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高温高压及干燥条件下斜长石和辉石断层泥的摩擦滑动研究 总被引：1，自引：0，他引：1
岩石摩擦滑动的力学行为能够很好地用速率和状态依赖性摩擦本构关系来描述。在速率和状态依赖性本构关系中,速度依赖性参数a-b是控制摩擦滑动稳定性的重要参数。且a-b<0是断层上不稳定滑动成核的必要条件。为了进一步研究控制摩擦滑动的矿物成分因素,在已有辉长岩摩擦滑动实验结果的基础上,对辉长岩中主要矿物(斜长石和辉石)在不同加载条件下进行了3个系列的摩擦滑动实验研究。通过对实验结果的分析得到如下结论:(1)斜长石断层泥在实验温度范围内(<617℃)显示速度强化,且在大于450℃的高温区其速度依赖性参数a-b随温度的增大而增加。辉石断层泥的实验显示其有利于速度弱化滑动行为的出现,是造成辉长岩在615℃出现速度弱化的原因。(2)斜长石与辉石断层泥的摩擦强度都没有随温度的增加而显著变化。辉长岩断层泥的摩擦强度(1.83mm滑动位移处的值)为斜长石与辉石断层泥摩擦强度按体积百分比加权的平均值(摩擦系数精确到2位有效数字一致)。这一结果表明,辉长岩断层泥的应力支承结构可以抽象为一种双组分并列单元模型。(3)尽管前人研究结果表明石英控制了花岗岩的摩擦特性,但是某种主要矿物对岩石整体摩擦滑动性质的控制作用并不具有普适性。对于中性岩、基性岩而言,不能以一种主要矿物(如斜长石等)来判断岩石整体的摩擦滑动稳定性,否则会导致错误结论。 相似文献
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研究断层黏滑过程力学特征及规律,对预测断层矿震的发生具有重要的理论意义和现实意义。试验以粗晶正长花岗岩为例,采用双轴加载的方式进行直剪摩擦滑动试验,研究了不同断层倾角黏滑失稳特征,分析了不同侧压下加载速率为0.5、1.0、5.0μm/s时对断层错动黏滑失稳的影响。研究结果表明：断层黏滑失稳时临界剪应力随着加载速率的增大是先减小再增大,而应力降随着加载速率的增大呈下降趋势,低速加载、高侧压时,断层发生黏滑所需的临界剪应力最大,断层发生黏滑时产生的应力降最大。侧压增大时,临界剪应力增大,平均应力降增大,平均黏滑周期增大。加载速率越低,平均应力降越大,同一侧压下平均黏滑周期越大,侧压变化对平均黏滑周期的影响越显著。黏滑周期与加载速度之间满足负对数线性关系,且不受侧压影响。断层倾角由56°变为45°时,在相同的侧压下临界剪应力增大,平均应力降减少,平均黏滑周期增大。断层倾角为34°试样达到峰值应力时,断层发生瞬间失稳现象,随着围压的增大,发生失稳时能量的释放也越大。大倾角断层易发生断层矿震,但释放能量小、震级低,而小倾角断层不易发生断层矿震,一旦发生失稳,释放的能量大震级高。开采速度对断层矿震... 相似文献
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以青藏高原东北缘断裂带为研究对像,对利用磷灰石裂变径迹热年代学对地震断层滑动摩擦生热的探测或测量进行了初步探讨。其基本思路是利用磷灰石裂变径迹热年代计的热敏感,通过对横跨断层垂直方向断层岩和围岩的磷灰石裂变径迹年龄及围限径迹长度分布的对比分析,对断层滑动摩擦生热进行探测。本次研究对来自3个断层剖面的13个样品进行了磷灰石裂变径迹分析,样品包括断层主滑动面上的断层泥、碎裂岩和断层围岩,分析结果并没有获得断层摩擦生热的证据,表明这些断层在地震滑动过程中的摩擦增温非常有限,没有达到磷灰石裂变径迹热年代计体系可加载热信息的温度－时间要求。结合前人已有的相关研究,对利用磷灰石裂变径迹热年代学对地震断层滑动摩擦生热进行探测或测量存在的主要问题及可行性进行了初步总结和探讨,认为只适应于对震级大、断层滑动距离和速率大,摩擦强度强,位于一定深度有大量摩擦热生成,并使断层附近增温达到或超过磷灰石裂变径迹部分或完全退火温度的断层进行滑动摩擦生热的探测或测量,将是一种潜在的能对地震断层滑动摩擦生热或增温进行测量的“热量计或温度计”。 相似文献
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为研究石灰岩裂隙的摩擦滑动特性,搭建了三轴试验系统,进行了劈裂石灰岩岩芯在湿润和干燥条件下的滑动-控制-滑动试验、速度步长试验和渗透试验。通过滑动-控制-滑动试验和速度步长试验分别研究了石灰岩裂隙摩擦强度的时间依赖性和滑动稳定性,并进一步分析了水对裂隙摩擦强度特性的影响,同时还通过渗透试验观察了裂隙渗透率在滑动过程中的变化。滑动-控制-滑动试验表明:裂隙的摩擦强度具有时间和应力依赖性,裂隙摩擦强度在控制时间内的下降量及重新滑动后的愈合量均与控制时长成正比,而与有效压应力成反比;此外,摩擦强度特性还明显受到水的影响。速度步长试验则表明:石灰岩裂隙摩擦强度随滑动速度的增加而增大,呈现速度强化特性。最后通过不同有效正应力下(介于1?3 MPa之间)的渗透试验发现:裂隙的渗透率不仅随有效应力的增加而急剧下降,而且在各级正应力下亦随滑动而逐渐减小。 相似文献
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为综合考虑温度、加载速率两个因素对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在实时高温（25～1 000 ℃）作用下利用MTS810电液伺服材料试验系统对岩样进行不同加载速率作用下的单轴压缩试验。研究结果表明：（1）各个温度点,岩样单轴压缩应力-应变曲线大致经历了压密、弹性、屈服、破坏4个阶段。岩样峰后曲线在加载速率为0.001～0.01 mm/s出现台阶型分段跌落状,在加载速率为0.01～0.1 mm/s呈现光滑、陡峭的连续曲线。（2）岩样峰值强度、弹性模量随温度的升高可分为4个阶段：25～200 ℃区间为缓慢上升段;200～600 ℃区间为快速下降段;600～800 ℃区间为缓慢上升段;800～ 1 000 ℃区间为平缓下降段。1 000 ℃时的峰值强度和弹性模量相对于25 ℃时分别降低了53.47%和64.34 %。峰值应变与温度呈现三次多项式拟合关系。（3）岩样峰值强度、弹性模量与加载速率对数均呈现二次多项式增长关系,加载速率为0.1 mm/s时的峰值强度和弹性模量相对于0.001 mm/s时分别提高了38.82%和37.22%。岩样峰值应变与加载速率没有明显的对应关系。（4）单轴压缩状态下,随着温度的升高,花岗岩变形破坏形式由拉剪破裂向锥形破裂并伴随向碎性流动过渡,失稳型式由突发失稳向渐进破坏过渡。同一温度状态下,加载速率对岩样的破裂形式没有明显影响,但失稳型式发生了变化。 相似文献
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二水硫酸钙结晶动力学研究 总被引：1，自引：0，他引：1
主要研究了过饱和溶液中CaSO4 ·2H2 O晶体成核及生长现象 ,同时对垢的形成机理进行了探讨。实验表明 ,成核延迟时间随溶液过饱和度增大而减小 ;CaSO4 ·2H2 O晶体生长属于表面反应控制 ,且与粒径相关 ,当温度为 3 0℃ ,粒径为2 8～ 67μm ,Ca2 + 浓度为 0 .0 3 5mol/L时 ,晶体生长速度在 0 .5× 10 - 8～ 5 .8× 10 - 8m/s之间 相似文献
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基于岩石摩擦滑动变形场的非均匀特征,开展了岩石蠕滑和黏滑两种形式的摩擦滑动规律研究。采用双面摩擦模型试验方法,以数字散斑相关方法作为观测手段,分别研究了岩石蠕滑和黏滑变形过程中围岩位移场等值线、变形场非均匀统计指标、变形能密度与滑动面滑动速度演化及规律。结果表明：围岩位移场等值线分布能较好地反映滑动面阻滑特征,其中强阻滑区域的位移等值线呈弧状且分布较稀疏,弱阻滑区域的位移场等值线呈平行状且分布较密集;岩石蠕滑过程中,非均匀统计指标呈现波动增长特征,岩石黏滑过程中,非均匀统计指标呈现出突变跳跃特征。岩石蠕滑过程中不同区域的滑动速度均呈加速与减速滑动的交替状态,滑动面上各点滑动趋势不同;岩石黏滑过程中不同区域的滑动速度均出现突变。岩石蠕滑过程中不同区域上的变形能密度均处于积累与释放的波动状态,岩石黏滑过程中不同区域变形能密度产生突变。 相似文献
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构造摩擦热的初步研究 总被引：6，自引：0，他引：6
构造摩擦热是地质学中的重要基础理论问题。构造摩擦热可使岩石软化,加速岩石的形变作用,还可导致岩石的变质甚至熔融作用,发生同步的地球化学作用。许多内生矿床的形成,都与构造摩擦热有关。本文通过对构造摩擦热的数学计算和分析,认为构造摩擦热的大小与摩擦面两盘岩石的滑动速度和正压应力相关,且滑动速度是决定因素。摩擦力的大小和破裂面与σ１的夹角θ及外力大小有关。在同一应力场中,摩擦热随着θ角而变化。当σ１＝５０ＭＰａ,μ＝１情况下,当θ≈３０°时,单位体积大约可产生１～２℃的升温效应。 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
开展断层脆塑性转化带的变形机制、断层带流体-岩石相互作用、断层愈合作用等研究,对理解间震期、同震加载、震后滑动阶段断层的变形机制转化、强震孕育和发生具有重要意义。笔者采用Carrara大理岩,在温度300~700℃、围压300 MPa和600~800 MPa、应变速率1×10-4/s~1×10-5/s和1×10-7/s~2.5×10-6/s、水含量0.005%~0.01%和0.1%~0.5%条件下,开展了轴向压缩变形实验与裂隙愈合实验。通过偏光显微镜、扫描电镜与能谱分析,研究了实验变形样品的微观结构与变形机制,讨论了水、温度、围压、应变速率对脆塑性转化和变形机制的影响,以及裂隙愈合对断层强度和流体压力变化的制约作用。实验结果表明:(1)Carrara大理岩在低温(300~400℃)、低应变速率和高含水条件下发生了压溶,其中,在低温低应变速率(1×10-7/s)条件下为压溶蠕变,在低温中等应变速率(5×10-7/s)条件下为压溶+碎裂流动。(2)在低温(400℃)、中-高应变速率和低含水条件下发生了位错滑移(双晶滑移、机械双晶)与碎裂流动,局部伴有压溶作用。(3)在中温(500℃)、各应变速率和各含水条件下发生了位错滑移(双晶滑移、机械双晶)与动态重结晶作用。(4)在高温(600~700℃)条件下,动态重结晶作用成为主要变形机制。(5)在压溶和动态重结晶作用下,在脆性变形阶段产生的裂隙与孔隙被愈合。断层强度恢复程度受裂隙和孔隙愈合程度控制。温度、水和应变速率对大理岩脆塑性转化和变形机制的影响非常显著,在相同温度与应变速率条件下,水降低了样品强度,促进了压溶和塑性变形。增加应变和水含量,能够显著促进裂缝和孔隙愈合。根据实验结果推测:在快速变形的同震和震后滑动阶段,断层脆塑性转化带以碎裂变形为主;在缓慢变形的间震期,断层脆塑性转化带以压溶和动态重结晶为主。在塑性变形作用下,同震滑动产生的裂隙被愈合,不仅恢复了断层带强度,而且为断层带内部形成高压流体创造了条件。 相似文献
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断裂带中古地震滑动的岩石记录 总被引：1，自引：0，他引：1
大量的野外观察和实验研究表明,高应变速率的变形作用会在岩石中留下特殊的构造特征。地震作为一种断层快速破裂变形行为,在其作用过程中会使震源及邻近岩石变形从而产生一些特征构造及矿物相组合。剥露地表的断裂带为研究地震相关变形及过程提供了很好的物质材料。识别其中的地震滑动标志,对于确定古地震事件及其发生的机制具有重要意义。Cowan(1999)将断层快速滑动摩擦使得断层面岩石熔融产生的假玄武玻璃作为断层中记录地震滑动的唯一可靠的标识。近年来断裂岩研究取得的一系列重大进展揭示,断层发生地震滑动造成的多种构造产物均可记录其滑动的信息,如碳酸岩和含水硅酸岩的脱挥发分作用、微量元素迁移特征、有机质成熟度、断层镜面构造、液化粒状流、碎屑-皮层集合体、同震晶体塑性变形以及非晶质物质等。此外,与地震破裂传播有关的、在极端瞬态应力条件下形成的,如注入脉、碎粉化作用等特征也可以作为地震发生的岩石记录。因此假玄武玻璃不再是地震破裂的唯一指示物。断层滑动速率在10–4～101 m/s范围内几乎都是动态的,也就是说在实验中10–4 m/s的滑动速率可能指示着地震滑动。本文总结地震滑动和破裂的岩石记录,对认识地震发生机制和完善地震断裂理论具有极其重要的意义。 相似文献
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采出温度是影响地热能有效利用率的关键指标,采出温度越高,热储开发效果越好。岩溶热储作为一种重要的地热储层类型,其采出温度受到储层参数的影响。以河南清丰地热田奥陶系岩溶热储为例,通过建立热储地质模型并利用7口地热井资料,进行基于热流和井储耦合的数值模拟研究,探讨储层地质条件和回灌参数对采出温度的影响。研究结果发现,断层的存在加速了热储中低温区向生产井的扩散,导致热突破时间的提前。在开采后期,有断层情况下采出温度较高,且变化曲线斜率远高于无断层情况,表明断层有助于提高清丰地区热平衡时的采出温度,最终有利于增加采热量。目前,一般认为,注采井距越小采出温度越低。但是,当回灌速率高于50 kg/s时,随着开采时间的增加,采出温度呈现快速下降趋势,注采井距835 m下的采出温度甚至高于1 000 m的情况。最后,确定清丰地区特定场景下的最优回灌参数组合为：回灌温度20℃、回灌速率50 kg/s、注采井距835 m。本研究结果将为清丰地区或其他类似岩溶热储开发方案的制定提供有益指导。 相似文献
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《世界地质》2020,(2)
以水泉子沟—天山口断裂带杨树林剖面为研究对象,利用传统黏土矿物地质温度计讨论断层活动特征及断层活动导致温度小幅升高的可能。通过X—射线粉末衍射(XRD)及X—射线荧光光谱(XRF)测试,分析了断层泥及其中黏土矿物的物相及主量元素特征,同时,利用扫描电镜(SEM)对断层泥中分离出来的石英颗粒微形貌进行了表征。研究结果表明,杨树林剖面所在的断层主要经历了黏滑事件,断层活动性较弱且水岩反应程度较低;断层泥中的黏土矿物主要为伊蒙混层矿物,垂直于断层面方向上的蒙脱石伊利石化程度及黏土矿物含量变化趋势表明伊蒙混层矿物可能受到了同震摩擦升温效应的影响;利用黏土矿物地质温度计估算得知,断层泥中伊蒙混层矿物的形成温度为140℃～160℃;断层泥中伊蒙混层矿物形成温度上下限的差值为20℃,代表了同震摩擦造成的断层内部温度小幅升高情况。 相似文献
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高温状态下加载速率对石灰岩力学效应研究 总被引：3，自引：0，他引：3
采用美国MTS810电液伺服材料试验机,对200 ℃高温状态下的石灰岩试件进行了5级不同加载速率下的单轴压缩试验,考察了石灰岩的全应力-应变曲线,给出了其峰值强度、峰值应变、弹性模量E随加载速率的变化特征。研究结果表明,(1) 石灰岩的峰值强度、弹性模量在加载速率v = 0.000 5～0.005 mm/s内,随加载速率增大呈急剧上升现象;当v = 0.005 0～0.5 mm/s内,随加载速率增大呈下降趋势;当v >0.5 mm/s后,呈现上升趋势。(2) 石灰岩的峰值应变在v = 0.000 5～0.005 mm/s内,随加载速率增大呈下降趋势;在v = 0.005～5.0 mm/s加载速率区段,峰值应变呈现缓慢上升现象。研究结果可为相关岩体的爆破效应及评价岩石工程的稳定性提供参考。 相似文献
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断层作用热模型及其对烃源岩热演化的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
从盆地的应力状态分析入手,从断层摩擦生热的角度,建立了断层作用生热的定量模型。在此基础上,确定了断层摩擦产生的热量与断层的性质、深度、构造应力和流体压力等之间的定量关系,定量分析了断层摩擦生热对烃源岩热演化的影响。结果表明:断层作用的生热量主要决定于断层的深度,构造应力的大小、流体压力、断层的位移量、断面摩擦系数等;断层的活动速率对断层摩擦的生热量没有影响,但对断层带内产生的温度却起决定性的作用;在断层快速活动的条件下(地震型),断层摩擦生热虽然可以产生很高的温度,可以造成断层面附近岩石的局部熔融,但其影响范围和影响持续的时间是十分有限的。 相似文献
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以汶川地震断裂带科学钻探工程WFSD-1钻孔高精度相对温度梯度测量确定汶川地震断层为例,探讨了地震断裂带断层摩擦残余热温度测量方法。利用WFSD-1钻孔相对温度梯度温度测量取得的科学数据进行分析,发现在400~500 m、580~610 m及620~750 m三个测量段内存在温度正异常。结合地质资料综合分析,判定400~500 m、620~750 m段温度异常可能由地层热导率差异引起,并非断层摩擦残余热异常,判定位于不透水断层泥中温度异常深度580~610 m范围为断层主滑移带位置。 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>下地壳的力学性质一直以来都没研究清楚。近年来圣安德烈斯断层在下地壳深度上发现的震颤,使下地壳的力学性质引起了更多的关注,也已开展了相关的实验研究。以往的实验表明,从辉长岩中分离出来的辉石和斜长石以及二者的混合物在有效正应力为200 MPa的实验条件下,均在下地壳温度范围表现为速度弱化,即可以产生不稳定滑动。为了探究上述斜长石、辉石及其混合物的速度弱化是否具有代表性,考察其在更低压力下是否表现出相同的性质,本研究对斜长石断层泥在低正应力条件下的摩擦滑动性质进行 相似文献
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利用位错理论模型将遗传算法运用于断层三维滑动参数反演问题的求解,采用川西地区2004—2007年GPS观测数据对龙门山断裂带主要断层的三维滑动速率进行计算分析。结果表明：反演结果在量值上整体较小,与地质结果具有较好的一致性,走滑分量︱U1︱〈3.2 mm/a,倾滑分量︱U2︱〈1.54 mm/a,张开分量︱U3︱〈2.5mm/a,低滑动速率反映断层的闭锁及应力的积累及大地震发生的危险性;局部分量较地质结果偏大,反映实测GPS数据反演结果体现的是断层实时活动状态;遗传算法的全局收敛、不依赖初值等优点使结果更加稳定,而张开分量显示局部不规律性,表现出各子断层空间活动不均匀性。 相似文献
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利用冲沟、山脊等断错构造地貌的卫星遥感图像解析,结合野外构造地貌观测以及断层露头剖面的研究,详细分析了元谋断裂一平浪-江边段的晚第四纪活动特征。研究结果表明,元谋断裂一平浪-江边段在晚更新世末期-全新世以左旋走滑活动为主,兼有一定正断层分量,其晚第四纪走滑速率大致为 0.45～2.60mm/a,其中一平浪-大龙潭一带,水平滑动速率约2.00mm/a,垂直滑动速率为0.07mm/a; 木莲旧-秧田井一带,水平滑动速率接近0.53mm/a,垂直滑动速率为0.06mm/a; 乐胜古-江边一带,水平滑动速率接近1.42mm/a,垂直滑动速率为0.04mm/a。同时表明,断裂表现出至少两期明显活动的分段性特征： 较早期活动时间大致为 50.87±4.32～53.23±5.89kaB.P.,为一平浪-秧田井段的最新活动时间,且一平浪-江边整段均活动; 在秧田井-江边段,断裂最新活动时间应晚于17.92±1.52kaB.P.。2008年8月30日的攀枝花61级地震的震源机制解也显示出与元谋断裂晚第四纪左旋走滑的活动特征一致。 相似文献
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表生和埋藏成岩作用的温压条件下不同组成碳酸盐岩溶蚀成岩过程的实验模拟 总被引：4，自引：0，他引：4
表生到埋藏成岩作用的温度与压力（４０～１００℃，常压～２５ＭＰａ），方解石、白云石相对含量不同的碳酸盐岩的溶蚀证明，在表生与相对浅埋藏的温压条件（低于７５℃、２０ＭＰａ）下，方解石的溶解速率大大超过白云石，随着温度和压力的升高，两者溶解速率的差值变小。在相对深埋藏的温压条件（高于７５℃、２０ＭＰａ）下，白云石的溶解速率已超过方解石，在１００、２５ＭＰａ的温压条件下，微晶白云石（白云石/方解石＝９８/２）的溶解速率已是含云灰岩（白云石/方解石＝１６/８４）的２倍，造成这种现象的原因是白云石的温度、压力效应大大超过方解石之故。根据实验的结果可以预测:表生与相对浅埋藏的温压条件下，石灰岩的岩溶作用较白云岩发育；但在深埋藏阶段，由溶解作用造成的白云岩次生孔隙应比方解石更为发育，这是埋藏深度大于２０００ｍ的地层中，白云岩储层多于石灰岩的重要原因。 相似文献
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雄安新区是一项"千年大计"的国家战略,查明雄安新区及邻区现今地应力环境,评价其构造稳定的动力背景,对保障新区的规划、建设和未来安全具有重要的意义。为此,综合考虑雄安新区及其外围区域构造地质背景、岩体条件等,在雄安新区外围顺平县关键构造部位燕山期隐伏花岗岩中开展620m深孔水压致裂地应力测量和压磁电感法地应力实时监测。结果表明:在测量深度范围内,最大水平主应力(SH)大小为13.23～29.42 MPa,最小水平主应力(Sh)大小为9.28～19.73 MPa;三个主应力大小关系为SHShSV;最大水平主应力方向为NW20°。引入应力积累系数(μm)、断层摩擦系数(μ),依据库伦断层滑动失稳摩擦准则和Byerlee定律对保定—石家庄、牛东和徐水—大城三条主要隐伏断裂的稳定性进行计算分析,结果显示:在目前地应力条件下,雄安新区三条主要隐伏断裂不会滑动失稳、构造是稳定的,但地壳浅表层应力积累水平中等偏高,建议加强长期地应力实时监测,分析其稳定性的动态演化过程。 相似文献