基于矿物晶体模型非均质岩石单轴压缩力学特性研究

为研究岩石微观结构非均质性对宏观力学特性及裂纹扩展规律的影响,结合花岗岩室内单轴试验及矿物晶体模型(Grain-based model, GBM)对岩石的微观矿物结构进行离散元建模,研究了非均质岩石宏观应力-应变曲线、声发射及晶体尺度裂纹扩展规律。通过改变岩石微观结构进一步研究了不同矿物组成条件下岩石宏观力学特性及其变化原因。结果表明:GBM可在考虑岩石微结构及强度非均质的条件下,有效模拟岩石加载过程中宏观及微观力学特性;加载初期,岩石内部晶体尺度裂纹首先以晶间裂纹为主,随后转变为以晶内裂纹为主,且裂纹破坏主要为拉伸破坏,岩石破坏时拉伸裂纹及晶内裂纹与总裂纹占比分别约为93.87%,60.95%;加载过程中,岩石微裂纹首先随机分布在岩石内部,后开始聚集并造成宏观破裂面的出现,且宏观破裂面的形成主要与矿物晶体内裂纹的扩展及聚合有关;随岩石内长石矿物含量的增加,岩石峰值应力与损伤应力整体呈增加的变化趋势,且该变化规律可能与长石矿物内裂纹数增加及云母矿物内裂纹数减小有关;通过矿物晶体模型对岩石微观结构进行模拟并对非均质性所造成的力学特性变化进行微观尺度解释,有利于更好理解岩石非均质性与宏观力学特性的关系。     

红层岩石微观特性与抗压强度关系试验研究

岩石的微观特性对其宏观力学性质具有重要影响,目前关于红层岩石微观结构与抗压强度的定量关系尚缺乏系统的研究。本文对四川屏山县红层岩石取样进行了单轴压缩试验,利用偏光显微镜和扫描电镜对其微观特性进行了观察。通过对红层砂岩、粉砂岩、泥岩的单轴抗压强度和微观特性的试验分析与对比,得出了红层岩石单轴抗压强度与矿物成分、矿物含量、胶结物类型等微观特性之间的一些函数关系。试验结果表明:石英和粘土矿物的含量对红层岩石的单轴抗压强度影响最大。石英含量与红层岩石单轴抗压强度呈现正相关,粘土矿物含量与红层岩石单轴抗压强度呈负相关。当矿物含量基本相同时,岩石内颗粒分布均匀的岩石单轴抗压强度明显高于颗粒分布不均匀的岩石。     

基于晶粒织构模型的花岗岩矿物晶粒形状及朝向对其力学特性影响研究

花岗岩及其他粒状结晶质岩石由于其组成的矿物形状、矿物朝向和矿物成分等细观结构的影响,表现出不连续、非均匀及各向异性等非均质特性。但现有的数值方法还不能够定量研究矿物晶粒形状及朝向的影响,为了探究矿物晶粒的形状及朝向等非均质性对岩石力学性质的影响,基于颗粒离散元法提出晶粒织构模型(GTM),其通过生成代表真实矿物晶粒的随机不规则椭圆形柔性晶粒簇(Cluster),能够定量分析矿物晶粒形状及朝向的影响并再现岩石矿物晶粒内部和晶界损伤演变的动态过程。通过与室内试验结果进行对比,经过细观参数标定后的GTM模型能够很好地模拟出LdB花岗岩在不同力学条件下的宏观力学特性及破坏特征。通过构建不同晶粒纵横比及旋转角度的GTM模型研究矿物晶粒形状及朝向的影响,发现晶粒的形状及朝向的改变会导致晶内及晶界接触比例及接触整体朝向的变化,进而影响到岩石的宏观力学特性及破坏特征。GTM模型能够更加全面真实地从岩石的细观结构角度探究岩石的力学特性与破坏机制,对于揭示岩石细观非均质性对宏观力学特性及晶内、晶界裂纹扩展的影响提供了有效的方法和手段。     

超临界CO_2驱对储层物性影响的实验研究

分析并研究了储层岩石经过N2、CO2及SC–CO2(超临界CO2)驱替后注入气体对储层物性的影响,并利用X射线衍射及扫描电镜技术对储层岩石进行矿物成分及微观结构分析。实验结果表明,CO2注入储层后能够溶蚀岩石中的矿物成分,使孔隙度变大,渗透率升高;由于溶解快、扩散快的特性,SC–CO2在注入地层时,前期对储层物性的改变十分明显;另外,脱落的黏土矿物发生运移又会堵塞岩石孔隙,导致岩石渗透性变差。通过X射线衍射分析发现CO2所溶蚀的矿物成分为方解石、长石,通过扫描电镜观察岩石溶蚀前后的微观孔隙结构发现,溶蚀后样品疏松,次生孔隙发育充分,连通性变好。     

砂岩矿物组分流变特性纳米压痕实验研究

深部地下工程中,关于岩石流变特性对工程结构施工设计和稳定性的显著影响研究较多,但主要是基于宏观非均质岩样进行的,很少涉及岩石细观尺度上的矿物流变特性。采用纳米压痕技术研究砂岩中矿物组分的流变特性和本构方程,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)获得的矿物组分分布特征,砂岩中石英、钠长石、方解石和高岭石的弹性模量分别为87.74,59.85,32.30和17.31GPa,体现了砂岩的细观非均质性。砂岩的纳米压痕细观流变过程包括瞬时弹性变形、蠕变和弹性后效,可以采用伯格斯模型进行描述。在细观流变变形过程中,蠕变荷载保持阶段和卸载阶段会加剧矿物中孔、裂隙发育,使得拟合弹性后效获得的流变力学参数明显小于拟合蠕变过程获得的结果。砂岩宏观流变弹性参数可以通过细观矿物组分流变弹性参数尺度升级获得,为流变力学特性研究提供了一种方便、高效的方法。     

非均质岩石材料宏细观力学参数的关系研究

利用基于岩石矿物种类及其含量提出的岩石矿物细胞元随机性参数赋值方法,针对两矿物细胞元混合的非均质岩石模型进行参数赋值,通过数值试验研究了非均质岩石材料矿物细胞元含量及其力学参数对岩石宏观力学参数的影响;根据数值试验结果,探讨了岩石材料矿物细胞元弹性模量与宏观模量之间的函数关系。研究结果表明,岩石宏观弹性模量与矿物细胞元弹性模量、矿物细胞元含量都具有十分显著的线性相关关系,即基于岩石矿物种类及其含量的矿物细胞元随机性参数赋值方法建立的岩石有限元模型宏细观力学参数之间呈显著的线性关系;宏观力学参数可用细观力学参数的数学期望值即加权平均值来表示。     

基于岩石微相龙门石窟风化病害机理研究

石质文物病害的发育受岩石本身的成分、物理特性以及所处环境的控制,对岩石微相进行分析有助于了解岩石初始状态下的岩性与结构,为石质文物病害机理分析提供微观视角。本文通过对龙门石窟病害宏观表现的研究,结合窟区岩石薄片、扫描电镜等资料,分析岩石矿物成分、微结构及微孔隙在病害发展过程中的控制作用。研究结果表明,方解石溶蚀速度大于白云石,这与龙门石窟崖壁保存现状相符;随着矿物晶粒的增大溶蚀速度逐减,成分均一性差的碳酸盐岩更易受选择性溶蚀作用的影响;岩石微孔隙控制着岩石孔隙度与渗透率,进而影响溶蚀等与水有关的风化作用。     

扎西康矿区岩石蚀变变质的研究

扎西康铅锌银多金属矿床是北喜马拉雅成矿带上最重要的多金属矿床之一。其勘查程度相对较高,矿床规模已逾大型,矿石品位较好,矿物组合复杂。本文通过对扎西康矿区地表岩石的野外观察、规则采样、磨制光片和薄片和磨制粉末,在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室下属的X衍射实验室采用"压片法",使用测试仪器BEDE D1 SYSTEM进行X衍射测试,并结合前人资料对扎西康矿区岩石矿物蚀变的蚀变情况进行了研究,确定了岩石的蚀变类型和蚀变矿物组合,并通过岩石蚀变类型和蚀变矿物组合,确定岩石的变质程度为低级,变质温度为350~500℃。     

细观组构特征对含U型切槽岩石梁断裂特性的影响规律

为了揭示细观组构特征对岩石断裂特性的影响规律，基于临界距离理论，建立含U型切槽岩石梁表观断裂韧度KIN与固有断裂韧度KIC、临界距离L以及切槽半径ρ的理论关系，提出确定KIC与L的新途径。采用离散元数值方法，通过构建不同矿物晶粒粒径、不同非均质性的岩石晶粒离散元模型，开展含U型切槽岩石梁的三点弯曲数值模拟实验，结合理论分析结果，获得岩石表征断裂韧度、固有断裂韧度与临界距离；分析矿物晶粒尺寸与非均质性对岩石断裂韧度与临界距离的影响规律。研究结果表明：通过数值实验直接测定的岩石断裂韧度、临界距离值与理论求解得到的结果相符，数值实验具有较高的可靠性。细观组构特征对岩石的断裂特性具有显著影响，随着矿物晶粒尺寸增大，岩石的断裂韧度KIC逐渐减小，临界距离L逐渐增大；随着岩石非均质性的增大，断裂韧度KIC与临界距离L逐渐减小。     

温度场中岩石热作用研究初探

岩石是由多种矿物颗粒组成,受热时其内部各种造岩矿物粒子在热学上表现出热膨胀各向异性,便产生了热应力,当热应力超过自身强度极限时,就会产生热破裂,大量的微破裂将会对岩石的弹性和机械破裂性质造成很大的影响,从而影响地下工程的安全与稳定.通过对岩石内部导热微分方程的理论推导研究了岩石的热效应特性,由于温度场理论分析还需要现场测试试验的验证和对比,因此在实际地下岩土工程的实施过程中,还需要开展相关的现场验证试验研究.     

Rock quality classification and stability evaluation of undersea deposit based on M-IRMR

The mine improvement of rock mass rating (M-IRMR) evaluation method was put forward based on the existing theory of the rock quality classification and the stability evaluation in the undersea deposit of Sanshandao Gold Mine, China. The M-IRMR evaluation method includes 9 evaluation indexes which are rock compressive strength, rock quality index RQD, joint spacing, joint state, groundwater state, joint direction, ground stress, blasting vibration, and exposed area, respectively. During the evaluation process, according to the special features of the undersea deposit, the rock mass rating (RMR) method was used as the foundation, and the four geological parameters (i.e., rock compressive strength, rock quality index, joint spacing, and ground stress) were modified. The computing methods of the two engineering factors (blasting vibration and exposed area) were presented. The M-IRMR rock quality classification and stability evaluation method was applied in the level of −420 to −690 m in the undersea deposit of Sanshandao Gold Mine and the classification results were consistent with the actual situations, which can provide a scientific basis for choosing the suitable mining method and stope support system of the undersea deposit.     

内蒙古嘎仙超基性岩成矿地质特征与矿床成因讨论

嘎仙镍钴铅锌矿床的形成与镁质超基性岩密切相关。已发现的低品位、大规模镍矿体,产于主岩体的中间或下盘部位。其产状、规模、形态,依附岩体而变化,并严格受岩体控制。嘎仙含矿蚀变岩体,具有镍钴元素含量偏高、低S、贫Cu、PGE含量较低(局部有偏高)现象,成矿特征具有特殊性。据现有资料分析认为,矿床成因类型应属岩浆熔离—热液改造型硫化物镍矿床。     

陕西王家坪金矿床与国内外典型卡林型金矿床地质特征对比——兼论卡林型金矿床的判定原则

系统论述了王家坪金矿床的地质特征。在评述前人有关卡林型金矿床定义的基础上,提出了卡林型金矿床的6条判定原则:1赋矿围岩主要为细碎屑岩及碳酸盐岩;2金的粒度多为细粒—微粒—超显微金;3中低温的矿物共生组合和围岩蚀变;4具有Au、As、Sb、Hg基本共生元素组合;5成矿与构造关系密切;6富含碳质。将王家坪金矿床的地质特征与国内外典型卡林型金矿床进行对比,认为具有相似的成矿大地构造—岩浆活动背景、控矿容矿构造、赋矿地层岩性、元素共生组合及金赋存状态;但又具有以下突出特性:1雌黄化普遍发育,强于雄黄化,区别于国内外卡林型金矿床;2与美国卡林型金矿床相似,元素共生组合中具有W元素,区别于国内大部分卡林型金矿床。     

河南赵沟耐火粘土矿床地质特征及控矿因素

河南赵沟耐火粘土矿赋存于奥陶系碳酸盐岩古风化剥蚀面上,含矿层位为上石炭统本溪组,为一大型耐火粘土矿床。通过对矿区地质特征、含矿岩系特征、矿体特征等综合研究,分析其控矿因素,为下一步矿区深部和邻近矿区找矿具有参考意义。     

安徽东源钨钼矿床地质特征及控矿因素

东源钨钼矿床是安徽省地质矿产勘查局332地质队在东源地区找到的大型钨钼矿床,也是安徽省目前探明的规模最大的斑岩型钨矿床.其矿床类型为斑岩型白钨矿,矿体主要产于东源岩体顶部或浅部的强蚀变带中;在东源岩体的接触带及东源岩体深部还发现有热液充填型辉钼矿体;在东源岩体北东部的蚀变辉绿岩中则发现有热液改造型白钨矿.文章着重从成矿地质条件、矿体特征和主要控矿因素等方面阐述该矿床的地质特征和矿床成因.     

内蒙古北大山银铅多金属矿床地质特征及控矿因素分析

在晚侏罗世中晚期由于岩浆岩的侵入活动,大石寨组变质砂岩、板岩角岩化,在与大石寨组接触带内侧,形成中低温热液侵染、裂隙充填型银铅多金属矿床,矿区内蚀变矿化多赋存在北东向构造内。围岩蚀变较为发育,与成矿关系密切的有硅化、黄铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化等。文章在以往地质成果的基础上,通过成矿地质背景、矿区地质概况和矿床地质特征的阐述,着重对成矿控制因素、矿床成因及找矿标志进行分析,认为该区具有较好的成矿地质条件和找矿前景。     

缙云壶镇盆地沸石矿床地质特征及找矿标志

从矿区地层、矿区构造、矿区岩浆岩、矿体特征、矿石特征等方面介绍了浙江省缙云县壶镇盆地的沸石矿区矿床地质特征,并总结了找矿标志,为该地沸石矿床的特征及进一步的应用研究奠定了基础。     

水泉沟碱性杂岩体特征与东坪金矿成矿规律

金矿床的形成与碱性杂岩体密切相关。本文通过对杂岩体的成因、成岩时代、岩石类型以及岩体的含金性和部分同位素的特征分析，探讨了岩体与矿床的成岩关系。同时根据矿床地质特征和大量成矿信息，总结了成矿规律，提出了找矿方向。     

新疆于田塔木其铜锌矿地质特征及找矿意义

块状硫化物矿床是西昆仑地区重要的铜锌矿床类型之一。为了查明西昆仑地区塔木其块状硫化物矿床的地质特征、成矿条件,本文根据系统的野外地质调查工作、室内观察、实验测试,对矿区含矿岩系、矿体、矿化特征等进行分析,认为塔木其铜锌矿产于阿羌火山岩系之中,该岩系由基性火山岩和酸性火山岩构成,具有典型的"双峰式"特征。该矿床矿石矿物亦具有典型的块状硫化物特征。经研究认为阿羌火山岩在形成与演化过程中为该矿床的形成提供丰富的物质来源;矿区岩石组合、地球化学特征反映了该区具有较好的找矿前景;对塔木其铜锌矿的系统研究在该区探寻同类型矿床具有重要的指导意义。     

辽宁金家金矿元素地球化学特征研究

通过相关系数和旋转因子分析认为,金家金矿Au、Bi、Ag为主要成矿元素,Au与Bi关系密切(正相关),Au与Co呈负相关。Au、Ag、As、Bi、Hg、Mo、Sb是找矿指示元素。在矿体与围岩的界面处,大部分元素如Cu、Pb、Zn等都显示异常,为围岩中的元素受深熔、变形作用向构造区运移在断裂带两侧集中的结果,对金成矿起到一定的作用。金家矿床不同地段原生晕组合不同,刘屯(Ⅰ)原生晕为两套组合,即矿体晕和矿尾晕;金屯(Ⅱ)原生晕为三套组合即矿上晕、矿体晕、矿尾晕。运用元素组合特征,分析剥蚀水平,可有效指导下一步找矿。