土体龟裂力学机理及理论模型研究进展

土体龟裂是一种常见的自然现象,它对土体的物理力学性质有重要影响,是许多工程地质及环境地质问题的重要诱因。开展土体龟裂研究,探讨其形成机理并构建相应的理论模型,一直是本课题的研究重点和难点。根据近年来国内外围绕土体龟裂所取得的研究成果,着重对土体龟裂的力学机理及相关理论模型研究进展进行了归纳和总结,并依据各模型的理论基础及其特点进行了分类和评价,得到如下主要认识:学界关于龟裂的形成机理尚未有统一认识,主流观点认为龟裂是土体张拉破坏的一种表现形式,张拉应力和抗拉强度是控制龟裂形成的两个关键力学指标,但上述力学机理不能解释所有的土体龟裂现象。与土体龟裂相关的理论模型总体上可以分为4大类:（1）以断裂力学为理论基础的模型:代表性的有线弹性断裂力学模型、弹塑性断裂力学模型和基于线弹性断裂力学的有限元模型;（2）以张拉破坏为理论基础的模型:代表性的有线弹性力学模型、剪切破坏模型、弹性力学模型和黏性开裂模型;（3）以土体干缩变形过程为基础的含水率-体积变化模型;（4）以土体固结理论为基础的应力路径分析模型。在此基础上,进一步对各模型的适用条件及不足之处进行了评价。最后,笔者对该课题今后的研究重点和方向提出了建议,包括:蒸发过程中土体微观结构变化及微观力学分析;蒸发过程中孔隙水的迁移过程、分布特征及赋存状态研究;土体收缩研究;土体抗拉强度研究;裂隙发育宽度及深度预测理论模型研究;龟裂发育几何形态特征预测理论模型研究。     

珠江口盆地西部珠三坳陷珠江组沉积演化

为了加强珠三坳陷珠江组的油气勘探理论,笔者从层序格架、岩芯特征、有孔虫分布、岩石类型及岩性组合等方面,分析珠三坳陷及周缘珠江组三个层序的沉积特征及沉积演化规律:从S50--S60～S40--S41层序,岩芯特征呈现规律性变化,砂岩粒度减小、分选性增强,水动力条件从强-较强-弱转变;有孔虫丰度变化从零星中低值--连续中高值--连续中值,水深从浅-深-较深,神狐隆起从局部出露到完全沉没。古珠江三角洲及海南隆起—粤桂隆起物源三角洲是S50-S60及S41-S50层序的重点沉积体系。从S50-S60～S40-S41层序,古珠江三角洲规模从"大--中--小"依次演变,海南隆起—粤桂隆起物源三角洲呈"大-大-小/无"变化,浅海迅速扩张,仅半深海分布较稳定。     

东昆仑五龙沟金矿田控矿构造带的变形条件——来自EBSD组构的启示

五龙沟金矿田是东昆仑地区最重要的金矿集中区之一,金矿田主要控矿构造为偏脆性断裂破碎带,在三条控矿构造带中仅在萤石沟—红旗沟构造带邻近北侧的局部出露韧性变形带。本文作者运用电子背散射衍射技术(EBSD)技术方法,对东昆仑五龙沟金矿田萤石沟—红旗沟构造带变形岩石的组构分析显示,花岗质糜棱岩韧性变形强烈,大部分样品石英变形机制是以中温I级柱面(1010)1120滑移为主,变形式样比较单一;少量样品为中高温II级柱面(101—0)0001滑移和中低温底面(0001)112—0滑移。从岩石组构特点结合宏观构造分析,五龙沟金矿田萤石沟—红旗沟构造带及其邻近北侧经历了中-中深层次、中-中高温条件(15~25 km,t=350~550°C,P=0.40~0.60 Gpa)的韧性变形,局部叠加中浅层次、中低温条件(10~15 km,t=250~350°C,P=0.25~0.40 Gpa)的韧脆性变形;而岩金沟和三道梁—苦水泉构造带为低温低压条件的脆性破碎带。结合变形花岗闪长岩年代学资料,确定构造变形时代为早中生代。     

南秦岭小茅岭复式岩体地球化学特征及其构造意义

南秦岭北缘小茅岭复式岩体主要由宋家屋场基性辉绿(辉长)岩,迷魂阵、磨沟峡和叶家湾中性-偏酸性闪长岩组成,形成于新元古代早期870~840 Ma。岩石地球化学研究显示,宋家屋场基性岩属亚碱性系列岩石,富集轻稀土元素及大离子亲石元素,Nb、Ta、Ti、P等具有弱的负异常,Zr、Hf等高场强元素的含量较高,Zr/Y、Ta/Yb比值较高,Zr/Nb比值较低,与岛弧玄武岩的地球化学特征相似,在构造环境判别图解中投于火山弧岩石区域,一些元素的富集特征可能来源于受俯冲块体流体交代的岩石圈地幔。迷魂阵、磨沟峡及叶家湾闪长岩体均属准铝质亚碱性系列岩石,具有岛弧火成岩的地球化学特征。Sr-Nd-Hf同位素地球化学分析显示,宋家屋场岩体主要来自亏损地幔源区,磨沟峡和叶家湾岩体主要为新生基性下地壳的部分熔融,而迷魂阵岩体主要为古老地壳物质的部分熔融。上述特征表明小茅岭复式岩体各组成部分可能形成于870~840 Ma俯冲相关的岛弧构造背景,俯冲块体脱水形成的流体交代上覆地幔楔,这种地幔部分熔融形成了宋家屋场角闪辉绿(辉长)岩,由于基性岩浆的加热,诱发新生基性下地壳及原古老地壳物质部分熔融,岩浆上升、侵位,形成磨沟峡、叶家湾及迷魂阵岩体。结合陡岭地区~850–780 Ma变质作用及岩浆事件相关报导,在南秦岭北缘小茅岭—陡岭隆起带上,新元古代早期存在一期构造-岩浆-变质事件,该事件的区域大地构造属性则有待进一步研究。     

大兴安岭十八站—韩家园地区晚中生代火山岩年龄、地球化学特征及其构造意义

大兴安岭十八站—韩家园地区发育晚中生代基性-中酸性火山岩。选取粗面安山岩、粗面岩、流纹岩进行年代学和岩石地球化学研究。粗面安山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为125.2±0.9 Ma,为早白垩世火山作用的产物。岩石地球化学特征表明,中酸性火山岩属于高钾钙碱性-钾玄岩系列。岩石稀土元素总量∑REE=121.42×10~(-6)~154.43×10~(-6),轻、重稀土元素分异明显(La/Yb)_N=19.25~31.98,在稀土元素配分图上显示右倾型,除一个流纹岩样品具显著负Eu异常外,多数样品无明显Eu负异常(δEu=0.45~0.90)。岩石具弱富集大离子亲石元素Ba、Sr,明显亏损高场强元素Nb、Ta、Ti的特征。结合区域资料,认为十八站—韩家园地区早白垩世中酸性火山岩形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合机制下后碰撞伸展背景。粗面安山岩、粗面岩和流纹岩系同源岩浆部分熔融与结晶分异作用的结果,岩浆来源于受俯冲流体交代的富集岩石圈地幔。     

基于滚刀破岩特性的岩石顶管迎面阻力计算模型

顶进力是顶管工程设计和施工中最重要的参数之一, 顶进力计算的精确性将直接影响顶管的工程的成败。随着顶管施工工艺越来越多的应用于岩石地层, 但鲜有关于岩石地层中顶管顶进力的计算模型。为了更加准确地计算岩石地层中的迎面阻力, 假设掌子面稳定, 通过分析岩石顶管机刀盘滚刀破岩机理、受力模型和影响规律, 在此基础上推导出岩石地层顶管迎面阻力计算公式。结果表明: 岩石顶管中, 岩石抗压强度和抗剪强度以及顶管机滚刀切入深度直接决定了迎面阻力的大小, 实测迎面阻力除个别点在计算值上下限以外, 其余与公式预测值相一致, 证明其具有适用性。      

拉梅参数直接反演方法在东海N构造致密储层烃类检测中的应用

东海N构造主要目的层为强水动力环境下发育的三角洲平原分流河道砂体。平面砂层分布不连续,横向非均质性强。受埋深压实和成岩作用等影响,储层呈低孔渗特征,岩石物理规律叠置严重。此外,深部地震数据存在缺乏大角度入射信息等问题,落实研究区致密储层流体分布范围对于勘探开发设计部署具有重要意义。本文引入一种基于拉梅参数直接反演的地震流体描述方法,通过实测井数据的岩石物理定性和定量判析,优选流体敏感参数,进而结合拉梅参数的两项AVO模型参数化方程,从叠前道集中分别提取拉梅参数的AVO属性体。然后利用有色反演技术直接提取流体敏感弹性信息,以指导地震流体描述。实例应用表明,该方法的烃检结果与测井解释成果匹配度高,能够有效刻画研究区致密储层流体展布规律,可为新领域油气资源发现提供重要技术支撑。      

辽宁五龙地区中生代火成岩成因及其找矿意义

辽宁五龙金矿是辽东地区大型岩浆热液型矿床之一,成矿作用主要与中生代火成岩有关,为了进一步理清五龙地区中生代火成岩成因,本文对五龙金矿区大量花岗斑岩脉、闪长岩脉、三股流岩体和其中的各类脉岩进行了单颗粒锆石LA-ICPMS U-Pb测年和岩石主、微量元素地球化学研究。结果表明,五龙地区岩浆岩形成时代主要有晚侏罗世和早白垩世,矿区内近南北向展布的花岗斑岩脉形成于晚侏罗世（154.3±0.9~155.6±1.1 Ma）,指示矿区在晚侏罗世受到区域最大主应力方向为近南北向;三股流岩体成岩最新年龄（116.8±0.8~117.3±0.7 Ma）基本位于前人报道的年龄范围（111~129 Ma）;地球化学数据表明各类岩浆岩属于高钾钙碱性—钾玄岩系列,具有相同源区特征,形成于活动大陆边缘俯冲伸展环境下的弧岩浆,并且具有壳幔混合及进一步演化特征;结合不同深度标高成矿元素丰度特征,指示闪长岩与成矿作用密切相关,并且越往深部成矿潜力越大,对该地区找矿预测具有重要指导意义。     

河北承德大庙地区元古代的晚期辉长—苏长岩的岩石特征及其成因

河北承德的大庙斜长岩杂岩体是我国著名的岩体型斜长岩杂岩体,其苏长岩可分为两种类型,即早期苏长岩和晚期辉长—苏长岩。早期苏长岩已发生钠长绿帘角闪岩相变质;晚期辉长—苏长岩变质程度较弱,含有斜长石、斜方辉石和单斜辉石巨晶,主要呈岩墙、岩脉或小岩体侵入于斜长岩杂岩体中,与铁磷矿紧密相关。研究表明:晚期辉长—苏长岩主要由中性斜长石、反条纹长石、单斜辉石、斜方辉石、黑云母、磷灰石、钛磁铁矿和磁铁矿等组成,依矿物含量、成分和结构的差异可分为淡色辉长岩、单斜辉石苏长岩、斜方辉石辉长岩以及含铁磷矿对应岩石。其Ba、Sr和轻稀土富集、Eu弱负异常或无异常特征,表明晚期辉长—苏长岩岩浆不是形成斜长岩的基性岩浆,而是经斜长石分离结晶后的残余岩浆。Sr-Nd-Pb同位素地球化学特征显示晚期辉长—苏长岩可能源自EMI富集的岩石圈地幔,与岩体型斜长岩不存在同源岩浆分离结晶演化的关系。大庙地区晚期辉长—苏长岩的岩浆来源、演化和构造控制的特征对深化研究岩体型斜长岩杂岩体的成因有重要意义。     

内蒙古中部西乌旗晚石炭世辉长岩-花岗岩系列:岩石成因与地球动力学意义SCIEI北大核心CSCD

辉长岩和花岗岩组成的双峰式火成岩系列通常产出于威尔逊板块构造旋回的诸多伸展周期。基于其岩石地球化学特征示踪伸展地球动力学过程与相关壳幔相互作用的独特视角,本文报道了中亚造山带东段内蒙古中部西乌旗地区新近识别的晚石炭世猴头庙辉长岩-花岗岩系列。SIMS锆石U-Pb定年揭示辉长岩和花岗岩的侵位年龄分别为~307Ma和~305Ma。辉长岩主要由斜长石、辉石和角闪石组成;SiO 2含量介于50.4%~53.4%之间,呈现镁质、准铝质和钙碱性特征;富集大离子亲石元素,亏损高场强元素;并具有OIB型全岩Sr-Nd(I Sr(t)=0.704249~0.704330,εNd(t)=+1.73~+3.81)和锆石Hf(εHf(t)=+4.58~+15.16)同位素组成,其锆石δ18 O介于5.75‰~6.61‰之间。这些特征指示辉长岩可能源于俯冲板片流体交代的亏损地幔楔部分熔融。同期花岗岩主要由斜长石、钾长石、石英和黑云母组成;其SiO 2含量变化于76.3%~77.6%,高硅碱、贫铁镁、弱过铝、富钍铀、亏锶钡、Eu负异常,契合典型高分异I型花岗岩的元素地球化学特征;花岗岩具有中等放射性成因的全岩I Sr(t)(0.704923~0.704981)、εNd(t)值(-0.15~+0.57)和锆石εHf(t)值(-2.63~+7.40),以及高的锆石δ18 O(6.44‰~8.06‰)。鉴于元素和同位素特征指示的高分异特征和高演化源区,猴头庙高硅花岗岩可能衍生自中元古代和古生代多期增生物质所组成的复合中基性地壳的部分熔融及其后的结晶分异作用。综合区域石炭纪-早二叠世蛇绿混杂岩和岛弧岩浆岩时空展布格局,晚石炭世猴头庙辉长岩-花岗岩系列记录了内蒙古中部其时因洋脊俯冲引发的弥散性区域伸展事件。一方面,该事件既有别于建造西乌旗早-中石炭世弧-盆体系的板片回退阶段,又迥异于早二叠世大规模后碰撞伸展过程;另一方面,这些周期性伸展事件共同见证了中亚造山带东段晚古生代威尔逊造山旋回的完整历程。