储层温压条件下岩石的波速特性及变化规律

岩石处在一定的地质环境中,其温度和压力条件对岩石声学性质具有重要的影响。本文以超声波实验方法作为主要研究手段,在储层温压条件下对岩石的纵波速度进行了测量,得出纵波速度随温度、压力的变化曲线和拟合公式,实验结果表明,纵波波速随压力的增大以对数形式增加,随温度的升高呈线性减小,并对不同温度和压力对岩石纵波速度的影响机理进行了剖析。     

高地应力下砂岩力学参数和波速变化规律试验研究

基于波动方程,提出一种砂岩的纵波波速与静水围压关系的数学模型。在岩石常规三轴试验的基础上得到不同静水围压下砂岩的静弹性模量、静泊松比和纵波波速,并分别拟合得到静弹性模量-静水围压和静泊松比-静水围压关系的拟合曲线和拟合公式。试验结果表明,砂岩的静弹性模量和静泊松比随静水围压的增大而增加,且静弹性模量增加速率缓慢减少。基于波动方程求解得到纵波波速-静水围压关系的数学模型,利用数学模型计算得到的纵波波速可知,砂岩的纵波波速随静水围压的增大而增大,且增加速率逐渐变缓。计算得到的纵波波速与试验测得的纵波波速进行对比验证,误差范围为7.0%~8.3%,故基于波动方程求解的砂岩纵波波速-静水围压关系的数学模型可靠性和准确性较高,对高地应力下岩石的物理力学参数和波速变化规律的分析判定具有指导意义。     

3种条件下砂岩超声波波速的试验研究

利用自行研制的岩石高温加热装置,对砂岩试件单向约束、双向约束、无约束3种试验条件下高温前后的纵波波速进行试验研究.结果表明:单向约束试验中,随着温度的升高,砂岩Y,Z方向波速与温度的关系曲线基本成二次函数变化,X方向近似直线下降,700℃时砂岩波速降到了2.096km/s;双向约束试验中,砂岩3个方向的纵波波速随温度升高均呈直线下降;700℃时双向约束试验中砂岩纵波波速最多下降了51.793%,无约束试验中1 200℃时砂岩纵波波速最多下降了80%.高温作用后,岩石内部微结构发生变化,温度越高变化越大,主要表现为岩石内部水分不断蒸发,含水矿物的脱水、相变和岩石部分熔融,孔隙率增加,颗粒边界裂纹出现、发展、贯通,微裂隙产生、演化,矿物成分分解,胶结物强度降低,内部结构热应力扩散,矿物颗粒相互摩擦挤压等.     

含油饱和度对纵波速度影响规律的实验研究

油气储层的物性参数是勘探地球物理的重要基础资料,为了研究含油饱和度、孔隙度对纵波速度的影响,在实验室内对5块天然岩心及2块人造岩心样品进行了油驱水情况下弹性波速的测量,给出了纵波速度随含油百分比变化的拟合公式,并讨论了含油饱和度变化对岩石纵波速度的影响,实验结果表明,随着含油饱和度的增加及含水饱和度的减少,纵波速度有上升的趋势;孔隙度越小的岩石,纵波速度越高,纵波速度随含油饱和度变化的幅度就越大。     

酸雨环境下砂岩的物理化学性质变化规律分析

模拟室内加速腐蚀试验,研究了砂岩腐蚀不同阶段的物理力学性质变化规律及化学腐蚀机理,用定义的质量损失率、孔隙率和纵波波速来描述砂岩与不同浓度HCl溶液反应的快慢程度并相互验证.试验结果表明,随浸泡时间延续质量损失率、孔隙率及纵波波速的关系呈现出阶段性特征,第40 d时pH=2、pH=3.5及pH=5的酸溶液中质量损失率分别达到最大值为0.432%、0.405%和0.281%;在0~30 d岩样孔隙产生较明显,纵波波速变化率也较大,30 d之后岩样孔隙率增加缓慢,随之波速增加也较缓慢最终趋于平稳;第一阶段pH=2溶液中Na~+离子溶解速率在初期最大为264.78 mol/d,pH=3.5及pH=5溶液Na~+离子溶解速率在中期达到最大值,分别为102.28 mol/d和79.67 mol/d,pH=2的HCl溶液中Ca~(2+)溶解速率最大为489.50mol/d,分别是pH=3.5及PH=5溶液中Ca~(2+)溶解速率的5倍和4倍.     

西南地区坝基深部玄武岩工程地质特性研究

受自身高强度和形成条件影响,西南地区玄武岩深部岩体具有几何尺寸上的不完整性和力学特性上的似完整性,同一位置采用不同指标划分岩体结果不同.鉴于现有测试手段和评价方法,深部玄武岩工程地质特性研究具有相当难度.岩体透水率、纵波波速等指标能较好反映岩体工程特性,其测试方法相对简便,且与岩体力学参数有较好的相关性,故可用于深部玄武岩结构、风化、卸荷划分,利用纵波波速、吕荣值与变形模量的相关性推算深部岩体变形参数,辅以室内试验,最终综合评价深部玄武岩.以西南某水电站坝基玄武岩为例,综合坝址区平硐、钻孔纵波速度、吕荣值、力学参数等指标获得坝基岩体质量分级方案,并进行岩体划分,为该水电站建基面选择提供依据.     

引汉济渭工程三河口水库拱坝坝基岩体质量特征与建基面优化选择

研究坝基岩体质量有助于合理选择建基面,为工程设计、施工和安全运行提供科学依据。以引汉济渭工程三河口水库拱坝坝基岩体为研究对象,通过对坝基开挖揭露的岩体重新进行勘探试验,利用勘探孔进行孔内电视、纵波波速及变形模量等测试工作,对坝基岩体风化特征、结构特征、变形模量与纵波波速关系等问题进行综合分析研究,特别是对坝基局部的断层破碎带及碎裂岩体能否利用等问题进行了具体分析,并对坝基岩体质量进行了工程地质分类,选出了符合实际的建基面,使大坝建基面高程由原来的501.0 m抬升至504.5 m,优化了坝基开挖深度,减少了坝基处理难度与混凝土浇筑量,缩短了工期,节约了工程投资。     

钻孔单位吸水量随深度变化的正交多项式分析

本文对某电站24个钻孔151段压水试验资料进行了数理统计和正交多项式分析,得出了单位吸水量ω值随深度变化的曲线方程式,借此可计算坝基ω值随深度变化的趋势,帷幕灌浆深度和其它一些有关问题。这对合理布置钻探进尺,预估帷幕深度和节省费用都是有益的。     

邯郸市区场地土剪切波速与埋深相关性分析

摘要：收集了邯郸市区34个场地66个钻孔剪切波速资料,按土类别对所有剪切波速进行统计整理。采用线性Vs=a+bH、多项式Vs=a+bH+cH2及指数Vs=aHb对各类土剪切波速随深度变化进行了回归分析,给出了各类土剪切波速随深度变化的三种关系式及相应的回归参数。经对比分析表明,邯郸市区土层剪切波速与深度之间砂性土、粉土及粉质粘土宜采用多项式进行拟合;而粘土、卵石用指数拟合优于线性和多项式拟合。对邯郸市土工抗震工程中剪切波速的求取与应用具有重要的指导意义。     

滇西腾冲地块勐连花岗岩及暗色包体锆石U-Pb年龄、地球化学和Sr-Nd-Pb同位素特征

滇西腾冲地块是东特提斯构造带的重要组成部分,广泛发育中生代和新生代岩浆作用。出露于腾冲地块东南部的勐连花岗岩及暗色包体的锆石U-Pb定年显示,勐连花岗岩形成时代为(127±2)Ma,暗色包体为(125±2)Ma。勐连花岗岩主要岩石类型为石英二长岩、花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩,属于高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩,兼具部分S型花岗岩的过铝质特征。虽然暗色包体与花岗岩形成时代基本一致,但是暗色包体的矿物粒度更小,稀土元素总质量分数((305.2～322.8)×10^-6)更高,同时具有较高的w(Nb)/w(Ta)值(18.2～19.5)、较低的Pb同位素组成和更亏损的ε_Nd(t)值,表明勐连花岗岩内暗色包体应为异源包体,可能是基性岩浆侵入酸性岩浆中淬冷的产物。勐连花岗岩的全岩Sr-Nd同位素随SiO₂并没有明显的变化趋势,暗示地壳物质混染作用并不显著。Ba-Sr图解显示勐连花岗岩主要经历了斜长石和钾长石的分离结晶过程。二阶段Nd模式年龄(1.37～1.58 Ga)和上地壳类似的Pb同位素组成暗示中元古代高黎贡山群是勐连花岗岩的主要物质源区。但与高黎贡山花岗岩相比,更亏损的ε_Nd(t)值暗示勐连花岗岩源区中存在亏损地幔物质的加入。整体上,全岩初始N(⁸⁷Sr)/N(⁸⁶Sr)值(0.710 020～0.712 001)和ε_Nd(t)值(-4.6~-2.1)暗示勐连花岗岩与拉萨地块北部岩浆带具有类似的形成环境。结合岛弧特征的构造环境和高w(Nb)/w(Ta)值的异源暗色包体,认为勐连花岗岩及暗色包体的形成可能是中特提斯洋俯冲-碰撞-闭合过程的产物。     

基于分位数回归的剪切波速变化规律

本文收集了邯郸市区40个场地实测的剪切波速值,经过统计整理,采用分位数回归法对粉土、粉质粘土剪切波速随深度的变化规律进行分析,建立了分位数回归模型,并计算了回归参数,得出分位数回归曲线方程。结果表明,粉土的剪切波速值受埋深的影响为单向性;而埋深对粉质粘土剪切波速值的影响呈先增大后减小趋势。     

高温作用后混凝土力学性能试验研究

混凝土试样经历200～1 000℃高温作用后,用洒水冷却或自然冷却,利用RMT-150B岩石力学试验系统对其进行巴西劈裂和单轴压缩试验.研究其纵波波速、抗压强度、抗拉强度、平均模量以及极限应变等与经历高温之间的关系.试验结果表明,试样抗压强度、抗拉强度、平均模量、纵波波速随温度的升高而降低,峰值应变则随温度的升高而增大;抗拉强度、抗压强度与温度的关系用指数函数表征,平均模量与高温的关系用乘幂函数表征;纵波速度与强度、平均模量成正相关,具有一定的统计关系.冷却方式对抗压强度、抗拉强度、平均模量、峰值应变以及破坏特征影响不明显.试验结果为预测和评估混凝土火灾后的稳定性和安全性以及修复加固设计提供参考依据.     

大别山镁铁质下地壳的Pb同位素成分:来自榴辉岩的制约

北大别高温超高压杂岩带中榴辉岩的岩石学和地质年代学研究已经证明它们为华南板块新元古代镁铁质下地壳岩石经三叠纪深俯冲变质成因。基于此,开展了北大别榴辉岩的Pb同位素地球化学研究。结果表明:北大别榴辉岩表现出与北大别片麻岩相似的低放射性成因Pb同位素特征,并具有更低的N(²⁰⁸Pb)/N(²⁰⁴Pb)值;其初始Pb同位素组成分别为N(²⁰⁶Pb)/N(²⁰⁴Pb)_i=15.217～17.522,N(²⁰⁷Pb)/N(²⁰⁴Pb)_i=15.077～15.540和N(²⁰⁸Pb)/N(²⁰⁴Pb)_i=35.219～38.082,表现出目前已知的大别造山带3个含榴辉岩的超高压变质岩片中最低的Pb同位素组成,这进一步证明北大别榴辉岩的原岩来自于俯冲镁铁质下地壳;北大别榴辉岩表现出较宽的Pb同位素组成变化范围,其中最低的Pb同位素组成源自于具有低w(U)/w(Pb)值、低w(Th)/w(U)值演化特征的晚太古代至古元古代镁铁质下地壳,而相对较高的Pb同位素组成则继承于新元古代底侵的幔源岩浆,表明北大别榴辉岩的Pb同位素特征是幔源岩浆混染古老镁铁质下地壳的结果。与大别山中生代埃达克质岩的Pb同位素对比研究表明,早白垩纪拆沉再循环的陆壳物质中不仅含有镁铁质下地壳岩石,还含有长英质下地壳物质,大别山深部的长英质下地壳随镁铁质下地壳一起拆沉并再循环进入地幔。     

内蒙古巴林右旗晚侏罗世巴彦琥硕花岗岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及Hf同位素组成

巴彦琥硕花岗岩采自内蒙古巴林右旗北部,其主要岩性为中细粒花岗岩、细粒二长花岗岩。通过地球化学、锆石U-Pb定年及Hf同位素分析研究,探讨巴彦琥硕花岗岩成因及其地质意义。锆石U-Pb年代学研究结果表明,巴彦琥硕花岗岩锆石U-Pb年龄为150 Ma,形成于晚侏罗世。岩石学和地球化学研究表明:SiO₂质量分数不低于71.3%,Al₂O₃不低于12.15%,w(K₂O)+w(Na₂O)值为7.74%~8.29%,w(K₂O)/w(Na₂O)值为0.88~1.57,Sr质量分数为(61.7~197.5)×10^-6,Y为(17.3~33.2)×10^-6,w(Sr)/w(Y)值低,为1.77~3.56,巴彦琥硕花岗岩属低锶高钇型岩石;岩石轻、重稀土元素分馏明显,w(La)_N/w(Yb)_N值为3.06~10.89,显示出明显的Eu负异常。锆石Hf同位素分析显示ε_Hf(t)值介于6.1~12.3之间,显示源区亏损的特征。考虑到侏罗世—白垩世期间太平洋板块对中国东部边缘的俯冲作用,巴林右旗北部晚侏罗世巴彦琥硕花岗岩的形成受太平洋板块俯冲作用影响,形成于挤压向伸展体制转换的过渡期。     

关中盆地深部地下热水残存沉积水的同位素证据

应用环境同位素水文地球化学方法,结合区域沉积演化史,对关中盆地固市凹陷、咸阳—礼泉断阶和西安凹陷深部地下热水成因类型进行了探讨,并就残存沉积水存在的可能性,寻找氢氧同位素关系、硫氧同位素关系、碳氧同位素关系、N(⁸⁷Sr)/N(⁸⁶Sr)与古盐度的关系等环境同位素证据,rNa/rCl值、ρ(Cl^-)/ρ(Br^-)、rBr/rI值与ρ(Cl^-)的关系等水文地球化学证据以及沉积演化史证据。结果表明:固市凹陷华阴地下热水的同位素、水文地球化学特征已基本符合沉积水的特征,推测其为混有古入渗水的残存沉积水;固市凹陷华阴之外的其他构造单元、咸阳—礼泉断阶和西安凹陷地下热水的同位素和水文地球化学特征部分接近沉积水的特征,部分介于古入渗水和沉积水之间;咸阳—礼泉断阶东部地下热水可能为古入渗水或残存沉积水与后期入渗水的混合;西安凹陷及咸阳—礼泉断阶西部地下热水属于现代入渗水与古入渗水的混合水。     

鞍山—本溪地区前寒武纪条带状铁建造铁矿时代、物质来源与形成环境

前寒武纪条带状铁建造(BIFs)蕴含丰富的铁矿石资源,记录了早期地球演化的重要信息。鞍山—本溪地区发育巨量的太古宙BIFs。鞍山—本溪地区BIFs由互层的硅铁条带组成,金属矿物以磁铁矿为主,含少量赤铁矿、黄铁矿及菱铁矿等。围岩与BIFs呈整合接触,具有变火山岩的岩石学特征及地球化学特征,表明BIFs属于阿尔戈玛型,其变火山岩围岩年龄可大致代表BIFs沉积时代。锆石U-Pb年代学显示,鞍山—本溪地区至少发育约3.10Ga及约2.55Ga两期BIFs沉积成矿事件,后者在华北克拉通广泛发育.鞍山—本溪地区BIFs地球化学具有以下特征:①低的TiO₂与Al₂O₃含量及高场强元素负异常,表明沉积过程中陆源碎屑物质加入量很少;②PAAS标准化REE配分模式显示重稀土元素富集,La、Y 及Eu正异常,暗示BIFs沉积自海水与海底高温热液的混合溶液;③接近同时代亏损地幔的ε_Nd(t)值(3.0~4.7),表明Fe可能来源于海底热液活动淋滤洋壳;④BIFs中仅发育少量黄铁矿,基本不显示Ce负异常且富集铁的重同位素(δ(⁵⁷Fe)值为(0.13~2.73)×10^-3),暗示古海洋整体处于低硫、缺氧环境,BIFs的沉淀可能与富Fe²⁺溶液遭遇环境突变有关。元素地球化学分析表明,大孤山与陈台沟围岩具有弧火山岩特征,南芬与歪头山围岩类似于弧后盆地玄武岩,因此,鞍山—本溪地区BIFs沉积于火山弧相关构造背景。     

干湿循环作用下镉污染红黏土的变形及强度特征

以桂林漓江流域的红黏土为研究对象,分别配置浓度为0%、 0.1%、 0.5%、 2.5%的氯化镉溶液制成镉污染红黏土试样,在40℃条件下进行干湿循环,通过室内固结不排水三轴剪切试验研究了Cd²⁺浓度及干湿循环耦合作用对红黏土的变形、强度特征的影响。结果表明：不同Cd²⁺浓度红黏土的横向收缩率δ_hs、竖向收缩率δ_ss及体积收缩率δ_v随时间增长均呈“S”型曲线上升;不同Cd²⁺浓度的红黏土剪应力峰值随干湿循环次数增加而增大;随着干湿循环次数的增加,镉污染红黏土黏聚力呈先增大后减小的趋势;Cd²⁺在未进行干湿循环时就已完成了对红黏土结构的破坏,使内摩擦角达到极限值;Cd²⁺浓度增大,强度特征破坏作用越明显。     

新疆北部二叠纪基性岩墙群岩浆作用及其动力学背景

新疆北部西准噶尔、吐哈盆地、东天山、西天山以及塔里木东北缘广泛发育的二叠纪(260~290Ma)基性岩墙群与塔里木大火成岩省形成时代相近。基性岩墙群主量元素与MgO含量具有较好的相关性,富集Rb、Ba和Sr等大离子亲石元素以及轻稀土元素,亏损Nb、Ta和Ti等高场强元素,无明显Eu异常,与岛弧岩浆特征相似。ε_Nd(t)值为-11.25~7.86,初始N(⁸⁷Sr)/N(⁸⁶Sr)值为0.703~0.710。西天山基性岩墙群亏损轻稀土元素,塔里木东北缘亏损Sr。新疆北部二叠纪基性岩墙群岩浆可能起源于富集型软流圈地幔源区,岩浆演化过程中存在不同程度的地壳物质或俯冲交代岩石圈地幔的混染,其中西准噶尔、东天山、西天山和吐哈盆地岩墙经历了板片俯冲流体交代的岩石圈地幔混染,东天山及塔里木东北缘基性岩墙在岩浆演化过程中受到明显的地壳物质混染。新疆北部二叠纪基性岩墙群可能是地幔柱岩浆作用不同演化过程的产物。     

冻融作用下炭质页岩微结构损伤特性研究

通过核磁共振(NMR)试验分析冻融循环作用下炭质页岩的T2谱分布、孔隙度、T2谱面积的变化,利用超声波检测分析冻融循环作用下炭质页岩纵波波速的变化,引入损伤变量探讨炭质页岩冻融损伤与循环次数的关系,建立了炭质页岩冻融损伤演化方程。结果表明,随冻融次数的增多,炭质页岩T2谱分布、T2谱面积及孔隙度均逐渐增大,纵波波速在不断衰减;当冻融循环次数达400次时,炭质页岩微结构损伤度达到最大值。     

节理厚度对岩石动力特性影响的模拟试验

采用相似材料模型对节理岩石进行分离式Hopkinson压杆试验.通过设置不同的节理厚度和加载速度,研究了冲击荷载作用下岩石动态抗压强度变化规律及相应的破坏形式,分析了节理厚度对应力波穿越节理时波动性质及能量耗散的影响,并从能量角度表征了岩石损伤变化规律.结果表明:随着充填物厚度的增加,节理岩石动态抗压强度逐渐降低,其破裂形式以张拉破坏为主,但节理介质的存在会影响岩石破坏程度,节理厚度的变化会导致相应的单侧破坏;相同入射能条件下,充填节理的厚度越大,岩石反射能力越强,透射波衰减幅度越大,能量耗散也越多;节理岩石的入射能和反射能随冲击速度的增大呈增长趋势,透射能则是先增大后减小,通过能量表征的损伤变量d随冲击速度呈弱幂函数增加关系d=-0.11v~2+1.31v-3.01,损伤变量值越大,节理岩石破坏程度越高.