周思耘，吴晨

1)北京航空航天大学物理学院，北京，102206；2)中国科学院青藏高原研究所，北京，100101

内容提要:玄武岩柱状节理往往呈现完美的六边形石柱，这种现象引起了人们的广泛关注和好奇，但是对于其形成机理尚无合理的解释。本文通过对冷却过程中的玄武岩进行受力分析，提出当岩石(浆)冷凝收缩的凝聚力达到其抗张强度时，岩石(浆)内部发生潜在破裂和微形变；当潜在破裂面形成后，因岩石的泊松效应，微小潜在破裂面处的应力状态发生重整，形成新的潜在破裂面；当新的潜在破裂面处的剪应力等于岩石抗张强度时，岩石(浆)发生剪切破裂，形成如今所见的柱状节理。根据前人相关岩石实验数据，推算得到玄武岩相应温度下的内摩擦角、黏聚力、抗张强度和泊松比，采用应力莫尔圆方法进行数值计算，获得玄武岩在冷却到800 ℃左右时发生破裂，六棱柱形柱状节理开始形成，内角约119.1°。进一步分析认为，岩石的黏聚力、石英含量等因素可能控制着柱状节理的发育和形状。

早在17世纪，Foley 和 Molyneux(1694)、Molyneux(1698)就曾精确地描述了北爱尔兰巨人堤道柱状玄武岩接头的柱长、构造和多边形截面的形态特征；Phillips等(2013)统计了苏格兰staffa地区的玄武岩柱状节理多呈现六边形，内角约为120°；我国四川省大坝玄武岩柱状节理的产状亦显六边形，且节理面产状较为稳定，数据统计表明玄武岩柱状节理规律性明显，成因上具有一致性(Cui Jie et al.,2018)。Gerhard Müller (1998)用淀粉和水混合物的干燥过程模拟了柱状节理的形成过程；……