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《中南大学》 2000年
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脆性断层构造的三维几何模型研究

唐诗佳  
【摘要】: 脆性断层是地壳浅层中广泛发育的一种基本构造型式。如何利用现存的构造形 态、岩性、应力场和岩石力学试验资料等对脆性断层的空间分布、延伸情况作出科 学的预测,是地质找矿、地震预测和工程建设所面临的难题。在总结前人工作的基 础上,针对如何正确预测脆性断层在空间分布的难题,本文从以下几个方面对脆性 断层的二维几何特征进行了较深入的研究。 1.在相似理论的基础上,用石英砂、水泥和石膏按一定比例合成的模型材料对 脆性断层的形成进行了实验研究。对有无预制裂纹的模型材料,实验脆性断层的形 成都经历了裂隙的初始开裂、扩展和破坏等三个阶段。二者的主要区别在于裂纹的 初始开裂方式和应力值的大小。无预制裂纹样品的初始开裂是在样品的中心部位产 生与轴向应力近平行的裂隙;含预制裂纹样品的初始开裂是沿先存裂隙尖端附近, 与轴向应力成较小角度的方向开始的,预制裂纹本身几乎没有产生扩展,其开裂的 应力值明显低于无预制裂纹样品。 2.通过在不同时刻停止实验进行切片观测和运用分形几何学方法对实验脆性断 层不同部位、形成不同阶段的三维几何特征进行了定性和定量的研究。实验脆性断 层是由形态简单、单个裂隙规模较大的中心部位和形态复杂、次级裂隙发育的尾端 部位及发育雁行小裂隙的损伤带等三部分构成。在脆性断层的形成过程中,从裂纹 的开裂、扩展到样品的破坏,脆性裂隙的分维值逐渐增加,真实的反应了裂隙在此 过程中逐渐变复杂的过程;实验断层在纵剖面上不同部位和横剖面上的分维值大小 都反应了脆性裂隙形态在这些部位的复杂程度和其很好的自相似特征。 3.实验断层的形成是一个微观到宏观,由微裂纹扩展形成网络裂隙,再由网络 裂隙相互连接贯通形成宏观断层的逐级递进连通过程。岩石内裂纹尖端的集中弹性 应力和自由面镜像力的相互作用,使塑性区内首先扩展的裂纹成雁行排列;而扩展 裂纹与主应力夹角的逐渐减小则是裂纹附近张应力和剪应力集中点的变化所致。 4.运用分子动力学、离散元法和大变形网格法对脆性断层的形成过程、三维几 何形态和应变场进行了系统的数值模拟。数值模拟形成的脆性断层在平行轴向应力 的纵剖面上,中心部位的宽度最大、剪应变强度也最强;而向两端部位剪切带宽度 中南大学博土学伎论义 槽 要 和剪应变强度则逐渐减小至消失。在垂直轴向应力的横剖面上,脆性裂隙扩展的规 模随纵剖面上断层的不断发展而增加,同时剪应变强度也随之不断增强。 5 通过野外实例验证了实验模型和数值模型正确性,并综合实验模拟、数值模 拟和野外实际观测的结果,建立了脆性断层完整的三维几何形态模型:从中心到尾 端分别由主断层一一叫卜 马尾状分支裂隙带一一伶 雁行状裂隙带一一一卜 术变形带 所构成。利用脆性断层三维几何模型,结合研究区的具体情况,就能够较好的确定 现存构造断层在整个断层中的位置,正确预测脆性断层在二维空间的分布和延伸情 况,从而指导找矿和工程建设。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2000
【分类号】:P542

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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7 秦四清;胡瑞林;马凤山;孙强;王媛媛;李曼;;我国滨海城市地面沉降的研究现状与发展趋势——以天津市为例[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第七卷)[C];2008年
8 范立亭;;桂东北苗儿山地区走滑构造动力学演化及其对铀成矿的制约[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第1册)[C];2009年
9 方适宜;范立亭;舒孝敬;陶志军;韩祺明;;苗儿山大型铀矿集区成矿潜力分析与勘查评价[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第1册)[C];2009年
10 聂德新;张咸恭;韩文峰;;坝基岩体抗滑稳定分析中软弱层带抗剪参数偏低的主要原因分析[A];全国第三次工程地质大会论文选集(上卷)[C];1988年
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10 徐松林;PTFE/A1含能反应材料力学性能研究[D];国防科学技术大学;2010年
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1 孔令志;纳米陶瓷超声振动磨削表面/亚表面损伤机理研究[D];河南理工大学;2010年
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3 潘建武;含单一天然弱面岩石试样的力学特性研究[D];河南理工大学;2010年
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10 李新凤;砂岩含水层富水性预测及水害危险性评价研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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7 刘春林;杨清彦;李斌会;兰玉波;;三元复合驱波及系数和驱油效率的实验研究[J];大庆石油地质与开发;2007年02期
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1 邰晓曦;介孔铈锆复合氧化物—聚合物杂化材料的制备及性能研究[D];华南理工大学;2011年
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5 张紫昭;金堆城东川河引水隧洞围岩稳定性研究[D];长安大学;2006年
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7 王宗秀;俯冲带楔体中逆冲构造的形成及演化──构造物理模拟实验研究[J];地球学报;1995年02期
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【相似文献】
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7 易兵;薛建;王元新;王者江;董瑞春;;综合物探对复杂场地稳定性评价的应用效果[A];中国地球物理第二十一届年会论文集[C];2005年
8 孙亮;;高瓦斯条件下联合支护技术在过断层中的应用[A];第四届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2009年
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1 记者 魏东 通讯员 朱兴忠 商於任 王海涛;许厂煤矿4303孤岛工作面安全产煤近190万吨[N];科技日报;2009年
2 佰忠 矿研 本报记者  谢平;构建和谐发展新矿区[N];黑龙江日报;2006年
3 张峰;安徽淮北矿业工程公司十月份月创产值近亿元[N];中华建筑报;2007年
4 本报特约记者 陈乃文;靠科技攻克“豆腐渣”地质难题[N];中国交通报;2004年
5 陈乃文;靠科技攻克“豆腐渣”地质难题[N];中国交通报;2004年
6 邓蓓蓓 王锦榕;福建新探明一煤炭资源区[N];中国矿业报;2006年
7 杨兆武;“洞庭”峡谷出东宁[N];黑龙江日报;2004年
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10 郝海周;重重峰林立太行[N];地质勘查导报;2007年
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1 王一重;构造断层的相干识别技术[D];吉林大学;2009年
2 邱士利;基于GIS的岩溶地下水富水性评价方法研究[D];中国地质科学院;2006年
3 何秦娥;变密度二度断层重力正反演及其应用[D];长安大学;2008年
4 颜蕊;沉积岩区雷达遥感成矿信息提取方法及应用研究[D];山东科技大学;2006年
5 陈石;利用重力异常进行三维断层参数反演方法研究[D];长安大学;2005年
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7 胡春岭;里彦矿灰岩水对下组煤安全开采影响的研究[D];山东科技大学;2005年
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