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蚀变岩发育规律及工程特性对大型工程建设和矿产资源勘查具有重要理论意义和应用价值。本文以浙江磐安抽水蓄能电站工程区蚀变岩为研究对象,通过现场踏勘、资料分析、室内试验、理论分析等方法,系统研究了研究区蚀变岩的岩矿特性、物理力学特性、发育成因及规律。将蚀变岩地化分析与工程特性紧密结合,回答了岩石蚀变程度分级与强度预测的科学问题。
目前对于蚀变岩的研究多通过识别、查明热液蚀变岩体的发育规律来指导矿产资源勘查,随着我国国民经济的发展,在蚀变岩地区修建的大型工程越来越多,随之蚀变岩的工程特性亦成为大型工程中常见的工程地质问题之一。由于岩石蚀变发育规律和工程特性是一个涉及多学科交叉的难题,目前还有很多关键问题未能很好解决,目前广泛采用的蚀变岩微观、地球化学等传统分析方法,虽在一定程度上解决了蚀变成因、矿物结构和成分等问题,但囿于尺度限制,其工程意义尚不明确,特别是在与工程密切相关的学科交叉领域,缺少能够服务工程现场的岩石蚀变快速识别分级理论和方法。为解决该问题,必须引入新的解决问题的方法、思路和手段。
针对当前研究中存在的问题,本文在以下4个方面开展研究:
(1)蚀变岩岩矿特性研究。根据蚀变岩野外手标本观察和薄片鉴定分析,查明了工程区岩石类型;通过蚀变岩全岩主量元素和微量元素分析、X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析,明确了工程区岩体的5种蚀变类型;基于短波红外光谱(shortwavelengthinfrared,简称SWIR)技术,识别了工程区蚀变岩中的7种蚀变矿物。
(2)蚀变岩工程特性研究。通过蚀变岩室内物理性质测试(岩石含水率试验、岩石吸水性试验、岩石颗粒密度试验及岩体密度试验)和室内单轴压缩试验,研究了蚀变岩的物理力学特性。
(3)蚀变岩发育及分布规律研究。在3种空间尺度上分析了蚀变岩发育规律,完成工程区5个平硐内岩体蚀变发育调查分析、工程区三维蚀变地质模型分析、浙江省金华幅和仙居幅区域内蚀变岩发育特征分析。研究了磐安抽水蓄能电站工程区蚀变岩的发育和分布规律。
(4)综合分析研究。通过对我国东南地区构造演化历史背景、浙江部分地区蚀变矿产分布、磐安抽水蓄能电站现场勘察等资料、数据的分析,从3种不同的空间尺度论证了浙江地区岩石蚀变主要沿NE向断裂发育的观点;引入短波红外光谱技术,通过分析,发现蚀变岩强度与短波红外区多个不同的波长点吸收峰呈线性关系,并以此为基础,结合Hoek-Brown准则,构建了岩石蚀变现场快速判别体系和方法,提出以岩石蚀变地质强度指标(AlterationGeologicalStrengthIndex,简称AGSI)估算工程区蚀变岩岩体力学参数的方法。
根据以上研究,本文的研究进展可归结为以下3个方面:
(1)提出了一种基于研究区构造演化历史的蚀变岩发育规律研究方法。该方法基于对区域地质背景及工程区地质条件的深度分析,通过对岩石蚀变成因的研究,对区域蚀变发育规律做出科学预测。另外可通过该方法间接测定岩体蚀变发育时期。
(2)基于短波红外光谱SWIR测试技术,建立了岩石蚀变现场快速识别分级方法。通过分析蚀变岩室内单轴压缩试验成果及SWIR测试成果,发现蚀变岩强度与短波红外区多个不同的波长点吸收峰呈线性关系;通过对工程区蚀变岩岩石样本的表观性状和SWIR图谱分析,建立了基于SWIR的岩石蚀变现场快速识别分级方法,将岩体蚀变等级划分为5个等级。该方法评价指标相对简单、易于掌握、可操作性强,便于现场对蚀变程度的快速识别评价和分级。
(3)提出了岩石蚀变地质强度指标AGSI,通过对Hoek-Brown强度准则的修正,建立了蚀变岩岩体力学参数估算方法。该方法基于Hoek-Brown强度准则,将岩石蚀变地质强度指标AGSI引入Hoek-Brown强度准则,结合蚀变岩室内单轴压缩试验成果,估算了工程区3个区域中2种主要类型岩体的黏聚力、内摩擦角、变形模量等力学参数,结果可为该电站工程设计施工方案的确定提供技术支持。该方法将蚀变因素纳入Hoek-Brown强度准则,拓展了该准则的应用范围。
本文建立的岩石蚀变现场快速识别分级方法以浙江磐安抽水蓄能电站工程区蚀变岩为研究对象。然而,不同地区的构造演化历史、地层岩性等地质条件的不同,导致不同地区蚀变岩岩矿特性、物理力学特性等有所差异。因此,建议选取不同地区、不同岩性的蚀变岩样本开展研究,以进一步完善本方法。另外,可采用遥感技术,在更大的空间尺度上对蚀变岩的发育规律开展调查研究。
目前对于蚀变岩的研究多通过识别、查明热液蚀变岩体的发育规律来指导矿产资源勘查,随着我国国民经济的发展,在蚀变岩地区修建的大型工程越来越多,随之蚀变岩的工程特性亦成为大型工程中常见的工程地质问题之一。由于岩石蚀变发育规律和工程特性是一个涉及多学科交叉的难题,目前还有很多关键问题未能很好解决,目前广泛采用的蚀变岩微观、地球化学等传统分析方法,虽在一定程度上解决了蚀变成因、矿物结构和成分等问题,但囿于尺度限制,其工程意义尚不明确,特别是在与工程密切相关的学科交叉领域,缺少能够服务工程现场的岩石蚀变快速识别分级理论和方法。为解决该问题,必须引入新的解决问题的方法、思路和手段。
针对当前研究中存在的问题,本文在以下4个方面开展研究:
(1)蚀变岩岩矿特性研究。根据蚀变岩野外手标本观察和薄片鉴定分析,查明了工程区岩石类型;通过蚀变岩全岩主量元素和微量元素分析、X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析,明确了工程区岩体的5种蚀变类型;基于短波红外光谱(shortwavelengthinfrared,简称SWIR)技术,识别了工程区蚀变岩中的7种蚀变矿物。
(2)蚀变岩工程特性研究。通过蚀变岩室内物理性质测试(岩石含水率试验、岩石吸水性试验、岩石颗粒密度试验及岩体密度试验)和室内单轴压缩试验,研究了蚀变岩的物理力学特性。
(3)蚀变岩发育及分布规律研究。在3种空间尺度上分析了蚀变岩发育规律,完成工程区5个平硐内岩体蚀变发育调查分析、工程区三维蚀变地质模型分析、浙江省金华幅和仙居幅区域内蚀变岩发育特征分析。研究了磐安抽水蓄能电站工程区蚀变岩的发育和分布规律。
(4)综合分析研究。通过对我国东南地区构造演化历史背景、浙江部分地区蚀变矿产分布、磐安抽水蓄能电站现场勘察等资料、数据的分析,从3种不同的空间尺度论证了浙江地区岩石蚀变主要沿NE向断裂发育的观点;引入短波红外光谱技术,通过分析,发现蚀变岩强度与短波红外区多个不同的波长点吸收峰呈线性关系,并以此为基础,结合Hoek-Brown准则,构建了岩石蚀变现场快速判别体系和方法,提出以岩石蚀变地质强度指标(AlterationGeologicalStrengthIndex,简称AGSI)估算工程区蚀变岩岩体力学参数的方法。
根据以上研究,本文的研究进展可归结为以下3个方面:
(1)提出了一种基于研究区构造演化历史的蚀变岩发育规律研究方法。该方法基于对区域地质背景及工程区地质条件的深度分析,通过对岩石蚀变成因的研究,对区域蚀变发育规律做出科学预测。另外可通过该方法间接测定岩体蚀变发育时期。
(2)基于短波红外光谱SWIR测试技术,建立了岩石蚀变现场快速识别分级方法。通过分析蚀变岩室内单轴压缩试验成果及SWIR测试成果,发现蚀变岩强度与短波红外区多个不同的波长点吸收峰呈线性关系;通过对工程区蚀变岩岩石样本的表观性状和SWIR图谱分析,建立了基于SWIR的岩石蚀变现场快速识别分级方法,将岩体蚀变等级划分为5个等级。该方法评价指标相对简单、易于掌握、可操作性强,便于现场对蚀变程度的快速识别评价和分级。
(3)提出了岩石蚀变地质强度指标AGSI,通过对Hoek-Brown强度准则的修正,建立了蚀变岩岩体力学参数估算方法。该方法基于Hoek-Brown强度准则,将岩石蚀变地质强度指标AGSI引入Hoek-Brown强度准则,结合蚀变岩室内单轴压缩试验成果,估算了工程区3个区域中2种主要类型岩体的黏聚力、内摩擦角、变形模量等力学参数,结果可为该电站工程设计施工方案的确定提供技术支持。该方法将蚀变因素纳入Hoek-Brown强度准则,拓展了该准则的应用范围。
本文建立的岩石蚀变现场快速识别分级方法以浙江磐安抽水蓄能电站工程区蚀变岩为研究对象。然而,不同地区的构造演化历史、地层岩性等地质条件的不同,导致不同地区蚀变岩岩矿特性、物理力学特性等有所差异。因此,建议选取不同地区、不同岩性的蚀变岩样本开展研究,以进一步完善本方法。另外,可采用遥感技术,在更大的空间尺度上对蚀变岩的发育规律开展调查研究。