溫壓耦合作用下巖石磁組構(gòu)響應(yīng)特征研究及應(yīng)用.pdf

1、磁組構(gòu)作為一種快速、經(jīng)濟(jì)和無損性的巖石組構(gòu)測量手段，在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。以往對巖石磁組構(gòu)的研究，大多停留在對巖石受力變形與磁組構(gòu)關(guān)系的定性描述，或用于解決區(qū)域構(gòu)造、變形演化等實(shí)際問題。探討不同變形環(huán)境下，巖石壓裂過程中磁組構(gòu)對應(yīng)力的響應(yīng)特征仍然是當(dāng)前磁組構(gòu)理論研究的前沿核心問題之一。此外，山西太谷斷裂帶和韓城斷裂帶是汾渭地塹系中2條重要的邊界控制斷裂，該區(qū)域也是山西省重要的煤、鐵、石膏等采礦工業(yè)聚集區(qū)。由于區(qū)域內(nèi)缺乏有效的

2、應(yīng)變指示標(biāo)志，系統(tǒng)的構(gòu)造應(yīng)力場研究較少，影響了采礦工程區(qū)域地應(yīng)力場的精確構(gòu)建。
　　本文依托中國地震局地震動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所古地磁與年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的巖石力學(xué)、巖石磁學(xué)及古地磁學(xué)實(shí)驗(yàn)條件及設(shè)備，以火成巖為研究對象，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了常溫加載、常壓變溫、恒載變溫與溫壓耦合作用下巖石磁組構(gòu)對受力變形的響應(yīng)特征研究。同時借鑒巖石變形破裂過程中電磁輻射機(jī)理的研究方法，進(jìn)行了巖樣的聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，分析探討了磁組構(gòu)響應(yīng)

3、的細(xì)觀機(jī)理。最后，基于巖石磁組構(gòu)理論，結(jié)合野外填圖過程中獲得的地質(zhì)構(gòu)造資料與區(qū)域內(nèi)地震震源機(jī)制解的應(yīng)力張量反演，研究了山西太谷斷裂帶與韓城斷裂帶區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的方向、分布及演化特征。本文主要得到以下研究結(jié)論：
　　1)常溫單軸加壓過程中，隨著載荷的不斷增加，巖樣的平均磁化率與磁化率各向異性度緩慢上升；形狀因子明顯升高；磁面理逐漸發(fā)育；磁化率橢球體由“鉛筆型”向“扁球型”演化；磁化率橢球體最大軸和中間軸圍繞最小軸快速旋轉(zhuǎn)，在下半球等

4、面積投影圖中，最大軸投影向投影中心靠攏，而中間軸投影大致沿著相同方位趨于遠(yuǎn)離投影中心。
　　2)常壓變溫條件下，隨著溫度的不斷升高，在240℃以下巖樣平均磁化率呈上升趨勢，當(dāng)溫度達(dá)到240℃之后，平均磁化率總體轉(zhuǎn)折下降；伴隨溫度的持續(xù)升高，磁化率各向異性度、形狀因子、磁化率橢球主軸方位、及磁化率橢球體三個主軸的下半球等面積投影均未呈現(xiàn)規(guī)律性變化趨勢。這表明巖石受熱過程中往往存在伴隨礦物的生成和轉(zhuǎn)化，造成磁化率的升高或者降低；加熱過

5、程中的熱作用和熱蝕變在一定程度上弱化了巖石磁化率各向異性。溫度對巖石磁組構(gòu)的影響受其所含磁性礦物種類、含量、粒度、礦物優(yōu)選方位及物化反應(yīng)等共同作用的影響。
　　3)溫壓耦合作用下，巖體力學(xué)特性劣化明顯，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化更加劇烈，磁組構(gòu)對巖樣變形破壞的響應(yīng)更為顯著。巖石磁組構(gòu)的變化主要受控于加載造成的形變，同時，載磁礦物種類的多樣性，溫度變化產(chǎn)生的熱化學(xué)反應(yīng)和熱蝕變等因素使巖石磁組響應(yīng)特征更加復(fù)雜化。
　　4)韓城斷裂帶NE段邵家

6、嶺、渚北莊與上峪口3個剖面巖石磁學(xué)與磁組構(gòu)特征研究揭示韓城斷裂帶NE段總體受控于NW-SE向的拉張應(yīng)力，兼有相對較弱的NE-SW向水平擠壓應(yīng)力作用。斷裂帶不同區(qū)域的應(yīng)力作用存在一定的差異，上峪口與渚北莊受到的水平擠壓應(yīng)力相對較弱，邵家?guī)X則表現(xiàn)出較強(qiáng)的擠壓應(yīng)力作用。
　　5)太谷斷裂帶磁組構(gòu)研究揭示該斷裂帶受控于NW-SE向的拉張應(yīng)力，兼有相對較弱的NE-SW向水平擠壓應(yīng)力作用，與野外地質(zhì)證據(jù)及發(fā)生在斷層上的地震震源機(jī)制解吻合，也與