川中平昌縣龍馬地區(qū)構(gòu)造變形節(jié)理特征

川中平昌縣龍馬地區(qū)構(gòu)造變形節(jié)理特征

0構(gòu)造應(yīng)力場特征盡管已經(jīng)討論了恢復(fù)古構(gòu)造的壓力得到的方法，但作為地殼巖石中最發(fā)育的一種脆弱結(jié)構(gòu)，它是地殼上最脆弱的發(fā)展，尤其是在構(gòu)造變形較弱的地臺區(qū)或沒有受到強烈變形的地區(qū)。利用這種方法，分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力場是可靠和實用的方法。川中地區(qū)宏觀疊加反演構(gòu)造應(yīng)力場研究,認為其褶皺運動始于喜馬拉雅期;形成了NW向,NE向,近EW向和近NS向的4期褶皺,并且發(fā)育4個組系構(gòu)造線,其形成相互之間的切割、疊加關(guān)系。由于巖層近水平,運用平面X共軛剪節(jié)理來恢復(fù)構(gòu)造應(yīng)力場的方法,希望通過野外詳細觀測節(jié)理的性質(zhì)、產(chǎn)狀、空間分布和滑動標識等,能夠厘定構(gòu)造變形期次、應(yīng)力狀態(tài)等構(gòu)造特征。1應(yīng)力場主方向的確定以川中平昌縣龍崗地區(qū)侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組中發(fā)育的節(jié)理為研究對象,在野外共觀測近200組節(jié)理,數(shù)據(jù)由于研究區(qū)巖層近水平,室內(nèi)節(jié)理分析統(tǒng)計勿需對巖層進行復(fù)平校正,只進行節(jié)理的類型識別及相對其次的識別。統(tǒng)計工作在計算機赤平投影網(wǎng)(Wullff網(wǎng),下半球投影)上依靠StereoNett軟件1V2.46進行。構(gòu)造應(yīng)力場主方向的確定分為以下幾種情況進行:(1)擦痕及階步清楚的節(jié)理,采用P-T法等應(yīng)力場反演技術(shù)而非常用的M面法。具體做法是:對于單個節(jié)理,σ1沿擦痕方向但與節(jié)理面交30°的方向展布;對于多個節(jié)理,取每個節(jié)理σ1的公共方向;或者,對于單個節(jié)理,σ1在由節(jié)理面及擦痕方向決定的P象限內(nèi),σ3在T象限內(nèi),對于多個節(jié)理,取每個節(jié)理P象限的并集和T象限的并集分別作為σ1和σ3的方向。(2)同一露頭上清楚的X共軛剪節(jié)理,按照Anderson模式確定σ1,σ2及σ3方向。(3)擦痕運動方向不清楚或無擦痕的單組節(jié)理在區(qū)域范圍內(nèi)為其配套成為X節(jié)理,并按照其對稱性用對稱矩陣求特征向量的方法求出σ1,σ2及σ3方向。2地表露頭沉積相四川盆地北臨米倉山隆起帶,南為婁山褶皺帶,東接川鄂湘黔褶斷帶,西鄰龍門山褶斷帶。四川盆地中北部平昌龍崗地區(qū),位于川中地塊,其基底固結(jié)早,剛性強,下地殼頂部的塑性構(gòu)造層未被完全改造,加之離周邊活動區(qū)遠,所受擠壓力弱,構(gòu)造形變強度低,僅發(fā)育淺層平緩褶皺。區(qū)內(nèi)地層平緩,傾角普遍小于10°,構(gòu)造變形微弱,僅發(fā)育有弱褶皺,呈NW-SE向和NE-SW向排列成弧形(圖1)。地表主要出露中—上侏羅統(tǒng)紅層,上部為灰-灰白色塊狀細粒巖屑長石砂巖、長石砂巖與紫紅色泥巖互層,夾灰紫色粉砂巖;下部為灰紫色塊狀長石石英砂巖與紫紅色泥巖互層,夾紫紅色粉砂巖,砂巖底部含泥礫。地層平緩,以低應(yīng)變脆性破裂變形為主,形成多期節(jié)理、劈理構(gòu)造,破裂滑距較小,地表斷裂極少見。3儲層中的節(jié)理組根據(jù)龍崗地區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組野外出露的節(jié)理發(fā)育狀況,在逾300km2的研究區(qū)內(nèi)共布置了216個觀測點(圖2),觀測到2000余條節(jié)理。龍崗地區(qū)地表變形較弱,以(多期)節(jié)理構(gòu)造變形為主,節(jié)理面平直、延伸較短,以壓剪性破裂為主,少見張性破裂節(jié)理面。總體延伸以1m～3m為主,厚層砂巖中延伸可達10m。節(jié)理間距以<2m為主,發(fā)育于泥巖內(nèi)的砌層及砂巖中層間,其次為2m～6m發(fā)育于砂巖內(nèi)部和部分泥巖內(nèi),>6m的偶見。相對于塑性較高的軟弱泥巖層,厚層(塊狀)砂巖內(nèi)的節(jié)理產(chǎn)狀穩(wěn)定可靠,對于應(yīng)力分析更為可靠。因此,在進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析時,忽略了泥巖內(nèi)延伸<1m的弱層間節(jié)理,共得到1691組有效節(jié)理數(shù)據(jù)。測試區(qū)玫瑰花圖顯示節(jié)理組的延伸方位,以東西走向最為發(fā)育,節(jié)理面傾角以高角度為主,多為70°～90°(圖3)。從幾何特征來看,研究區(qū)的節(jié)理可分為高角度的平面X共軛節(jié)理和中低角度的剖面節(jié)理,前者占絕大多數(shù);從運動特征來看,又可以分為走滑節(jié)理、逆沖節(jié)理和正滑節(jié)理,以走滑節(jié)理為主(圖2)。4構(gòu)造應(yīng)力場與節(jié)理場根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,該區(qū)高傾角節(jié)理共發(fā)育4組平面X剪節(jié)理(表1)。其識別原則為:①節(jié)理組在幾何學(xué)關(guān)系上多呈“X”型式;②節(jié)理組有相互切錯關(guān)系,這種相互切錯遵循力學(xué)分析原理,服從統(tǒng)一的構(gòu)造應(yīng)力場;③節(jié)理組在其尾端有折尾、分叉和菱形結(jié)環(huán)現(xiàn)象,其伴生和派生構(gòu)造服從統(tǒng)一的構(gòu)造應(yīng)力場;④節(jié)理組在動力學(xué)上屬于一個統(tǒng)一的構(gòu)造應(yīng)力場,可歸屬于某一次構(gòu)造運動的構(gòu)造成分,與其構(gòu)造應(yīng)力場一致。4組平面X共軛剪節(jié)理產(chǎn)狀均為陡傾-直立,節(jié)理組近垂直相交。第一組平面X共軛剪節(jié)理(照片1a)最為發(fā)育,NW-SE走向節(jié)理組(Ⅱ)為左旋走滑運動(照片1b),NE-SW走向節(jié)理組為右旋走滑運動;另有近NS走向,傾向E的低傾角逆沖型剖面節(jié)理。第二組平面X共軛剪節(jié)理(照片1c)較為發(fā)育,NNW-SSE走向節(jié)理組(Ⅱ)為左旋走滑運動(照片1d),NEE-SWW走向節(jié)理組(Ⅰ)為右旋走滑運動;另有NE-SW走向,傾向SE的低傾角逆沖型剖面節(jié)理。第三組平面X共軛剪節(jié)理(照片1e)較不發(fā)育,NNW-SSE向節(jié)理組(Ⅰ)為右旋走滑運動,NE-SW向節(jié)理組(Ⅱ)為左旋走滑運動(照片1f);另有近EW走向,傾向N的低傾角逆沖型剖面節(jié)理。第四組平面X共軛剪節(jié)理(照片1g)較為發(fā)育,NWW-SEE向節(jié)理組(Ⅰ)為左旋走滑運動,NNE-SSW向節(jié)理組(Ⅱ)為右旋走滑運動(照片1h)。5第一序次構(gòu)造形跡用劃分構(gòu)造次序的方法來研究其褶曲過程中所產(chǎn)生的各種構(gòu)造形跡的派生關(guān)系及次序,巖層在水平側(cè)壓力的作用下形成褶曲及斷裂的過程,可以劃分為3個構(gòu)造序次。龍崗地區(qū)地層平緩,構(gòu)造變形較弱,主要處于第一序次構(gòu)造。巖層在褶曲過程中產(chǎn)生的第一序次構(gòu)造形跡是:①褶皺前形成產(chǎn)生兩組近似垂直于層面的共軛剪節(jié)理(平面X共軛節(jié)理),還可能產(chǎn)生以最小主應(yīng)力為法線的橫張節(jié)理;②當(dāng)?shù)貙娱_始受力發(fā)生彎曲,可能伴生兩組傾斜的共軛剪節(jié)理(平面X共軛節(jié)理)、低角度的逆沖型節(jié)理;③褶曲作用持續(xù),產(chǎn)生后期正滑節(jié)理以及下一序次的構(gòu)造。區(qū)內(nèi)露頭多見多期節(jié)理構(gòu)造,及活動多次節(jié)理集中表現(xiàn)在六合鄉(xiāng)—悅中鄉(xiāng)、黑水鄉(xiāng)東南、高峰鄉(xiāng)西南及馬鞍村礦廠的4個剖面上,其地表多期節(jié)理特征,不僅是區(qū)域變形序列、應(yīng)力場演化及多期構(gòu)造的真實記載體。5.1節(jié)理轉(zhuǎn)換順序六合鄉(xiāng)至悅中鄉(xiāng)公路沿途觀測點,上部為灰白色塊狀砂巖,下部為紫紅色泥巖。砂巖內(nèi)發(fā)育有210°∠81°和125°∠85°兩組節(jié)理,第一組節(jié)理存在左旋錯斷關(guān)系,兩組節(jié)理面上均有指示逆沖運動的階步(照片2a),且第二組節(jié)理限制第一組節(jié)理。綜合分析,該點反映有3期運動:第一期為210°∠81°的左旋走滑運動,指示σ1為EW向擠壓;第二期為125°∠85°的逆沖運動,指示σ1為NW-SE擠壓;第三期為210°∠81°的逆沖運動,指示σ1為NE-SW擠壓。該點綜合反映σ1從EW向到NW-SE向,再到NE-SW向的轉(zhuǎn)換順序。黑水鄉(xiāng)東南側(cè)觀測點為灰色中層砂巖,其內(nèi)發(fā)育有弧形節(jié)理8°∠41°(照片2c),指示逆沖運動,且節(jié)理面上有明顯羽飾構(gòu)造,以及指示左旋運動的薄層牽引(照片2b);另在鄰近觀測點觀測到0°∠29°的逆沖節(jié)理(照片2d,照片2e)。根據(jù)一般原理,緩傾角的節(jié)理,逆沖運動為首次運動,指示σ1為NS向擠壓;左旋走滑為再次活動,指示σ1為NE-SW向,該點反映σ1從NS向到NE-SW向的轉(zhuǎn)換順序。高峰鄉(xiāng)西南側(cè)觀測點為灰褐色厚層塊狀砂巖,其內(nèi)發(fā)育有90°∠85°和55°∠85°兩組節(jié)理,第一組節(jié)理截斷第二組節(jié)理。第一組節(jié)理上有指示左旋運動的擦痕,指示σ1為NW-SE向擠壓;第二組節(jié)理雖無運動痕跡,但綜合整個研究區(qū),NW-SE走向的節(jié)理多為左旋走滑運動,按照同性質(zhì)歸并的原則,推測其也為左旋走滑運動,指示σ1為EW向擠壓。該點反映σ1從EW向到NW-SE向的轉(zhuǎn)換順序。馬鞍村磚廠露頭剖面寬約100余m,巖性為中薄層紫紅色泥巖與泥質(zhì)鈣質(zhì)粉砂巖互層,巖層近水平或低角度緩傾,局部見多組節(jié)理,且都為層內(nèi)節(jié)理,節(jié)理產(chǎn)狀分別為:326°∠28°,126°∠36°,125°∠90°,第一、二組節(jié)理相互限制、交切顯示為同期構(gòu)造運動成因(照片2f);第二組節(jié)理有2cm～3cm的逆沖位錯,且節(jié)理面兩側(cè)的劈理和透鏡體均指示正滑運動,說明第二組節(jié)理至少活動了兩次;該點綜合反映最大主應(yīng)力σ1從NW-SE到直立的轉(zhuǎn)換順序。5.2中國近地表形成的節(jié)理根據(jù)上述節(jié)理形成的相對先后順序,其應(yīng)力場的轉(zhuǎn)換順序以及與應(yīng)力場相對應(yīng)的節(jié)理類型(表2)如下:Ⅰ:近EW向擠壓在此應(yīng)力場下,形成NE-SW和NW-SE向平面X共軛剪節(jié)理(圖4a);若上覆層較薄,有可能在近地表形成近NS向低傾角逆沖節(jié)理,如火箭村附近觀測點產(chǎn)狀84°∠33°的逆沖型節(jié)理有可能就是此成因。Ⅱ:近NW-SE向擠壓NNW-SSE和NEE-SWW向平面X共軛剪節(jié)理在此應(yīng)力場下形成(圖4b);其次,之前形成的節(jié)理,在該應(yīng)力場下有可能產(chǎn)生逆沖運動,如寶坪東南側(cè)某觀測點產(chǎn)狀337°∠83°的逆沖節(jié)理很有可能是此成因;另外若上覆層較薄,也有可能在近地表形成NE-SW向低傾角逆沖節(jié)理,如馬鞍村磚廠觀測點產(chǎn)狀126°∠36°的逆沖節(jié)理。Ⅲ:近NS向擠壓在此應(yīng)力場下,形成NW-SE至NNW-SSE向和NE-SW向平面X共軛剪節(jié)理(圖4c);其次,之前形成的節(jié)理,在該應(yīng)力場下有可能產(chǎn)生逆沖運動,如五童村附近觀測點產(chǎn)狀36°∠87°節(jié)理的右旋+逆沖運動;此外,若上覆層較弱,在近地表可能形成EW走向的低傾角逆沖節(jié)理,如龍崗和悅中某觀測點產(chǎn)狀180°∠38°的逆沖節(jié)理、黑水東南側(cè)觀測點產(chǎn)狀8°∠41°和0°∠29°的逆沖弧形節(jié)理。Ⅳ:近NE-SW向擠壓在此應(yīng)力場下,形成NNE-SSW和NWW-SEE向平面X共軛剪節(jié)理(圖4d);其次,之前形成的節(jié)理,在該應(yīng)力場下有可能產(chǎn)生逆沖或走滑運動,如六合鄉(xiāng)觀測點產(chǎn)狀85°∠74°節(jié)理的右旋+逆沖運動和黑水東南側(cè)觀測點產(chǎn)狀8°∠41°節(jié)理的左旋運動很有可能是此成因。Ⅴ:最大主應(yīng)力σ1直立在此應(yīng)力場下,形成低傾角的正滑節(jié)理,如馬鞍村磚廠露頭產(chǎn)狀126°∠36°節(jié)理的正滑運動。5.3川中地區(qū)的構(gòu)造背景節(jié)理形成于區(qū)域隆升過程中,節(jié)理的形成可以分為構(gòu)造、水動力、隆升卸載和應(yīng)力釋放4種成因。四川盆地長期受來自特提斯大洋關(guān)閉和陸內(nèi)擠壓產(chǎn)生的自西而東的壓應(yīng)力或壓扭力,來自太平洋板塊向西俯沖產(chǎn)生的自南東而北西向的壓應(yīng)力,以及來自秦嶺的自北而南的壓應(yīng)力等3個主方向地應(yīng)力作用。這些壓應(yīng)力為主的應(yīng)力場從盆緣向盆地內(nèi)遞進擠壓,應(yīng)力強度從盆緣向盆地內(nèi)減弱,川中地區(qū)的變形最弱。節(jié)理作為微小應(yīng)力場變化的敏感標志,仍然記錄了川中地區(qū)應(yīng)力場的轉(zhuǎn)換。研究區(qū)巖層水平或近水平,節(jié)理絕大多數(shù)都是垂直或近垂直于巖層面,其發(fā)育特征顯示由構(gòu)造作用而形成的。研究區(qū)內(nèi)的正滑節(jié)理,可能是由于四川盆地在周緣塊體的強烈擠壓下處于整體抬升改造狀態(tài),并因巨厚地層被剝蝕而卸壓,在侏羅系地層內(nèi)部誘發(fā)局部張性應(yīng)力而產(chǎn)生的卸載節(jié)理,其數(shù)量少且沒有明確的方向性。川中地區(qū)主體構(gòu)造方向以東西或近東西向為主,但由于受到多期不同方向構(gòu)造應(yīng)力的作用,其主應(yīng)力方位多變。在東西向的主體構(gòu)造上疊加了不同期次的北東向及南北向構(gòu)造,特別是其周邊受不同方向邊緣構(gòu)造帶的影響,構(gòu)造變形的方向也與其平行。在西北邊緣呈北東向或北北東向,在北東邊緣呈北西向,在東南邊緣則呈北東向。本區(qū)雖受濱太平洋構(gòu)造域影響,但多數(shù)構(gòu)造是在特提斯構(gòu)造域和秦嶺-大巴山構(gòu)造帶的作用下形成的,故構(gòu)造生成時期主要為燕山期—喜馬拉雅早期。龍崗地區(qū)及其鄰近外圍地區(qū)受力變形主要是在喜馬拉雅運動時期,分別形成該區(qū)及區(qū)域上南北向構(gòu)造、北東向構(gòu)造、東西向和北西向構(gòu)造。在龍崗地區(qū)留下了這4套平面共軛節(jié)理和剖面節(jié)理構(gòu)造痕跡。始新世中期的喜馬拉雅Ⅰ期運動,印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞,區(qū)域地應(yīng)力場為東西向的擠壓,盆地邊緣該期構(gòu)造表現(xiàn)為引起康滇地區(qū)早期南北構(gòu)造的再次活動;在本區(qū)主要構(gòu)造表現(xiàn)為由NE-SW、NW-SE向兩組陡傾節(jié)理構(gòu)成的平面共軛節(jié)理組,以及在EW向剖面上可見的剖面節(jié)理。漸新世-中新世期間的喜馬拉雅Ⅱ期運動,太平洋板塊向NWW俯沖,區(qū)域主應(yīng)力場是NW-SE向的壓應(yīng)力。在本區(qū),主要構(gòu)造表現(xiàn)為NNW-SSE向和NEE-SWW向兩組陡傾節(jié)理構(gòu)成的平面共軛節(jié)理組,以及在NW-SE向的剖面上可見剖面節(jié)理。中新世之后,上新世期間受來自秦嶺的擠壓力,四川盆地內(nèi)是以NS向擠壓為主的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場。在川中地區(qū),形成南充-射洪區(qū)域性構(gòu)造帶(東西向構(gòu)造帶),以大型寬緩褶皺為主;在本區(qū),主要構(gòu)造為由NW-SE向和NE-SW向兩組陡傾節(jié)理構(gòu)成的平面共軛節(jié)理,以及在NS向的剖面上可見的剖面節(jié)理。中更新世以來的新構(gòu)造運動,青藏高原到蒙古西部都處于近NS向到NE-SW向的水平擠壓應(yīng)力之下。區(qū)域上形成川東北的NW-SE向構(gòu)造;在川中,區(qū)域應(yīng)力由NS向轉(zhuǎn)向NE-SW向,產(chǎn)生一系列順時針扭動的旋扭構(gòu)造,如營山構(gòu)造;在本區(qū),主要構(gòu)造為由NNE-SSW向和NWW-SEE向兩組陡傾節(jié)理構(gòu)成的平面共軛節(jié)理。由上