。实验结果指出,巷道卸荷岩爆经历了“平静期→小颗粒弹射→片状剥离→片状剥落”的演化过程,在巷道内壁产生“岩爆→应力调整→应力调整失败→再次岩爆”的多次岩爆过程,最终形成“V”字型岩爆坑。卸荷条件下,不同水平应力的巷道模型岩爆将产生不同的破坏,形成了不同的破裂面。理论推导得出卸荷前巷道围岩的应力分布规律,运用修正Griffith破坏准则,计算了不同水平应力（8.9MPa、13.3MPa、17.8MPa）卸荷后巷道围岩发生岩爆破坏的竖向起裂应力,构建了巷道边壁“V”字型岩爆坑的计算模型。研究得出水平应力存在一个影响竖向承载能力的应力点（13.3MPa）,当水平应力小于13.3MPa时,水平应力与竖向起裂应力呈正相关;当水平应力大于13.3MPa时,水平应力与竖向起裂应力呈负相关。对左右边壁应变能累积区域的信息进行量化处理,得出相较8.9MPa和17.8MPa,水平应力为13.3MPa的左右边帮应变能集中区域的累积能量最大,集中区域与边壁的距离最短。     

地震荷载作用下岩石边坡的抗倾覆稳定性分析及可靠度研究

在地震多发地区,地震荷载对岩石边坡的稳定性影响显著。因此,在边坡抗震设计中,准确有效地评估其稳定性显得非常重要。安全系数法未考虑地震荷载等影响因素的不确定性,因此具有一定的局限性。本文在考虑到破坏面出流缝未堵塞和被堵塞两种情况下,利用拟动力方法计算了岩石边坡抗倾覆稳定性安全系数。在此基础上,考虑到地震荷载、坡顶超载及张裂缝内水位深度的变异性,对岩石边坡的抗倾覆稳定性进行了可靠度分析。研究发现,当破坏面出流缝被堵塞时,岩石边坡的抗倾覆稳定性急剧降低。此外,地震荷载等因素的变异性对岩石边坡的抗倾覆稳定性有着显著的影响。因此,同时利用安全系数及可靠度指标来评估岩石边坡的稳定性,且适当地考虑岩体放大系数,有利于岩石边坡抗震设计的安全性。     

甘肃南祁连余石山地区变粒岩原岩恢复

余石山地区位于南祁连西南端,处在祁连—柴达木—阿尔金地块的交汇部位,构造复杂。长城纪熬油沟组中的变粒岩,由于变质程度较深,以及后期构造的影响,原岩的特征难以辨别。本文通过岩石地球化学方法,对该区变粒岩及其原岩进行了研究,结果显示其原岩为中酸性岩浆岩,结合高场强元素特征和高的碱含量,确定其原岩为正长岩类。     

黑河新生地区中侏罗世花岗质岩石锆石U-Pb年龄、地球化学特征及岩石成因

黑河新生地区西古兰河以北二长花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果表明,其形成时代为中侏罗世((163.8±1)Ma)。这些中侏罗世二长花岗岩属于弱过铝质高钾钙碱性系列的Ⅰ型花岗岩,明显富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Th)和亏损高场强元素(Zr、Hf、Nb、Ta),元素Sr具有明显的负异常,表明其原始岩浆起源于地壳火成岩的部分熔融。结合区域资料同时代火成岩的组合特征和古太平洋板块的构造演化,认为该二长花岗岩形成于活动大陆边缘,而其形成的地球动力学背景可能为古太平洋板块向欧亚板块俯冲造山后的伸展环境。     

大兴安岭北部新林石英二长岩-花岗岩的地球化学特征及其成因

对额尔古纳地块东南部新林镇附近的侵入岩进行了锆石U-Pb年龄测定、Lu-Hf同位素和岩石地球化学研究。结果表明,岩体形成于141.1~123.8 Ma,是早白垩世岩浆活动的产物。新林石英二长岩-花岗岩高硅较富铝贫镁,属于准铝质、高钾钙碱性系列;具有中等-弱负Eu异常(δEu=0.53~0.72),轻重稀土分异比较明显[(La/Yb)_N=12.42~25.38];相对富集大离子亲石元素Rb、Th、U和LREE,高场强元素Ti、Nb、Ta、P和HREE表现出亏损。新林石英二长岩-花岗岩具有高Sr、低Yb及低Y的特征,且相对富K,属于C型埃达克岩,形成于加厚下地壳的部分熔融。Lu-Hf同位素研究显示其ε_(Hf)(t)为2.1~6.2,二阶段模式年龄(T_(DM2))为1025~786 Ma,认为其岩浆源区为新元古代增生的地壳物质。     

大兴安岭北部额尔古纳地区塔木兰沟组火山岩岩石地球化学特征及成因

额尔古纳地区塔木兰沟组火山岩的岩石地球化学成分显示其以粗安岩为主,少量安山岩和玄武安山岩。该组火山岩SiO_2含量为53.47%~58.50%,全碱含量为[w(K_2O+Na_2O)]4.27%~7.68%,w(MgO)=1.76%~4.03%,Mg~#=0.34~0.51;微量元素分析表明,稀土元素配分模式呈轻稀土富集右倾型,轻重稀土元素分馏较强[(La/Yb)_N=16.35~33.73],富集Rb、Ba、K、Sr等大离子亲石元素(LILE),亏损Nb、Ta等高场强元素(HFSE),Eu负异常不明显(δEu=0.89~0.92)。地球化学等特征表明塔木兰沟组火山岩未经受明显的地壳物质混染,岩浆来源于俯冲流体交代形成的富集岩石圈地幔,经历了以分离结晶作用为主导的演化过程。综合研究认为,额尔古纳地区塔木兰沟组火山岩形成于岩石圈伸展构造环境,与蒙古—鄂霍茨克洋闭合后的后造山伸展体制有关。     

浙江天目山超单元的地球化学特征及其成因机制探讨

通过详细的野外地质填图和岩石地球化学研究,发现分布在皖浙两省交界处的天目山一带的石英二长闪长岩、石英二长斑岩、石英正长(斑)岩体不仅在空间上相伴,且岩石化学、地球化学特征相近,又都与燕山期黄尖旋回的火山岩密切共生,亲缘关系较密切,将其归并为天目山超单元。该超单元为高钾钙碱性—钾玄岩系列,地球化学特点表明岩浆由造山带的山根或者加厚的双倍陆壳的下部熔融产生,为同源岩浆成分与结构演化序列,其侵位机制不仅受区域构造控制,而且还受火山机构制约,以被动式就位为主,少数可能兼有主动就位机制。