[发明专利]一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法在审
申请号: | 202011329951.5 | 申请日: | 2020-11-24 |
公开(公告)号: | CN112485278A | 公开(公告)日: | 2021-03-12 |
发明(设计)人: | 丁梧秀;闫永艳;王鸿毅;马涛 | 申请(专利权)人: | 洛阳理工学院 |
主分类号: | G01N23/2055 | 分类号: | G01N23/2055 |
代理公司: | 洛阳九创知识产权代理事务所(普通合伙) 41156 | 代理人: | 张龙 |
地址: | 471000 河*** | 国省代码: | 河南;41 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 分子 层面 岩石 微观 结构 性质 研究 方法 | ||
1.一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法,其特征在于:包括以下步骤:先通过X射线衍射试验获得岩石的主要矿物成分,从而获得岩石主要矿物成分的晶体结构;然后计算主要矿物晶体的化学键参数并对计算结果进行分析和验证,计算矿物晶体的弹性参数并对计算结果进行分析和验证;再根据矿物晶体化学键和弹性参数进行相关性分析。
2.如权利要求1所述的一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法,其特征在于:所述的晶体化学键参数的计算方法包括以下步骤:
步骤(1)、计算Mn+-Xn-静电价强度(S),计算公式如式(1)所示:
式中,S为离子静电价强度,Z为阳离子电价,CN为配位数;
步骤(2)、计算Mn+-Xn-离子键百分数,计算公式如式(2)所示:
式中,φ为离子键百分数,XA、XB为两种原子的电负性;
步骤(3)、计算Mn+-Xn-离子键库仑力,计算公式如式(3)所示:
式中,Fk为离子键库仑力,ZM为阳离子电价,ZX为阴离子电价,Rc为阳离子半径,Ra为阴离子半径,e为电子电量,K为常数(9*109N·m2/C2);
步骤(4)、计算Mn+-Xn-离子键极性,计算公式如式(4)所示:
式中,F为离子键力,λ为离子键极性,Z为原子核电价数,CN为配位数,rc为离子共价半径,FX为非金属离子键力,FM为金属离子键力;
步骤(5)、计算Mn+-Xn-平均键价,计算公式如式(5)所示:
式中,S’为离子键平均键价,R为键长,R0与N(R0或B)为原子种类、价态有关的经验常数。
3.如权利要求1所述的一种基于分子层面的岩石微观结构和性质的研究方法,其特征在于:所述晶体弹性参数计算方法为:
采用Materials Studio软件的CASTEP模块,输入晶胞参数建立单晶模型,对模型进行几何优化,然后施加应力并进行线性拟合得到岩石晶胞的弹性常数;在弹性范围内,晶体的应力张量和应变张量关系为:(σi)=(Cij)(εj),其中Cij称为弹性常数,σi为应力张量,εj为应变张量;由于应力和应变张量的对称性及应变能的存在,独立的弹性常数分量有21个,其矩阵形式如下:
根据Voigt和Reuss理论计算晶体的体积模量B和剪切模量G,计算如式(7)所示:
9BV=(C11+C22+C33)+2(C12+C13+C23)
15GV=(C11+C22+C33)+3(C44+C55+C66)-(C12+C13+C23)
1/BR=(S11+S22+S33)+2(S12+S13+S23)
15/GR=4(S13+S22+S33)+3(S44+S55+S66)-(S12+S13+S23) (7)
式中,Sij为柔顺系数,
根据Hill理论对两种结果求平均作为晶体的弹性模量,计算如式(8)所示:
式中,BH代表体积模量的平均值,GH代表剪切模量的平均值。
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