基于断裂及高温损伤的岩石蠕变模型研究

为了反映热-力耦合作用下岩石蠕变变形的全过程,依据断裂力学原理提出了岩石裂纹扩展的临界损伤应力和一个新的可描述岩石在稳态蠕变阶段与临界损伤应力相关的非线性黏性分量,在传统西原模型和Burgers模型的基础上,将指数形式的损伤变量、临界损伤应力以及与其有关的非线性黏性分量引入到流变微分方程,通过叠加原理推导了考虑温度效应的单轴和三轴压缩条件下岩石的流变本构关系,建立了岩石的热-力耦合损伤蠕变本构模型。利用不同温度、不同应力条件下花岗岩的三轴蠕变试验曲线和本文蠕变模型的计算曲线进行比较,结果表明本文蠕变模型能够较好地模拟岩石在初始瞬态、稳态和加速蠕变阶段全过程的变形规律,验证了所建模型的有效性和合理性。该模型为分析高温、高应力环境下岩石工程的长期变形和稳定情况提供了理论依据。     

水中丝爆等离子体破岩机理研究

在隧道开挖、矿山开采等基础工程建设中,岩石爆破技术发挥着重要作用。等离子体碎岩技术具有无污染,破碎过程中无飞石、无有害气体的产生,使用方便,作业效率高,是替代炸药碎岩的最有效可行的方法。本文研究了水中丝爆产生等离子体破碎岩石的机理,分析了高电压脉冲放电过程中的铜丝融化过程,建立了铜丝在各阶段变化的电阻模型,利用MATLAB对不同阶段放电电路的电流进行了数值仿真分析,并与实验得到的电流波形进行对比。研究发现,电流波形,上升沿时间越短,脉冲放电效果越好。铜丝变化产生等离子体的过程中,等离子体通道具有一定的电阻性。实验数据结果与模型数值计算结果基本相符。     

赣南铅厂岩体锆石U-Pb年代学与地球化学特征

本文报道了江西省赣州市铅厂闪长质岩体的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄、全岩主量元素和微量元素地球化学特征资料,以确定其形成时代、源区性质、岩石成因及其地质意义。闪长岩中的锆石均呈半自形-自形晶,震荡环带发育,Th/U比值=0.69～1.17,指示其岩浆成因。对岩浆锆石的定年结果显示,铅厂闪长岩形成于(463.5±5.0)Ma。铅厂闪长岩SiO_2含量介于54%～56%之间,显示高钾(K_2ONa_2O)的特征,里特曼指数介于2.28～2.55之间小于3.3,A/CNK平均值为0.69,属于高钾钙碱性偏铝质系列岩石。铅厂岩体稀土总量均值为182.04×10~(-6)。该区闪长岩富集轻稀土元素(LREEs)和大离子亲石元素(LILEs),亏损重稀土元素(HREEs)和高场强元素(HFSEs),样品具微弱铕负异常(dEu=0.71～0.75),表明其源区有斜长石的残留。岩体相对亏损高场强元素(Nb,Ta和Ti),显著富集大离子亲石元素(Pb和K),岩石地球化学分析表明,赣南铅厂闪长岩的岩浆源区可能受俯冲流体交代作用的地幔楔,其形成应与大洋板片俯冲有关,形成于活动大陆边缘环境。     

考虑不同影响因素的砂岩损伤特征及其卸荷破坏细观特性研究

实际赋存环境中损伤岩体普遍存在,选取典型砂岩进行蠕变、饱水损伤模拟,进行不同影响因素作用下的岩样损伤变量分析计算,并进行不同影响因素作用下的损伤砂岩卸荷破坏试验,利用ST400型三维表面形貌仪对损伤砂岩卸荷破坏表面进行形貌特征参数对比分析,探讨蠕变、饱水损伤对卸荷破坏面形貌变化影响机制。通过损伤变量分析表明:弹性模量法能较好地反映不同影响因素作用下的岩样损伤程度;而超声波检测法对水敏感性强,不能准确描述蠕变劣化岩样饱水后的损伤程度。不同损伤程度试样卸荷破坏面形貌高度特征参数及分形参数分析表明:蠕变、饱水损伤增加了破坏面的整体粗糙程度,使破坏面形貌的离散性和波动性较大;蠕变、饱水损伤导致试样破坏面形貌平整度较低、各向异性显著,且分形维数随着试样由负损伤向正损伤转化出现先减小后增大的趋势;对比分析两组试样可知,蠕变损伤后的饱水作用对试样破坏面形貌特征影响不显著,蠕变损伤仍起控制作用。     

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。     

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。     

川西地区热达门石英闪长岩锆石U-Pb年龄和岩石地球化学特征:岩石成因与构造意义

川西地区热达门石英闪长岩体位于松潘-甘孜造山带北东侧。岩体的LA-ICP MS锆石U-Pb年龄为(206.4±1.4)Ma,侵位于晚三叠世。岩石Si O2含量为50.62%~56.66%,K2O/Na2O为0.32~1.20。铝饱和指数介于0.59~0.86之间,里特曼指数(σ)介于0.40~1.20之间,属于亚碱性准铝质系列岩石。岩体稀土总量∑REE介于81.45×10-6~222.39×10-6,LREE/HREE介于5.38~10.45之间,(La/Yb)N范围为5.98~12.99,δEu为0.66~1.01,δCe为0.81~0.93。岩石地球化学特征显示热达门岩石英闪长岩是在碰撞造山环境下,由岩浆上涌诱发下地壳物质部分熔融而形成的I型花岗岩。     

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。     

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。     

华北新构造：印欧碰撞远场效应与太平洋俯冲地幔上涌之间的相互作用

作为大陆内部典型的伸展断陷区和强震活动区,华北地区处于东部太平洋板块俯冲构造和西部印欧大陆碰撞构造的双重大地构造背景之下,其新构造运动相当复杂:西部沿鄂尔多斯地块周缘两个地堑盆地系引张伸展断陷作用、中部太行山块体的局部断陷和整体隆升、东部华北平原区和渤海湾海域区的区域沉降,南缘沿秦岭构造带的左旋走滑拉张活动,东缘沿郯庐断裂带的右旋挤压走滑活动。这些不同类型的断裂构造在晚新生代的阶段性活动,产生了复杂的构造地貌组合特征。综合研究发现,华北晚新生代经历了3期伸展断陷-挤压隆升演化阶段:新近纪晚期(10～2.5 Ma)、早中更新世和晚更新世以来。地壳引张应力方向或NW-SE、或NE-SW向;地块隆升导致湖盆的消亡,挤压应力方向为NE-SW至W-E向。研究认为,华北地区新构造受两个岩石圈构造过程的相互影响:印欧碰撞产生的远程效应和东部岩石圈地幔的上涌。一方面,青藏高原东北缘地块的持续推挤及其构造应力向东的传递导致鄂尔多斯地块反时针旋转和秦岭山地的向东挤出逃逸,这个挤出构造动力学统治了华北地区晚新生代的引张伸展、斜张走滑和挤压变形。尤其是,新近纪晚期强烈的NW-SE向地壳伸展变形与青藏东缘挤出造山作用同步(10～9 Ma至4.2 Ma);上新世末期(约2.5 Ma)、晚更新世早期(约200～70 ka)和晚更新世晚期—全新世(约20 ka以来)3次构造挤压事件与青藏高原东缘构造事件基本对应。另一方面,岩石圈地幔上涌主导了华北东部平原区的区域地壳沉降,同时伴随着早、中更新世的5期幔源火山活动。这两个岩石圈构造作用力此消彼长,深刻统治着华北地区新构造与现今活动构造以及地震构造。