脆性断层构造的三维几何模型研究

摘要

脆性断层是地壳浅层中广泛发育的一种基本构造形式.该文从以下几个方面对脆性断层的三维几何特征进行了较深入的研究.1、在相似理论的基上,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.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形和定量和研究.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.4、运用分子动力学、离散元法和大变形网络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.5、通过对野外实例验证了实验模型和数值模型的正确性,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.

目录

文摘

英文文摘

前言

第1章脆性断层构造三维几何模型研究评述

1.1脆性断层构造三维几何模型研究的意义

1.2研究现状和进展

1.3主要方法评述

1.4存在的问题及发展趋势

1.5本次工作的内容

第2章地壳岩石的力学性能

2.1地壳的岩石组成

2.2地壳岩石的力学性质

2.3岩石的变形机制

2.3.1岩石的塑性变形

2.3.2岩石的弹性变形机制

2.4浅地壳岩石的变形机制

2.5小结

第3章脆性断层的实验模拟

3.1 引言

3.2实验方法的选择

3.3相似理论简介

3.3.1模拟实验的基本原则

3.3.2相似三定理

3.4相似指标的确定

3.5模型材料的合成和实验模型的设计

3.5.1模型材料力学参数的计算

3.5.2模型材料的合成

3.6实验仪器和方法

3.6.1实验仪器

3.6.2实验方法

3.7小结

第4章实验断层的形成过程和变形特征

4.1样品破坏前的特性

4.2样品破坏过程中的变化特性

4.2.1无预制裂纹模型

4.2.2有预制裂纹模型

4.3实验断层形成的递进连通模型

4.3.1递进连通模型

4.3.2形成机制探讨

4.4小结

第5章实验断层的三维几何特征和分形特征

5.1实验断层的三维几何形态特征

5.1.1纵剖面上的几何特征

5.1.2横剖面上的几何特征

5.2实验断层的分形特征

5.2.1分维数的计算方法

5.2.2实验断层形成过程中的分形特征

5.2.3纵剖面上的分形特征

5.2.4横剖面上的分形特征

5.3小结

第6章脆性断层的数值模拟

6.1前言

6.2数学模型

6.2.1完整介质的相互作用力

6.2.2动力学方程

6.2.3参数的设置

6.3数值模拟

6.3.1大变形网格法简介

6.3.2脆性裂隙扩展的数值模拟结果

6.4与物理模拟结果的对比

6.5小结

第7章断层实例

7.1小规模的脆性裂隙

7.2大规模的脆性断层

7.2.1锡矿山西部大断层

7.2.2阿尔金断裂带

7.2.3湘西金矿的含矿断层

7.2.4清水塘铅锌矿矿脉的形态模型

7.3脆性断层的综合模型

第8章结论

致谢

附录Ⅰ拖带坐标系网格法的数学推导

附录Ⅱ数值模拟程序说明

博士生期间科研成果

作者在博士期间发表论文目录

参考文献