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浙江省位于中国东南方,是一个很好的在地质交代作用下有明显的蚀变的例子。在长石和黑云母形成之后,热液溶解是形成白云母的主要动力,同时也增加了花岗岩中的裂纹。花岗岩中的主要矿物是斜长石,钾长石和石英,次生矿物是黑云母和白云母。岩石的逐渐蚀变信息记录在新的花岗岩转化成的蚀变花岗岩中。交代作用是发生在岩石中的主要矿物被替换成新的、含有不同化学成分的矿物的一个化学变化过程,浙江省花岗岩的交代作用是主要的,交代过程包括由于交代变质而导致的碱性显著,也就是绢云母化作用,钾长石化作用,硅化作用。为了阐明这个蚀变关系,首先采用光学偏振显微镜来分析组构。不同的结构特征证实了浙江花岗岩的钾和硅的交代:(1)发现了热液相(绢云母化作用)(2)晚期发生的钾长石化,(3)蠕状构造的形成。(4)条纹长石组构是在后期结晶化阶段的特定顺序的交代作用和钾交代比较显著的化学环境中作用下形成的。(5)黑云母中石英过滤组构的生长。发生的这种迹象可以从岩石中薄的地方看出来。其它遭受断层作用,剪切或者横贯压力作用的火成岩的强大的平面变形区域也允许钾交代作用,从而使得钾长石花岗岩或者叶状的巨晶花岗岩的形成裂纹反映了最普遍的地壳中岩石的脆性破坏。他们控制了地貌学中的很多奇特的变形,而且在溶解运移中起着重要作用。在本研究中,根据蚀变形态,将花岗岩的岩相学与力学划分成两个阶段。用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D)对蚀变作用和花岗岩中含有的云母的结合进行了数值分析。细观研究与数值模拟结果表明:一方面,黑云母和蚀变矿物在岩石的强度和弹性模量上主要起着消极作用,另一方面,黑云母在岩石的破裂中的影响最大,这是由于物理的,矿物的和结构方面的原因造成的,因此选择新鲜的花岗岩(没有蚀变矿物)作为建筑工程材料,以防止以后花岗岩的弱化是设计的关键。
本文还用偏振显微镜和电子显微镜研究了浙江花岗岩可能的微裂纹模式。众多的观测表明热液溶解在浙江花岗岩形成开裂纹和闭合裂纹中起主要作用。用数值方法研究了花岗岩中张型微裂纹影响的连续性。微观研究和数值模拟结果表明了张型裂纹对岩石的强度和弹性模量起到的主要是消极作用。用数值试验模拟了含有微结构的岩石试件的轴向压缩,研究表明岩石试件的变形和破坏主要受到先前存在的张开的微裂纹和硬骨料的影响,而不是先前存在的闭合微裂纹。张型微结构是引起岩石结构的各向异性的因素之一。数值结果可以适用于处理岩体中的微小裂纹。研究表明,黑云母和蚀变矿物对岩石的强度和弹性模量有消极的影响,强度的降低和弹性模量的减小导致了花刚岩的破坏。数值模拟表明,使用基于岩石破裂过程分析系统RFPA2D建立的数值模型,能够更好的定性理解矿岩的破坏、变形的物理力学机理。新鲜花刚岩的单轴压缩的数值模拟试验表明,微裂隙可能聚集在石英颗粒附近,并沿轴向载荷方向扩展。而且在单轴压缩实验中,微裂隙的聚合、扩展、交叉和贯通是导致花刚岩宏观破坏的主要控制因素。实验还表明,尽管黑云母是影响变质的花刚岩的破坏的重要矿物,但云母也是在新鲜花岗岩的破坏中,石英却是最主要的。最后,根据微观研究和数值模拟实验结果而得到的对微裂隙的评估有重要意义,其中一些和矿物类型,微裂隙相关的结论可作为一种基础工具用来研究围岩中象节理、断层等大规模的裂隙。