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液氮循环冷冲击作用下高温花岗岩I型断裂特性研究

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岩土力学 2025年第2期46卷 422-436页

作者：薛熠杨博鹍刘勇孙强张云曹正正西安理工大学岩土工程研究所陕西西安710048 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地河南焦作454000 西安科技大学能源学院陕西西安710054

液氮循环压裂技术是一种环境友好且高效的新型无水压裂方法,通过多次液氮冷却作用在干热岩中产生显著的热应力,从而有效地对干热岩储层进行致裂和增渗。为了揭示液氮循环冷冲击作用对干热岩断裂特性及损伤特征的影响机制,对花岗岩试样... 详细信息

液氮循环压裂技术是一种环境友好且高效的新型无水压裂方法,通过多次液氮冷却作用在干热岩中产生显著的热应力,从而有效地对干热岩储层进行致裂和增渗。为了揭示液氮循环冷冲击作用对干热岩断裂特性及损伤特征的影响机制,对花岗岩试样进行不同循环次数的高温加热-液氮冷却处理,通过三点弯曲试验对处理后的花岗岩试样物理力学特性(包括断裂韧度和破裂特征)进行了分析。基于三维激光扫描技术和分形理论对三点弯曲试验后花岗岩断口表面形貌特征及断面粗糙度进行了定量评价。采用数值方法,利用随机四参数生成法重构非均质花岗岩基质,建立了热-力耦合的混合相场模型,对不同液氮循环次数下高温花岗岩的微裂隙演化及宏观断裂过程进行模拟,分析了液氮循环冷冲击作用对高温花岗岩宏观断裂特性的影响。试验和数值结果表明:高温加热-液氮冷却循环作用会加剧花岗岩的损伤程度,导致断裂韧度等力学参数显著下降。断面分形维数以及形态特征参数与循环次数呈显著正相关,在高循环次数下断面展现出复杂曲折的宏观主裂纹扩展路径。热-力耦合混合相场模型能够有效再现高温加热-液氮冷却循环作用下花岗岩的热-力开裂行为。花岗岩的热损伤主要集中在最大拉伸应变能区域。液氮循环作用下,高温花岗岩的微破裂主要由温度梯度和相邻矿物颗粒之间的热膨胀变形差异引起。液氮循环冷却诱导的微裂隙使得花岗岩I型断裂的扩展路径更加曲折和复杂。

关键词：液氮花岗岩断裂韧度断面粗糙度相场法

大兴安岭南段黄岗梁地区早白垩世正长花岗岩成因及构造启示:锆石U−Pb年龄、岩石地球化学和Sr−Nd−Pb同位素证据

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地质通报 2025年第1期44卷 91-116页

作者：顾玉超陈仁义杜继宇鞠楠中国地质调查局沈阳地质调查中心(东北地质科技创新中心) 辽宁沈阳110034 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037

【研究目的】大兴安岭南段黄岗梁锡铁矿区及外围发育大面积花岗岩类,加强其成岩时代、岩石成因类型、成岩成矿物质来源等研究,有利于探究该区成岩与成矿关系和早白垩世碰撞造山机制。【研究方法】采集大兴安岭南段黄岗梁锡铁矿区及外围... 详细信息

【研究目的】大兴安岭南段黄岗梁锡铁矿区及外围发育大面积花岗岩类,加强其成岩时代、岩石成因类型、成岩成矿物质来源等研究,有利于探究该区成岩与成矿关系和早白垩世碰撞造山机制。【研究方法】采集大兴安岭南段黄岗梁锡铁矿区及外围样品,进行岩相学、锆石U−Pb测年、岩石地球化学及Rb−Sr、Sm−Nd、Pb同位素研究。【研究结果】获得岩浆结晶年龄为141.9~139.1 Ma,较成矿年龄早约3 Ma,形成于早白垩世。岩石具有高硅、低铝、低镁、富钾少钠特征,为高钾钙碱性A型花岗岩。(^(87)Sr/^(86)Sr)_(i)和^(143)Nd/^(144)Nd值分别介于0.70031~0.70543和0.512572~0.512636之间,ε_(Nd)(t)值为0.07~1.18,Nd同位素模式年龄T_(DM2)为926~838 Ma。【结论】黄岗梁矽卡岩型锡铁矿床成岩物质于新元古代从亏损地幔分离,在上升侵位过程中受到地壳物质混染。大兴安岭南段地区在早白垩世经历了蒙古–鄂霍次克洋碰撞闭合伸展作用和古太平洋高角度俯冲作用叠加。

关键词： Sr−Nd−Pb同位素花岗岩碰撞后伸展环境锆石U−Pb年龄黄岗梁地区大兴安岭

大兴安岭北段呼玛地区晚石炭世花岗岩年代学和地球化学特征:对古亚洲洋构造演化的制约

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现代地质 2025年第1期39卷 62-82页

作者：张国宾孔金贵王翠彭史宏江鞠楠何云龙山西工程技术学院地球科学与工程系山西阳泉045000 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000 山东省核工业二七三地质大队山东烟台264000 中国地质调查局沈阳地质调查中心辽宁沈阳110034

大兴安岭位于中亚造山带东段,由额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块及其间缝合带拼接形成,各地块间的拼合时间、位置及演化过程一直是地学研究的热点问题。本文以呼玛地区晚石炭世中细粒二长花岗岩和中细粒花岗闪长岩为研究对象,开展LA-I... 详细信息

大兴安岭位于中亚造山带东段,由额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块及其间缝合带拼接形成,各地块间的拼合时间、位置及演化过程一直是地学研究的热点问题。本文以呼玛地区晚石炭世中细粒二长花岗岩和中细粒花岗闪长岩为研究对象,开展LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和岩石地球化学研究,探讨其岩石成因、岩浆源区特征及成岩构造环境,并尝试限定古亚洲洋闭合时限。研究表明,中细粒二长花岗岩和中细粒花岗闪长岩的锆石U-Pb加权平均年龄分别为(310.3±2.6)Ma和(313.4±2.5)Ma,成岩时代为晚石炭世。两类岩体表现出富硅、弱过铝质、高钾钙碱性系列岩石的特征,富集Rb、K、Th、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素,稀土配分模式显示轻稀土富集、重稀土亏损及明显负铕异常,具有典型I型花岗岩地球化学特征。结合区域锆石Hf同位素组成特征,认为岩浆来源于新元古代晚期—显生宙新增生下地壳角闪岩相物质的部分熔融源区,并经历了分离结晶作用。综合年代学、地球化学特征及区域构造背景,推测大兴安岭北段晚石炭世花岗岩形成于兴安地块与松嫩地块碰撞拼合后的后造山构造环境,代表了区域从挤压向伸展体制转变的地质响应。

关键词：大兴安岭北段晚石炭世花岗岩锆石U-Pb定年岩石地球化学构造背景

轴向及环向变形加载控制方式对花岗岩力学及声发射特性影响的试验研究

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工程地质学报 2025年第1期33卷 123-134页

作者：徐荣超王怡博张圣哲孟凡震李震高梁阎震华北水利水电大学地球科学与工程学院郑州450046 中国水利水电建筑工程咨询西北有限公司西安710100 安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司合肥230088 青岛理工大学理学院青岛266520 河南理工大学土木工程学院焦作454003

加载控制方式是影响岩石力学性质重要因素之一。采用轴向变形控制和环向变形控制两种加载方式,对花岗岩试样开展变形速率为0.005 mm·s^(-1)条件下的单轴压缩试验,分析两种加载控制方式对花岗岩强度、应力及应变门槛值、能量演化及声发... 详细信息

加载控制方式是影响岩石力学性质重要因素之一。采用轴向变形控制和环向变形控制两种加载方式,对花岗岩试样开展变形速率为0.005 mm·s^(-1)条件下的单轴压缩试验,分析两种加载控制方式对花岗岩强度、应力及应变门槛值、能量演化及声发射特性等的影响规律。结果表明,与环向变形控制方式相比,轴向变形控制加载条件下:试样的峰值强度、损伤应力、起裂应力分别高12.8%、15.1%、13.1%;峰值轴向应变、损伤轴向应变及起裂轴向应变分别大12.5%、14.3%、15.2%,而峰值环向应变、起裂环向应变分别小24.2%、16.7%;峰值总能量大23.9%,储能能力R e大2.6%;声发射累计计数及累计能量分别高48.8%、106.1%,声发射b值大14.1%;通过声发射AF-RA值分析发现,两种加载控制方式对裂纹类型的影响不显著。研究结果对于深入揭示脆性岩石破裂机制具有重要意义。

关键词：花岗岩轴向变形控制环向变形控制应力门槛值能量演化声发射

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裂隙花岗岩力学特性试验及破坏条件理论模型

力学季刊 2025年第1期46卷 162-172页

作者：黄勇钧李世文刘先林邵羽翁剑任中俊吕玺琳广西新发展交通集团有限公司广西南宁530029 广西乐望高速公路有限公司广西南宁530029 广西交通设计集团有限公司广西南宁530029 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室湖南湘潭411201

花岗岩内部常含初始裂隙,导致其强度特性受裂纹扩展影响较大.当前的岩石强度理论尚未考虑裂纹扩展,难以有效反映裂隙花岗岩的强度和破坏特性.针对完整和裂隙花岗岩开展了单/三轴压缩试验和巴西劈裂试验,研究了拉伸及压缩条件下的强度与... 详细信息

花岗岩内部常含初始裂隙,导致其强度特性受裂纹扩展影响较大.当前的岩石强度理论尚未考虑裂纹扩展,难以有效反映裂隙花岗岩的强度和破坏特性.针对完整和裂隙花岗岩开展了单/三轴压缩试验和巴西劈裂试验,研究了拉伸及压缩条件下的强度与破坏特性,探讨了围压和裂隙倾角(裂隙与横断面夹角)对花岗岩刚度、强度及破坏模式的影响规律,并提出一种能反映裂纹扩展的岩石强度计算方法.根据完整花岗岩发生Ⅱ型裂纹摩擦滑移、裂隙花岗岩发生Ⅰ-Ⅱ型复合断裂的特点,基于断裂力学理论建立了完整和裂隙花岗岩的破坏条件.理论分析结果表明,初始裂隙会显著降低花岗岩的抗压强度和变形刚度,其抗压强度、弹性模量及割线模量均随裂隙倾角减小而降低,而泊松比则增大.初始裂隙会明显降低花岗岩的抗拉强度,且抗拉强度随裂隙倾角减小而降低.

关键词：花岗岩初始裂隙压缩与劈裂试验强度特性破坏条件

北山造山带马鬃山泥盆纪花岗岩对古亚洲洋构造演化的制约

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地球科学与环境学报 2025年第1期47卷 1-15页

作者：余吉远王国强计波卜涛李婷过磊中国地质调查局西安地质调查中心(西北地质科技创新中心) 陕西西安710119 中国地质调查局造山带地质研究中心陕西西安710119 陕西紫阳中志留统底界层型剖面野外科学观测研究站陕西西安710119

北山造山带是一个地质构造复杂的区域,其构造演化和构造单元的划分一直是地质学界研究的热点问题。前人对该地区泥盆纪大地构造背景存在不同的观点,这些分歧主要源于对地质证据的不同解读和理论模型的差异。通过对该地区马鬃山泥盆纪花... 详细信息

北山造山带是一个地质构造复杂的区域,其构造演化和构造单元的划分一直是地质学界研究的热点问题。前人对该地区泥盆纪大地构造背景存在不同的观点,这些分歧主要源于对地质证据的不同解读和理论模型的差异。通过对该地区马鬃山泥盆纪花岗岩的详细分析,发现这些岩石具有显著的富K、贫Na特征,属于高钾钙碱性系列,可能来源于地壳深部的熔融过程。此外,这些岩石还显示出过铝质花岗岩的特性,这通常与特定的构造环境和源区成分有关。在稀土元素分布上,轻稀土元素和重稀土元素的明显分异,以及轻微的Eu异常,进一步指示了岩浆分离结晶过程中的复杂行为。该岩体相对富含Cs、Rb、Ba、Th、U和K等元素,而相对缺乏Nb、Ta、P和Ti等元素。利用LA-ICP-MS对锆石进行U-Pb定年分析,获得(396.3±3.5)Ma的年龄数据,说明岩体形成于早泥盆世。源区岩石主要由杂砂岩组成,可能指示了岩浆源区的沉积岩成分。马鬃山二长花岗岩的成因类型被确定为S型花岗岩,这类岩石通常与陆壳的重熔作用有关,其形成与地质历史上的同碰撞—后碰撞构造环境密切相关。综上所述,北山造山带的俯冲作用在早泥盆世已经结束,区域地质构造已经从俯冲阶段过渡到后碰撞阶段。

关键词：构造-岩浆演化地球化学花岗岩锆石U-Pb年龄成因泥盆纪北山造山带

不同含水率花岗岩单轴压缩力学特性及破坏特征研究

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金属矿山 2025年第1期 81-88页

作者：庞建勇王宇巩义鑫李垂宇安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

为探究不同含水率花岗岩受荷作用下的力学特性及破坏特征。针对不同含水率条件下花岗岩开展单轴压缩试验,基于应力—应变曲线,分析了力学弱化特征,从宏观角度探究花岗岩变形破坏模式,通过能量理论计算,得出能量演化规律。研究结果表明:... 详细信息

为探究不同含水率花岗岩受荷作用下的力学特性及破坏特征。针对不同含水率条件下花岗岩开展单轴压缩试验,基于应力—应变曲线,分析了力学弱化特征,从宏观角度探究花岗岩变形破坏模式,通过能量理论计算,得出能量演化规律。研究结果表明:花岗岩试样应变软化特征明显,且随着含水率增加,峰值应力逐渐减小,非线性增加趋势明显,且伴有局部起伏涨落的趋势;花岗岩试样的抗压强度、弹性模量、脆性指标均随含水率增加而减小,饱和试样与干燥试样相比下降了40.1%、33.8%、61.8%;破坏模式随含水率增加而改变,崩落破坏时剧烈程度逐渐降低,干燥花岗岩呈现脆性劈裂破坏,破坏面以近竖直裂纹为主,低含水率花岗岩的破坏模式为拉—剪复合破坏,花岗岩近竖直裂纹数量减少,倾斜裂纹增多,随含水率增大呈现拉—剪复合破坏减少而剪切破坏增多,饱和岩样以剪切破坏为主,破坏面主要为倾斜破裂面;花岗岩的含水率越大,吸收能量的能力减弱,储能速率降低,但能量耗散现象显著。研究结果可为富水地区硬岩地下工程岩石工程灾害防控提供参考。

关键词：花岗岩单轴压缩含水率破坏特征能量演化

高温与循环冷却对花岗岩抗剪强度影响试验研究

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矿业研究与开发 2025年第3期45卷 137-147页

作者：马双泽陈伟吕聪聪张塑彪张帆湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北武汉430068

增强型地热系统进行干热岩开采过程中,高温和循环冷却会导致热储岩体损伤,改变其物理力学性能和微观结构,影响岩体渗透率及开采效率。采用不同冷却方式对400℃高温处理后的花岗岩试样进行循环冷却处理,在不同法向应力下进行剪切渗透试验... 详细信息

增强型地热系统进行干热岩开采过程中,高温和循环冷却会导致热储岩体损伤,改变其物理力学性能和微观结构,影响岩体渗透率及开采效率。采用不同冷却方式对400℃高温处理后的花岗岩试样进行循环冷却处理,在不同法向应力下进行剪切渗透试验,结合三维形貌和扫描电镜试验对花岗岩的剪切断裂面进行分析。结果表明,花岗岩抗剪强度和剪切位移随法向应力的增加而增大;抗剪强度随循环冷却次数的增加而降低,水冷却试样抗剪强度下降更明显;黏聚力随循环冷却次数的增加而降低,内摩擦角变化不显著。初始渗透率随法向应力增大而减小,水冷却试样初始渗透率高于自然冷却试样1~2个数量级;渗透率最小值对应的剪切位移随循环冷却次数的增加先增大后减小,随法向应力的增大而增大;随着循环冷却次数的增加,自然冷却试样晶间裂隙增多,穿晶裂隙宽度增大,水冷却试样次生裂隙增多并出现晶体断裂。研究结果可为干热岩开采提供理论基础和技术支持。

关键词：花岗岩高温循环冷却抗剪强度渗透率

地下储氢洞室模型试验中花岗岩相似材料的配合比试验研究

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济南大学学报(自然科学版) 2025年第2期39卷 212-220页

作者：陈祎李树忱张博钦袁超山东大学齐鲁交通学院山东济南250002 山东大学未来技术学院山东济南250002 岩土与地下工程研究院山东济南250061

为了满足地下储氢洞室模型试验中花岗岩相似材料容重、抗压强度、弹性模量、内摩擦角均应较大的要求,以石英砂、重晶石粉、铁精粉为骨料,石膏为胶结材料,聚羧酸减水剂、粉煤灰为调节材料,水为拌合剂,制备花岗岩相似材料,通过正交设计开... 详细信息

为了满足地下储氢洞室模型试验中花岗岩相似材料容重、抗压强度、弹性模量、内摩擦角均应较大的要求,以石英砂、重晶石粉、铁精粉为骨料,石膏为胶结材料,聚羧酸减水剂、粉煤灰为调节材料,水为拌合剂,制备花岗岩相似材料,通过正交设计开展花岗岩相似材料配合比试验,测定不同配合比条件下花岗岩相似材料的物理力学性质,并分析各正交设计因素对花岗岩相似材料物理力学参数影响的敏感性。结果表明:花岗岩相似材料密度主要受铁精粉含量的影响,并且随着铁精粉含量的增大而增大;花岗岩相似材料的单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度受各正交设计因素影响的规律相近,并且随着重晶石粉、铁精粉与骨料的质量比以及石膏与骨料的质量比即胶骨比的增大而增大;各正交设计因素对花岗岩相似材料泊松比的影响均不显著,不同配合比条件下泊松比的波动范围较小;花岗岩相似材料的黏聚力主要受胶骨比的影响,并且随着胶骨比的增大而增大;花岗岩相似材料的内摩擦角主要受石英砂与骨料的质量比以及胶骨比的影响,并且随着以上2个正交设计因素的增大而增大,石英砂与骨料的质量比对内摩擦角的影响极其显著,胶骨比对内摩擦角的影响显著;不同配合比条件下花岗岩相似材料的物理力学参数取值分布较广,可以满足大部分地下储氢洞室模型试验对花岗岩相似材料的要求,同时可作为硬岩质类相似材料的选择和配合比优化的依据。

关键词：地下储氢花岗岩相似材料配合比试验极差分析方差分析多元线性回归

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