岩石中爆炸波传播的数值模拟

采用一维球对称流体弹塑性模型模拟了一系列ＴＮＴ填实爆炸引起的周围岩石动力学参量的变化,根据计算结果拟合了岩石中峰值应力、粒子速度、加速度及位移的近似公式,并与一些文献中提供的实测结果进行了比较,说明数值模拟可为爆破工程、安全评估提供参考。     

关于岩石三阶弹性常数的超声测量方法

油气储层岩石的三阶弹性常数反映了该岩石的速度应力敏感性,是利用声波测井或地震资料进行原位地应力反演的基本参数。本文阐述了利用声弹性理论在实验室测量岩石三阶弹性常数的原理与方法,并给出了部分实验结果。这些参数将为研究声波在预应力声场中传播规律的提供基础数据,同时也为定量分析利用交叉偶极声波测井评价地应力的精度提供了依据。不同岩石的三阶弹性常数较大差异表明,通过速度各向异性进行应力反演时必须考虑岩石本身非线性的差异。     

近红外光谱对天然岩石中矿物成分含量测定的研究

使用近红外光谱仪获取由高岭土、白云母和蒙脱石三种岩石矿物粉末混合成的模拟天然岩石样本的近红外漫反射光谱信息,通过标准归一化(standard normal variable)的方法对光谱数据进行预处理,采用随机森林(random forest)进行数学建模,对岩石样本的组成成分进行预测,预测得到三种岩石成分最小均方根误差分别为：0.088 0,0.095 6,0.121 2。实验结果表明应用近红外漫反射光谱来测定天然岩石中各种矿物成分的含量是可行的,为今后岩石成分的快速检测提供了理论依据。     

岩石特性的编码激励超声参数表征及分析

编码激励技术是提高超声穿透能力和分辨率的有效手段。为分析岩石特性对编码信号脉冲压缩性能的影响,通过数值模拟以及不同岩石的超声检测实验,研究并比较了几类编码信号的检测效果。结果表明幅度加权线性调频信号(TLFM)调制的Barker码信号(BTL)受到的信噪比损失低于正弦调制Barker码信号(BS),而分辨率损失要低于TLFM信号。实验结果验证了编码激励技术的有效性,为岩石超声检测中编码参数的设置提供了依据。      

岩石密度及磁化率与反射光谱特征关系研究

通过对三大岩类中15种岩石样本（样本总数目达208块）进行取样测定,获得其密度、磁化率以及波段350～2 500 nm的反射光谱数据。以研究岩石物性（密度及磁化率）与其不同波段反射率相关性,求取了相关系数曲线。根据试验结果曲线,进一步对具有岩石反射率定性及定量探讨岩石密度及磁化率前景的岩石种类及波段进行了总结,并且对几种岩石相关系数曲线的特征进行了归纳。认为通过岩石反射率间接获取岩石密度及磁化率的研究思路具有一定意义及可行性。     

二维水槽中岩石坠落激发表面波的生成机制

针对二维水槽中岩石坠落激发表面波的生成机制进行数值和实验室研究,其中数值模型使用边界元方法求解完全非线性势流函数,实验室研究测得不同时刻的波面位移并用于检验数值模型.研究表明,数值结果和实验结果比对良好,这种基于势流函数理论的数值模型能够有效模拟水中岩石坠落激发表面波的生成过程.进一步数值研究了生成波最大位移随岩石大小、密度、初始位置和下落角度的变化,结果发现：岩石大小和密度对生成波最大位移的影响非常重要,而岩石初始位置和下落角度对生成波最大位移的影响较为显著.当岩石大小变大,密度变大,岩石初始位置更靠近 关键词： 水中岩石坠落 波浪生成 边界元方法 波浪破碎     

微波消解/AAS测定铁路岩石边坡创面人工土壤中的重金属含量

岩石边坡创面人工土壤的重金属含量直接关系到边坡植被的恢复。优化了微波消解-原子吸收分光光度法(AAS)的分析条件,建立了测定人工土壤中重金属元素的方法,分析评价了铁路岩石边坡人工土壤的重金属污染状况。结果表明：最佳消解体系为HNO₃-H₂O₂-HF,回收率在95%～105%之间、精密度和相对偏差分别小于4%和5%。铁路岩石边坡创面人工土壤中Cd,Pb,Zn的浓度显著高于对照土壤,其浓度分别为对照土壤的4.7,1.3,1.2倍;但Cr,Cu,Fe的浓度与对照土之间无显著差异。本研究为人工土壤中重金属元素的测定提供了可靠方法,为铁路岩石边坡的治理提供依据。     

晶体大小分布对高压下岩石纵波速度影响的初步研究

 对化学成分、矿物成分、矿物含量及矿物定向性相近的4块新生代粗面玄武岩样品进行了橄榄石晶体大小分布和高压条件下纵波速度测量，讨论了晶体大小分布对高压条件下岩石纵波速度测量的影响。初步认为，如果岩石中有94%的矿物颗粒小于0.54 mm，那么，在高压条件下使用谐振频率为1 MHz的换能器（PZT）测量的岩石纵波波速不受岩石中矿物晶体大小分布的影响，所得的岩石纵波速度实验测量结果可以严格地与地球物理资料进行对比。     

岩石材料冲击开坑行为研究

岩石材料的含孔隙、含水等细观特性对其宏观动力学性能有十分重要的影响,进而影响岩石材料的冲击开坑等动力学行为。采用实验研究和数值仿真分析相结合的方法,围绕含水岩石和干燥岩石的动态力学性能,研究岩石材料的冲击飞溅特性和成坑形态。基于高速破片发射平台,开展岩石材料的冲击开坑实验,分析对比含水岩石和干燥岩石在高速冲击下的开坑效应,以及冲击后成坑形态和喷溅效果。基于实验结果,进行了高速冲击开坑数值模拟研究。研究结果表明:在高速冲击开坑中,含水岩石的坑深小于干燥岩石,其形成的圆锥角度和喷溅速度均大于干燥岩石;岩石的细观特性可以很好地反映宏观力学响应,水的存在弱化了孔隙的作用,对岩石材料的动态力学性能有显著的影响。     

基于高光谱热红外发射率光谱的地表岩石CaO含量定量估计

通过对西藏冈底斯山东段23种岩石固体样本的野外发射率光谱测量,分别分析了这些样本的CaO含量与热红外发射率原始光谱和一阶微分光谱的相关关系。在此基础上,建立了几种典型的回归模型,并对各种建模结果进行了比较。结果表明,利用高光谱热红外发射率光谱反演地表岩石CaO的含量是可行的;地表岩石CaO含量与热红外发射率光谱特征之间有较好的对应关系;在10.3～13μm波长范围内,岩石的发射率随CaO的含量增加而降低;相比原始发射率光谱,一阶微分光谱具有更好的预测效果。结果为遥感岩矿识别提供了一种新的思路。     

基于数字散斑相关法的岩石材料力学性能的测试

岩石在外力作用下会发生形变,发现和了解岩石材料的形变、应力分布等对避免灾害会起到重要的预警作用。采用高精度的数字散斑相关技术,对岩石材料形变、应力和应变进行了非接触式测量。为验证实验结果的有效性,电阻应变计贴附于采集区附近并且实验结果与电测结果吻合较好。表明数字散斑相关测量技术能够用于岩石等材料的形变检测,预报变形信息,结果可以定量和定性显示。     

基于岩石重构图像的核磁共振响应模拟

能够反映孔隙介质内部真实复杂结构的CT图像经常被用于模拟研究中并能取得较好的结果. 但是,在很多情况下缺少三维CT图像或者其分辨率受限,此时,更易于获取的二维薄片图像被用于构建三维的孔隙结构图像. 假定孔隙介质各向同性,基于二维图像,使用多点统计方法可以构建岩石的三维孔隙结构. 基于数字图像,采用随机游走方法模拟得到核磁共振响应,然后由模拟得到的回波串反演得到T₂分布. 研究表明,岩石重构图像中的模拟结果与CT图像中的模拟结果有较好的一致性. 基于数字图像的核磁共振响应模拟为分析不同孔隙结构的核磁共振响应提供了便利,同时,模拟结果也为验证孔隙结构的重构效果提供了依据.     

基于岩石光谱吸收特征的白云母含量反演

岩石是由多种矿物组成,其反射率光谱吸收特征与矿物含量之间存在紧密联系,矿物光谱在特定波段处的光谱吸收特征是定量估算含量的重要指标之一。为提升岩石光谱吸收特征定量反演矿物含量的准确度与精度,以白云母为研究对象,分析岩石光谱在2.2 μm附近的光谱吸收特征及其白云母含量,采用Savitzky-Golay平滑滤波和连续统去除法对岩石光谱反射率进行处理,进而提取光谱吸收特征参数（吸收深度、吸收宽度、吸收面积）,分析岩石光谱在2.2 μm附近吸收特征与白云母含量之间的相关性。研究中采用单一吸收特征建立统计模型、多维吸收特征建立偏最小二乘法（PLS）和多层感知器（MLP）模型,对岩石中白云母含量与光谱吸收特征参数进行分析,进而提出一种非线性预测岩石中矿物含量的方法。研究结果表明,岩石光谱在2.2 μm附近的光谱吸收特征中,吸收深度与白云母含量之间的相关性最高。基于单一吸收特征的统计模型中,二次曲线模型对吸收深度拟合的效果最佳,R2为0.935 0,RMSE为0.063 0,岩石光谱的吸收深度随白云母丰度满足二次曲线变化,岩石中白云母的含量越高,岩石光谱吸收深度值越大;基于多维光谱吸收特征的PLS模型相较于MLP模型拟合的效果更佳,其R2为0.947 7高于MLP的0.901 2,RMSE为0.002 7低于MLP的0.005 1;整体上,多维模型优于单一维度模型,PLS模型反演能力最佳,该模型在预测白云母含量上具有运算量小、精度高的特点。通过分析岩石在诊断特征处的光谱吸收特征,为其矿物组分的含量等进行定量反演提供理论参考,为矿产资源监测与评估提供快速高效便捷的方法。     

火成岩光谱吸收深度与矿物组分黑云母含量关系研究

岩石的矿物组成成分是影响其反射光谱特征的主要因素之一,是产生各类岩石特征谱带的重要原因。本文选择美国喷气推进实验室提供的岩石样本(包括组成岩石样本的各类矿物百分含量和用Analytical Spectral Devices (ASD)地物光谱仪测得0.35～2.50 μm波长范围内岩石样本光谱反射率)、岩石所包含的各类矿物的光谱反射率为基础数据,根据岩石和所含矿物的光谱线性混合模型,首先进行了岩石及其矿物成分线性混合模拟实验,实验结果表明基于线性混合光谱理论的岩石矿物模拟模型能够较好的模拟岩石光谱曲线,并且能够保留各个矿物组分的吸收特征。然后从火成岩的岩石光谱中选出含有黑云母矿物的八个样本,研究岩石样本中黑云母含量及其在2.332 μm处反射光谱吸收深度的特征,用线性和非线性等多种常用统计模型拟合了岩石光谱吸收深度与矿物组分黑云母含量之间的响应关系,最后本文将增长型(Growth)和指数曲线型(Exponential)两个模型相结合获得新的拟合模型,利用该模型拟合了岩石光谱吸收深度与矿物组分黑云母含量之间的统计响应关系,拟合结果表明二者的相关系数达到0.998 4,标准偏差为0.57 2,虽然利用Growth和Exponential模型拟合的标准偏差小于两个模型结合后的新模型拟合的标准偏差,但新模型的相关系数有了显著提高,这说明新模型拟合效果更接近样本的实测值。     

火成岩光谱吸收深度与矿物组分黑云母含量关系研究（英文）

岩石的矿物组成成分是影响其反射光谱特征的主要因素之一,是产生各类岩石特征谱带的重要原因。本文选择美国喷气推进实验室提供的岩石样本(包括组成岩石样本的各类矿物百分含量和用Analytical Spectral Devices(ASD)地物光谱仪测得0.35~2.50μm波长范围内岩石样本光谱反射率)、岩石所包含的各类矿物的光谱反射率为基础数据,根据岩石和所含矿物的光谱线性混合模型,首先进行了岩石及其矿物成分线性混合模拟实验,实验结果表明基于线性混合光谱理论的岩石矿物模拟模型能够较好的模拟岩石光谱曲线,并且能够保留各个矿物组分的吸收特征。然后从火成岩的岩石光谱中选出含有黑云母矿物的八个样本,研究岩石样本中黑云母含量及其在2.332μm处反射光谱吸收深度的特征,用线性和非线性等多种常用统计模型拟合了岩石光谱吸收深度与矿物组分黑云母含量之间的响应关系,最后本文将增长型(Growth)和指数曲线型(Exponential)两个模型相结合获得新的拟合模型,利用该模型拟合了岩石光谱吸收深度与矿物组分黑云母含量之间的统计响应关系,拟合结果表明二者的相关系数达到0.998 4,标准偏差为0.57 2,虽然利用Growth和Exponential模型拟合的标准偏差小于两个模型结合后的新模型拟合的标准偏差,但新模型的相关系数有了显著提高,这说明新模型拟合效果更接近样本的实测值。     

基于FBG-FPI光纤传感器的岩石含水率光纤超声检测

提出了一种基于光纤超声传感技术的岩石含水率检测新方法。在实验中,以压电换能器（PZT）发出的1 MHz超声波作为声源,采用超声波透射法,通过刻写在细芯光纤中的一对光纤光栅检测岩石的超声波信息（包括时域以及频域的结果）,并与相同条件下的PZT接收结果进行比较。随着岩石含水率的增加,光纤传感器表现出与PZT相似的响应趋势,且测得的含水率绝对偏差较小,充分证明了光纤探测岩石含水信息的可行性和优越性。     

粗糙度对岩石热红外光谱解混影响的实验研究

现有的岩石热红外光谱解混,大多针对颗粒岩石,无法满足自然界块状岩石高精度光谱解混的要求。研究将粗糙度作为影响光谱发射率与解混精度的考虑因素,研究块状岩石的热红外光谱解混问题。以自然岩石表面形态为依据,设计了三个粗糙度等级;顾及到岩石的结构情况,采用矿物块体拼接的方法模拟制作了3种块状岩石;通过相同和不同粗糙度的解混实验,来研究自然界块状岩石的表面粗糙度对岩石光谱特征和光谱解混的影响规律。结果表明,当矿物端元与岩石在相同粗糙度下光谱线性解混时,效果较好;而在不同粗糙度下解混时,60个解混结果中有48.3%误差超过5%,最大达到25.3%。基于此,建议在实际岩矿高光谱定量遥感中,应该充分考虑粗糙度对光谱解混的影响。     

脉冲放电破岩等离子体通道长度预测方法

针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题,构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数,提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型,采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解,模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数,利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级,且两者的相对误差小于10%,为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。     

内蒙古东升庙白垩系红层的近红外光谱分析

在内蒙古东升庙矿区西部采取白垩系红层岩心及地表风化土壤样,用近红外光谱分析技术对各个样品进行测试分析。结果表明,近红外光谱技术能通过矿物中各基团的特征吸收峰快速鉴别出矿物,东升庙矿区西部白垩系红层为泥质胶结主要由石英、长石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、白云母等组成,其矿物组成主要受到上游物源区影响;其崩解主要为蒙脱石等粘土矿物吸水膨胀,失水收缩不均匀,使原有裂隙扩大并产生新的裂隙,导致强度降低,发生崩解;根据其粘土矿物的组合推测其风化过程中气候以寒冷干燥为主,风化过程主要为物理风化。研究结果一方面可以完善该矿区地质特征,另一方面表明在矿物光谱学的基础上,近红外光谱分析技术可以有效地分析土壤和岩石的矿物成分,从而论证了近红外光谱分析技术应用于土壤、岩石矿物的的快速分析可行性,表明了其在地质研究中的可行性,为以后的土壤、岩石研究提供新思路。     

不同种类岩石的太赫兹光谱特征研究

准确认识不同种类的岩石特征对地质构造、结构与年代的判断至关重要。常规光学显微手段虽然可以对岩石的颜色与表面形貌进行直接观测,但是对岩石种类的判断往往凭靠经验,一些颜色相近的矿物容易混淆,所得结果并不准确。光谱方法能够在不同频段给出样品的多个光学参数信息,通过建立光学参数与样品自身物性的联系,可以从多个维度确定样品的性质,从而有望实现对不同矿物成分与含量定性、定量评价。太赫兹光谱具备一定的穿透能力,能够透过一定厚度的岩石,是研究岩石物理性质的合理手段。基于太赫兹光谱技术,对取自不同地区的花岗岩、灰岩、砂岩和油页岩样品进行测试,分别计算得到每个样品的等效折射率n、衰减系数a,并以a为横坐标、n为纵坐标作图,结果表明,相同岩性岩石的n与a基本呈线性相关关系,而对于不同类型的岩石,其n随a的线性变化趋势存在明显区别。进而研究了岩石中的组成、结构等信息与其太赫兹光谱响应的联系,分析了不同岩性岩石的光谱响应机制,结果表明：花岗岩与灰岩的结构较为致密,其矿物组成是影响太赫兹光谱响应的主要因素,利用太赫兹参数能够估算岩石中铁、镁元素的相对含量;砂岩的成分较为单一,太赫兹光谱响应受孔隙度的影响;而对于油页岩来说,由于有机质具有强吸收、低折射率的特点,其有机质含量越高,折射率越低,对太赫兹吸收越强。结果表明,太赫兹光谱技术有望成为岩石物理性质现有研究手段的合理补充,为其评价、分析提供新技术、新指标,有着极其光明的应用前景。