三维X射线研究揭示岩石颗粒运动与应力形成机制

为实现这一突破性观测，研究团队整合了多种罕见应用于地质材料的先进X射线技术，包括：

• X射线断层扫描：生成岩石内部结构的高分辨率三维图像，清晰呈现颗粒与孔隙构成的复杂网络。

• 三维X射线衍射： 实现对岩样内每个独立颗粒应力分布的精准测量。

• 近场高能衍射显微镜：揭示岩体框架中每个颗粒的特定晶体取向（即纹理结构）。

通过协同运用这些技术，研究人员成功构建了砂岩在机械加载过程中结构、纹理及内部力传导的完整三维图谱。

研究精细追踪了纳格特砂岩在压缩过程中的应力演化。关键观察表明：当外力作用时，岩石内部孔隙沿压缩方向闭合，同时在与作用力垂直的侧向方向扩张。这种变形模式导致裂缝形成，但未造成样本完全断裂。

最重要的是，颗粒间接触处的力传递模式与砂砾等非粘结材料的行为高度吻合。这证实了在特定压力下，岩石的内部力学机制由单个颗粒间的相互作用主导，从而弥合了固体岩石力学与颗粒物理学之间的概念鸿沟。

该研究有力地验证了概念，展示了一种研究岩石内部结构与其力学破坏之间复杂关系的新途径。其发现对理解地下过程具有直接应用价值，包括地下燃料储层稳定性评估及地震力学机制研究等领域。

未来研究计划将该方法应用于更大岩石样本，并模拟更深层地下环境。基于该成像技术开发经过验证的"数字孪生"（digital twins）计算机模型也已列入计划，以实现对岩石行为更广泛且更具预测性的分析。