基于3D雕刻技术的岩体结构面剪切各向异性研究

相同形貌结构面重复性剪切试验和各向异性剪切试验一直是岩体结构面剪切力学特性试验研究中的难点,而该问题对于工程岩体的开挖力学响应和稳定性分析、评价与控制至关重要,问题的关键在于同一种岩石的结构面形貌的再现。为此,基于3D扫描和3D雕刻技术,重复制备了3种不同粗糙度的大理岩结构面试样,开展了不同法向应力下相同形貌结构面的各向异性剪切试验。试验结果发现：（1）同一法向应力、不同剪切方向下,相同形貌结构面的剪切强度、剪胀和剪切破坏特征均呈现明显各向异性;（2）结构面粗糙度各向异性很大程度上决定了剪切强度的各向异性,两者具有较好的正相关性;（3）随着法向应力的升高,结构面剪切特征的各向异性有逐渐弱化的趋势。同时,研究还充分表明,3D雕刻技术是系统开展结构面剪切力学特征各向异性研究的可靠手段,可在将来研究中发挥更为重要的作用。     

基于STA/LTA岩石破裂微震信号实时识别算法及工程应用

微震监测获取的数据中通常混有大量的非岩石破裂信号,该类信号目前主要通过人工经验进行识别与滤除,这消耗了大量的宝贵时间,严重影响灾害的防治和救援效率。对大量微震信号进行分析,发现STA/LTA算法在信号实时触发后能大致表征波形振幅和频率的变化,岩石破裂信号和非岩石破裂信号在延迟位置处R值具有差异性。基于此,提出了岩石破裂微震信号实时识别算法。新算法应用到白鹤滩水电站地下厂房、红透山和阿舍勒铜矿深部采场3个工程,岩石破裂事件识别的准确率分别是85.98%、92.45%和91.06%,非岩石破裂事件滤除的准确率分别是72.06%、83.11%和49.87%。该算法使基于岩石破裂微震信息的岩石工程灾害自动分析与预警成为可能,具有重要意义。     

红层软岩压缩破坏的分形特征与级联失效过程

基于不同围压条件下的红砂岩三轴压缩试验结果,采用数字图像相关技术对岩样外表面破坏形态进行全程观测,获得不同阶段岩样外表面破坏图像,分别对岩样破坏后阶段的图像进行分析。通过分形盒维数表征岩样外表面裂纹的变化情况,发现岩样破坏越严重,裂纹分形维数越高,且在最后破坏阶段裂纹分形维数出现突变,揭示岩样的破坏特征。引入级联失效数学模型,结合红层软岩内部的矿物成分与细观结构分布特点,概化出其结构的随机连接模型与破坏方式,分析红层软岩加载作用下的内部节点颗粒“容量-荷载”重分配原则以及节点颗粒失效后其初始荷载传递路径。结果表明,红层软岩在受载时为一个级联失效的分阶段破坏过程,级联因子通过级联路径不断传播、增多,级联失效越发明显,同时结合岩石破坏的变形损伤过程与其轴向应力-应变曲线分段特征,揭示该类岩石破坏的级联失效分级标准,为拓展该领域的研究具备一定的参考价值。     

单轴压缩与劈裂荷载下灰岩声发射b值特性研究

通过开展灰岩巴西劈裂和单轴压缩声发射试验,探讨两种加载方式下岩石破裂声发射b值特性及b值计算影响因素。结果表明,累积计算b值拟合度高,误差较小;步距为5 dB时不同门槛值下b值随时间变化的总体规律基本一致,选择5 dB的步距和40 dB的门槛值计算b值比较合理,能够降低非岩石破裂信号对b值变化的影响。由动态b值的波动程度可以看出,在劈裂荷载下灰岩损伤演化过程可分为3个阶段,即(0～40%)?c(?c为峰值强度)、(40%～90%)?c和(90%～100%)?c,而在单轴加载下可分为：(0～80%)?c和(80%～100%)?c两个阶段,且不同阶段岩石内部损伤的程度不同。在裂纹扩展阶段,相比单轴加载,劈裂荷载下动态b值增加较为稳定,但在整个破坏过程中劈裂荷载下动态b值波动更大,在单轴压缩和劈裂加载方式下b值的大小取决于灰岩破裂面上的结构性质及破裂模式。     

岩质滑坡−碎屑流的运动距离计算公式研究

滑坡?碎屑流的远程运动距离是碎屑流体所能够达到的最大堆积距离,是灾害预警和评估的重要指标。通过总结已有碎屑流运动距离研究成果,从岩体势能入手开展研究,并结合量纲分析,首先建立了运动距离与势能之间的基本方程。其后,采用4种颗粒材料开展岩质碎屑流滑槽试验,研究碎屑体体积V、滑移区坡度?、碎屑粒径d以及最大垂直运动距离H等对碎屑流运动距离L的影响,通过逐步拟合回归,建立了基于势能的岩质滑坡?碎屑流最大水平运动距离的计算公式。最后,采用汶川地震触发的38个岩质碎屑流以及17个其他典型岩质滑坡碎屑流数据对计算公式进行了验证,结果表明,考虑该运动距离计算公式具有较好的可靠性,能够为山区滑坡?碎屑流灾害预警工作提供理论指导。     

辽东桓仁西部古元古代侵入岩年代学及岩石地球化学

华北克拉通东部辽东地区出露古元古代侵入岩,为准确认识辽东地区古元古代构造演化过程,选取北沟岩体、正岔岩体和树柳林子岩体的岩相学、岩石地球化学及年代学特征,探讨了岩体的形成时代、岩石成因及其构造环境。锆石SHRIMP U-Pb年代学研究表明,柳林子岩体年龄为(2 490±8) Ma,北沟岩体年龄为(2 457±11) Ma。北沟岩体高硅富钾,富集Rb、U、Th、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ti、P等高场强元素,为过铝质高钾钙碱性I型花岗岩,Nb/Ta平均值5. 75,Rb/Nb平均值4. 21,源于太古宙古老地壳的部分熔融;正岔岩体高硅富钾,富集Rb、Ba、U、Th、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ti、P等高场强元素,为弱过铝质高钾钙碱性A型花岗岩,Nb/Ta平均值16. 06,Rb/Nb平均值4. 81,源区可能由幔源岩浆底侵带来的热量加热地壳,导致其重熔并与之混合后形成的。柳林子岩体为变质角闪辉长岩,呈亚碱性,富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ti、P等高场强元素,显示其岩浆可能形成于受陆壳微弱混染的软流圈地幔或岩石圈地幔。认为研究区古元古代侵入岩形成于东、西陆块碰撞拼合后的后造山挤压向板内伸展转换的构造环境,为构造体质转换的产物。     

鄂尔多斯盆地盐池-定边地区长7烃源岩有机地球化学特征及沉积环境研究

通过对鄂尔多斯盆地盐池-定边地区长7段烃源岩的分析,研究区长7段烃源岩有机碳平均含量为3.22%,生烃潜量均值为12.8 mg/g,氯仿沥青“A”均值为0.55%,可以划分为较好-好的烃源岩,具有良好的生烃潜力。利用有机岩石学分析、热解分析,并结合饱和烃生物标志物分析,发现研究区长7段烃源岩有机质类型以Ⅱ₁型和Ⅱ₂型为主,有机质以菌藻类生源为主,并伴有部分高等植物生源。烃源岩有机质成熟度R_o值介于0.42%~0.76%之间,并且热解T_max也主要集中在440~455 ℃之间,并且正构烷烃分布特征及甾、藿烷异构化参数说明烃源岩有机质处于低熟-成熟度阶段。根据饱和烃中甾藿烷参数、三环萜烷参数、伽马蜡烷指数、β-胡萝卜烷相对含量以及姥植比参数特征,研究区长7段烃源岩沉积环境为湖相淡水弱氧化-弱还原环境。     

喀拉昆仑火烧云一带早侏罗世双峰式火山岩的发现及意义

喀拉昆仑火烧云北火山岩发育在乔尔天山断裂附近,玄武岩体和安山岩体在时空上紧密伴生。主量元素测试结果显示,其中玄武岩和英安岩的Si O2含量分别为48.84%~52.44%和62.22%~65.63%,具有明显的Daly间断面,属于典型的双峰式火山岩。玄武岩Al2O3含量较低,MgO、Ca O、Ti O2含量较高,Sr、Ba、K等微量元素强烈亏损,高场强元素Ta、Nb、Ti、Zr无亏损。英安岩具有相对较高的Al2O3、Na2O、K2O含量,较低的MgO、Ca O、Ti O2含量;微量元素具富集大离子亲石元素(Rb、Th、U、K)、亏损高场强元素(Ta、Nb、Ti),显示典型岛弧环境特征。岩石地球化学特征表明二者同属钙碱系列,形成于弧后盆地,属同源演化,英安岩为玄武岩结晶分异的产物。通过对英安岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb方法测年,获得流纹岩形成年龄为(195.5±1.1)Ma,属于早侏罗世。通过对该区域构造演化进行分析讨论,认为乔尔天山一带盆地整体可能处于弧后盆地的发育阶段,盆地形成过程中岩石圈地幔未被拉断,没有洋壳形成。     

春风油田石炭系火山岩油气层综合判识研究

火山岩油气藏是一种特殊类型油气藏,受岩性、岩相、储集空间类型等因素影响较大。常规测井仅能对储层进行评价,录井仅能对岩性及油气显示进行评价。利用测录井资料无法快速判识油气层现状,制约了现场完井方式及试油方案的及时决策,并影响钻井周期、成本及对区块的潜力评价。通过岩心描述、镜下薄片储集空间及含油性观察,结合测井解释和试油结果,总结了春风油田石炭系火山岩油藏岩石类型及含油性特征;火山岩储集空间类型、影响因素、识别方法及物性有效性;孔隙、裂缝等储集空间有效性电性识别方法;建立了春风油田石炭系油气层综合判识准则。本次研究可快速对该区石炭系完钻探井进行油气层综合判识,指导现场完井方式决策,提高勘探效益。     

湖南省九龙山铅锌矿物化探异常综合分析与找矿前景

为进一步摸清九龙山地区区域化探异常与铅锌矿化之间的因果关系、成矿规律和控矿因素,投入1∶1万地质调查、土壤地球化学测量、岩石地球化学测量和激发极化法测量工作,通过综合分析,发现区内4个激电异常区与土壤异常形态相似,平面位置基本重叠吻合,且反映强烈。利用浅表槽探工程在异常中心处揭露到铅锌矿脉,长约760 m,平均厚度为1.40 m,铅平均含量为3.03%,锌平均含量为2.78%,说明九龙山勘查区成矿条件良好,矿产富集,未来深部找矿工作潜力较大。