Majella灰岩微观孔隙结构和应变局部化的定量描述
- 作者：汲云涛Stephen HallPatrick Baud黄庭芳
- 会议时间：2014-10-19
- 关键词：碳酸盐岩 ; 微观孔隙结构 ; 空间分布 ; 力学行为
- 作者单位：汲云涛(中国地震局地质研究所 北京 100029)Stephen Hall(Division of Solid Mechanics,Lund University)Patrick Baud(Institut de Physique du Globe de Strasbourg)黄庭芳(Department of Geosciences,Stony Brook University / Earth System Science Programme,Faculty of Science,The ChineseUniversity of Hong Kong)
- 母体文献：2014年中国地球科学联合学术年会论文集
- 会议名称：2014年中国地球科学联合学术年会
- 会议地点：北京
- 主办单位：中国地球物理学会
- 语种：chi
- 分类号：TE3;P64
摘要
近期的研究中,Ji et al.(2012)发展了一套利用X光微米CT定量描述宏孔隙和微孔隙的方法,并将此方法应用于Indiana灰岩,成功的获取了宏孔隙的统计信息并且描绘出微孔隙的空间分布。相对Indiana灰岩,Majella灰岩具有更高的孔隙度。本文中,笔者将此方法应用于Maj ella灰岩,获取了完整样品的高分辨率(C4微米)微CT图像,用同样的计算流程对其进行了图像分类和形态学分析,获得了Majells灰岩宏孔隙和微孔隙空间分布,并比较了两种灰岩三维微观结构的异同。在此基础上,为了研究多孔灰岩的力学行为,笔者对五组Majella灰岩样品开展实验研究。从力学曲线上看,这五块样品有各自不同的破场、模式。还对每块样品在实验前和实验后扫描得到了微米CT影像,利用三维DIC技术获得了样品不可逆变形的空间分布,并从中提取了样品的变形局部化特征。研究指出:1,微CT技术能够较好的应用与多孔灰岩三维围观结构的定量分析;2,使用多层分类算法将Majella灰岩的微CT图像分为三部分,宏孔隙域、中间域和固体域,其中中间域的X光吸收系数落在固体域和宏孔隙域之间。结合已有的显微构造研究和双孔隙度模型,中间域是由嵌入在微孔隙区域的体像素组成。由于微孔隙域的固体或者孔隙部分的尺度都太小,不足以被微CT观测到,因此其灰度介于两者之间。通过线性映射,可以利用中间域的灰度值推测其局部孔隙度。3,与之前Indiana灰岩研究得到的结果不同,Majella灰岩的孔隙度较大,孔隙结构中包含有足够多微米尺度以上的成分,所以大部分宏孔隙内部连通,存在一个贯通整个样品的宏孔隙骨架。4,将三维DIC技术应用于Majella灰岩这种高孔隙度灰岩的变形研究中。分析揭示了Majella灰岩在脆韧性过渡的机制下高角度压缩剪切带的空间结构。DIC分析还指出,围压增高导致变形带的几何结构复杂化:从平面剪切带到弯曲的剪切带,再到分散的多重条带,最终应变局部化被完全抑制,破坏模式转变为分散的碎屑流。