岩爆岩石的微观研究

6.4.1 岩爆岩石断口电镜扫描分析

岩石断口微观分析是一门研究岩石破坏断裂表面的科学。在岩石力学学科领域内，从微观方面研究岩石的破坏规律，将微观破坏形貌特征同岩石微观裂纹扩展到断裂破坏的力学机制联系起来进行的研究工作，目前已引起国内外学者越来越多的重视。

为了进一步研究岩爆的形成机制，我们对二郎山隧道岩爆岩石断口特征也做了微观电镜扫描分析研究。用于分析的试样全部取自隧道轻微岩爆(Ⅰ级)、中等岩爆(Ⅱ级)和强烈岩爆(Ⅲ级)区。

通过对六个试样岩爆岩石断口电镜扫描(SEM)分析，对照标准应力下岩石力学试验断口电镜分析图谱可知，轻微岩爆(Ⅰ级)岩石断口SEM形貌特征为沿晶断裂(即完整颗粒断裂，见图6-11(a)、(b))、穿晶断裂(即解理断裂，见图6-11(c)、(d))，属拉张脆性破坏断口；中等岩爆(Ⅱ级)岩石断口SEM形貌特征为张、剪脆性破坏并存的平行台阶状花样(图6-11(e))；强烈岩爆(Ⅲ级)岩石断口SEM形貌特征为平行条纹状-台阶状花样(图6-11(f))，仍属张、剪脆性破坏性质。

综上所述，岩爆岩石断口电镜扫描分析证实了前述岩爆地质原型调研结果的正确性；同时也表明，扫描电镜分析是查明岩爆形成力学机制的一种有效的微观手段。

6.4.2 研究区岩爆岩石X射线粉晶衍射成分分析

研究区部分砂质泥岩中也发生了岩爆活动，这在国内外尚属首次发现。为了查明这类岩石发生岩爆的内在原因，开展了岩石X射线粉晶衍射成分分析研究(表6-7、图6-12至图6-14)，表6-7中同时还列出了岩石点荷载强度试验结果，以便对比说明问题。

表6-7 研究区砂质泥岩X射线粉晶衍射成分分析　Tab.6-7 X-ray analysis for sand mudstone from the study area

① 成都理工学院测试中心D/MAX3 C型衍射仪测试。

图6-11 岩爆岩石断口电镜扫描图像

Fig.6-11 SEM image of the failure face of popping rocks

图6-12 WC1试样X射线粉晶衍射分析谱线

Fig.6-12 Result of X ray analysis for sample WC1

图6-13 EC1试样X射线粉晶衍射分析谱线

Fig.6-13 Result of X ray analysis for sample EC1

图6-14 EC2试样X射线粉晶衍射分析谱线

Fig.6-14 Result of X ray analysis for sample EC2

从表6-7中分析可知，砂质泥岩中的主要矿物成分为伊利石、绿泥石和石英，其中绿泥石矿物组成变化很小，基本保持稳定。但是，有岩爆与无岩爆活动的砂质泥岩内石英和伊利石的矿物组成差异十分明显，其变化规律为：无岩爆活动的EC2 样砂质泥岩内石英含量最低(＜10%)、伊利石含量最高(为67%)，故岩石单轴抗压强度Rb较低(仅为47.74MPa)；有轻微岩爆活动的EC1 样砂质泥岩内石英、伊利石含量居中(分别为26%和49%)，岩石单轴抗压强度明显高于EC2试样，可达78.76MPa；而有中等岩爆活动的WC1样砂质泥岩内石英含量最高(达39%，超过EC2样的4倍，并成为最主要组成矿物)、伊利石含量最低(仅为35%，约为EC2样的一半)，岩石单轴抗压强度则增高到86.90MPa。综上所述，二郎山公路隧道高地应力区部分砂质泥岩内发生的岩爆活动与其矿物组成变化有着十分密切的关系，石英含量剧增和伊利石含量的陡降可以提高该类岩石的总体强度，改善岩石的物理力学性能，从而提高岩石储聚弹性应变能的能力，成为能产生岩爆活动的高储能体。

岩矿石鉴定是一项非常复杂的工作，一般使用扫描电镜和电子探针结合来进行见鉴定。

从科学的层面，中科院地质所 张汝藩著 《扫描电镜与微观地质研究》中有大量的岩矿微观图谱，这是最基本矿物的图谱。

工程技术层面来分析鉴定, 由于一般岩石矿物成分复杂，多种伴生矿，不同种类矿石比例含量不同，如果需要对矿物加工，就需要定量研究，必须使用电子探针。电子探针相对扫描电镜来说，可以说是带有多道波谱的高精度微区元素定量分析系统，这在科学研究中相当重要。目前也出现对矿石在加工过程中现场快速自动分析的SEM+EDS。以上二者应用于工程领域的专业化自动化分析手段，相对实验室SEM，显得昂贵。

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