考虑矿物细观结构的岩石数字化模型构建及其应用

为更好地从矿物细观结构层面揭示岩石破裂机制,综合采用岩石偏光显微分析、CT技术和数字图像处理技术,构建能够反映岩石实际矿物成分、含量和空间分布等细观结构特征的岩石数字化模型。数值模拟和物理实验结果表明,该模型与真实岩石实际破裂过程具有较好的一致性,能够模拟出岩石变形破坏过程不同类型矿物断裂时裂纹萌生位置、扩展方式及产生机制等细观破裂行为,实现岩石破裂过程裂纹扩展方式(穿晶、沿晶)及其力学机制(张拉、剪切)的判别与定量分析。统计分析发现,裂纹扩展方式与矿物晶体力学属性强弱有关,在强矿物晶质体处以沿晶方式进行扩展,在弱矿物晶质体处以"沿晶+穿晶"的组合方式进行扩展。此外,裂纹扩展也受其产生的力学机制影响,微破裂稳定发展阶段产生的张拉裂纹,在强矿物晶体处以沿晶方式扩展,形成晶间张拉裂纹,在弱矿物晶体处以穿晶方式扩展,形成晶内张拉裂纹;非稳定破裂发展阶段和峰后破坏阶段产生的剪切裂纹,在强、弱矿物晶质体处均以沿晶方式扩展,形成晶间剪切裂纹。从裂纹网络形成方式来看,强、弱矿物晶质体分布较为集中时,形成主干式的裂纹网络,当强、弱矿物晶质体呈离散式分布时,形成网状分布的裂纹网络。