貴州晴隆碧痕營穹窿節(jié)理特征及應力分析

薛洪富，趙　丹，王　鈞，黃勇靈，姬勝源

(1.貴州大學 資源與環(huán)境工程學院，貴州 貴陽 550003;2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質調查局地質礦產勘查院，貴州 貴陽 550005;3:貴州省地質礦產勘查局113地質大隊，貴州 水城 553000;4.貴州省地質礦產勘查局106地質大隊，貴州 遵義 563000)

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貴州晴隆碧痕營穹窿節(jié)理特征及應力分析

薛洪富1，2*，趙丹1，王鈞3，黃勇靈3，姬勝源4

(1.貴州大學 資源與環(huán)境工程學院，貴州 貴陽 550003;2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質調查局地質礦產勘查院，貴州 貴陽 550005;3:貴州省地質礦產勘查局113地質大隊，貴州 水城 553000;4.貴州省地質礦產勘查局106地質大隊，貴州 遵義 563000)

通過碧痕營穹窿內220余條節(jié)理的觀察、統(tǒng)計、分析，該區(qū)發(fā)育NWW-SEE與NNW-SSE至近SN向、NNE-SSW向與近SN向、NNE-SSW向與近EW向及NNW-SSE至近SN向與NNE向等四套共軛X節(jié)理。在此基礎上對節(jié)理所反映的構造應力場進行反演，結果表明，研究區(qū)可能發(fā)生了NW-SE、NWW-SEE、NE-SW及NNE-SSW向四次應力作用，其中NW-SE向、NWW-SEE向為兩期主要應力場，NNE-SSW向和NE-SW向可能為后期局部應力場。根據(jù)應力場演化分析，近EW向右行走滑斷層形成時，它指示的主應力方向為NW-SE向，當近EW向和NE向右行走滑斷層連接過程中，研究區(qū)從走滑背景轉化為轉換擠壓背景，這過程中主應力發(fā)生逆時針方向旋轉為NWW-SEE向，在此應力場背景下，形成了軸向為NNE向的碧痕營穹窿。

X型共軛節(jié)理；構造應力場；構造解釋；碧痕營穹窿

節(jié)理作為微小應力場變化的敏感標志 (Engelder ,1985;覃禮貌等,2003;劉順等,2005;鄧賓等,2009;陳燦等,2010;董旭光等,2012)，可記錄與節(jié)理相對應的構造應力作用，利用節(jié)理恢復古構造應力場是一種可靠實用的方法。

共軛節(jié)理的配套、分期，有助于了解一個地區(qū)的變形序列及構造應力場的演化(梁良等,1994; 樂觀禹等,1994;覃禮貌等,2003; 董旭光等,2012)。研究區(qū)節(jié)理構造較為發(fā)育，且傾角一般較陡(一般大于60°)。筆者分別對黔西南碧痕營穹窿核部中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)灰?guī)r、大廠層(Pd)及上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)上部硅化灰?guī)r中節(jié)理進行統(tǒng)計。在詳細觀測節(jié)理性質、產狀、分布特征基礎上，應用赤平投影方法對構造應力場進行恢復，并對不同期次應力場與相關構造的關系進行了解釋。

1　地質背景

碧痕營穹窿位于上揚子陸塊西南緣與江南復合造山帶相接部位。穹窿岀露于黔西南晴隆縣西南部至興仁縣北部，長軸呈NNE向延伸，走向長約31 km，橫向寬約24.8 km。穹窿核部岀露最老地層為二疊系茅口組灰?guī)r，其次為大廠層及龍?zhí)睹合档貙?；翼部地層主要為下三疊統(tǒng)飛仙關組巖層，在研究區(qū)西南部沿彌勒屯斷層帶有零星的白堊—第三系紅色泥質粉砂巖分布(圖1)。

穹窿內斷裂構造發(fā)育，斷裂構造主要呈NE向，次為NEE-近EW向。NE向與近EW向兩組斷層常相互連接，或表現(xiàn)為同一斷層在不同區(qū)段延伸方向的明顯改變，如在研究區(qū)南部彌勒屯斷層的紅石巖一帶，斷層走向近EW，向東則逐漸分為NE向延伸的兩條斷層(F6、 F7)；中部的落水沖斷層在地久—安谷一帶的延伸近EW向(F5)，在碧康—金家溝一帶則為NE向延伸(F4)，而在北部的雞場一帶又轉向近EW向延伸；北部的花魚井斷層(F2)在區(qū)內主體為NE走向，但向南與近EW向延伸的地久—安谷斷層(F5)相交。經野外調查研究，這些斷層均為兼有逆沖性質的右行走滑斷層，在地表均以高角度出現(xiàn)(一般大于60°)。斷層具有向NE撒開，向SW收斂的展布特征(圖1)。此外，碧痕營穹窿內部及邊緣具有NE-NNE、NW、近EW向等三組次級褶皺發(fā)育(圖1)。調查顯示，穹窿核部地層平緩(傾角小于25°)，節(jié)理發(fā)育。

圖例：1-上白堊系茅臺組;2-三疊系;3-二疊系龍?zhí)吨灵L興組;4-峨眉山玄武巖;5-二疊系茅口組;6-二疊系棲霞-茅口組;7-沙子嶺斷層;8-花魚井斷層斜;9-三望平斷層;10-落水沖斷層;11-安谷斷層;12-彌勒屯斷層;13-高武斷層;14-節(jié)理觀察點;15-碧痕營穹窿圖1　研究區(qū)地質略圖(據(jù)1∶20萬興仁幅地質圖修編)

2　節(jié)理統(tǒng)計

2.1節(jié)理發(fā)育特征

筆者在碧痕營穹窿核部蘇家屯一帶約6.5 km2的范圍內布置5個觀察點(圖1)，對中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)灰?guī)r、大廠層(Pd)及上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)上部硅化灰?guī)r中的節(jié)理進行觀察統(tǒng)計，共觀測節(jié)理220條。觀察范圍節(jié)理較為發(fā)育。節(jié)理面平直、延伸較為穩(wěn)定，以壓剪性破裂為主，見少數(shù)張性破裂，部分節(jié)理具有走滑特征。節(jié)理總體延伸以0.8～3.0 m為主，在厚層硅化灰?guī)r中延伸可大于4.5 m。節(jié)理間距以0.4～1.5 m為主，在茅口組灰?guī)r及大廠層內，偶見節(jié)理間距大于2.0 m。從野外觀察統(tǒng)計結果看，除大廠層內部分節(jié)理產狀變化大外，區(qū)內節(jié)理產狀總體較穩(wěn)定，對于應力分析較為可靠。因此，在進行節(jié)理統(tǒng)計和分析時，剔除部分產狀變化較大節(jié)理，共得到192條有效節(jié)理數(shù)據(jù)。

2.2節(jié)理統(tǒng)計

筆者根據(jù)野外節(jié)理觀察統(tǒng)計分析，研究區(qū)至少發(fā)育NWW、NNW、近SN、NW、近EW及NNE向等節(jié)理(表1)。

表1　節(jié)理統(tǒng)計表

NWW向節(jié)理共26條，灰?guī)r、硅化灰?guī)r及硅化粘土巖中普遍發(fā)育，節(jié)理間距0.4～1.1 m，延伸小于3 m。節(jié)理傾向185°～211°(平均為205.5°)，傾角58°～85°(平均為72.2°)(圖2a-①)；NNW向節(jié)理共34條，硅化灰?guī)r硅化粘土巖中較為發(fā)育，部分節(jié)理被石英脈及石膏充填，節(jié)理間距0.35 m～0.7 m，節(jié)理延伸小于2 m。節(jié)理傾向242°～256°(平均為251.5°)，傾角56°～81°(平均為74.5°)，部分節(jié)理具有右行走滑特征；近SN向節(jié)理共計33條，灰?guī)r、硅化灰?guī)r中尤為發(fā)育(圖2a-②、圖2b-②)。節(jié)理間距0.5～1.5 m，延伸長2.0～4.5 m。節(jié)理傾向252°～267°(平均為261.3°)，傾角58°～84°(平均為69.8°)；NW向節(jié)理共29條，在硅化粘土巖中較發(fā)育，部分被石英脈充填。節(jié)理間距0.7～1.2 m，延伸小于3 m。節(jié)理傾向215°～223°(平均為217.3°)，傾角68°～79°(平均為72.4°)；近EW向節(jié)理共45條，硅化灰?guī)r、硅化粘土巖中極發(fā)育(圖2b-③)。節(jié)理間距0.4～1.0 m，延伸長小于3.0 m。節(jié)理傾向165°～179°(平均171.6°)，傾角40°～86°(平均76.5°)，部分節(jié)理具有左行走滑特征；NNE向節(jié)理共25條，硅化灰?guī)r中普遍發(fā)育(圖2b-①)，節(jié)理間距0.2～0.8 m，延伸穩(wěn)定，長2.0～3.0 m，節(jié)理傾向296°～305°(平均301.4°)，傾角72°～85°(平均77.5°)，部分節(jié)理具有右行走滑特征。

圖2　X型共軛節(jié)理照片

2.3節(jié)理配套與分期

(1)節(jié)理配套

通過對節(jié)理構造的觀察、測量及統(tǒng)計(表1)，繪制出192條節(jié)理的走向玫瑰花圖(圖3)。從圖中可以清楚看出，上述6組節(jié)理中NW向、近NNW向節(jié)理最為發(fā)育。根據(jù)X型共軛節(jié)理配套原則：一般形態(tài)上多呈X形；節(jié)理組有相互交切關系，遵循力學分析，服從于同一構造應力場；當節(jié)理在尾部具有折尾、分叉及菱形現(xiàn)象時，次生構造應為同一應力場所致，節(jié)理組運動學特征上應屬于同一構造應力場(覃禮貌等,2005)。在此原則基礎上，結合野外節(jié)理觀察特征，對具有相同構造特征的節(jié)理進行匹配，研究區(qū)6組節(jié)理大致可配為4套X型共軛節(jié)理(表2)。

圖3　研究區(qū)節(jié)理構造走向玫瑰花圖

第一套共軛節(jié)理：由NWW向至NW向與近SN向節(jié)理組成，該套節(jié)理最為發(fā)育，產狀陡傾至近于直立。兩組節(jié)理走向分別為275°～313°、341°～355°，節(jié)理組銳夾角等分線為NW310°～334°(與主應力場NW310°～337°相一致)。第二套共軛節(jié)理：由NNW向與近EW向節(jié)理組成。兩組節(jié)理走向分別為332°～346°、255°～268°，節(jié)理組銳夾角等分線為NWW286°～315°(與應力場NWW286°～317°相一致)。

第三套共軛節(jié)理：由NNE向與近SN向節(jié)理組成。兩組節(jié)理走向分別為26°～35°、342°～357°，節(jié)理組銳夾角等分線為NNE5°～21°(與應力場NNE6°～17°相一致)。第四套共軛節(jié)理：由NNE向與近EW向節(jié)理組成。兩組節(jié)理走向分別為26°～35°、78°～89°，節(jié)理組銳夾角等分線為NE39°～56°(與應力場NE42°～58°相一致)。

(2)節(jié)理分期

根據(jù)上述節(jié)理配套(表2)，結合野外主要構造形跡展布特征，上述共軛節(jié)理中：SN向節(jié)理與NNE向節(jié)理相互交切，說明它們近于同時形成；近EW向節(jié)理組受到NNE向節(jié)理限制，說明EW向節(jié)理晚于NNE向節(jié)理；NNW向節(jié)理組受近EW向節(jié)理所破壞，說明NNW向節(jié)理組形成早于近EW向節(jié)理。

表2　X型共軛剪節(jié)理特征

3　構造應力場恢復

3.1節(jié)理的構造應力場分析

根據(jù)研究區(qū)節(jié)理配套結果(表2)，利用赤平投影(吳氏網(wǎng)，下半球投影)方法，對各套共軛節(jié)理構造應力場進行反演(圖4)，得出研究區(qū)具有NW-SE向、NWW-SEE向、NNE-SSW向及近NE-SW向四次不同方向的構造應力作用，從而形成不同方向的配套節(jié)理。

(1)NW-SE向擠壓：NWW至NW向與近SN向X型共軛剪節(jié)理在此應力場下形成(圖4a)。圖5a中，最大主應力軸方位為310°-337°(平均為320°)，傾角為6°～53°(平均為23°)。

(2)NWW-SEE向擠壓：NNW向與近EW向X型共軛剪節(jié)理在此應力場下形成(圖4b)。圖中最大主應力軸方位為286°～317°(平均為303°)，傾角為4°～18°(平均為14°)。

(3)NNE-SSW向擠壓：NNE向與近SN向X型共軛剪節(jié)理在此應力場下形成(圖4c)。圖中最大主應力軸方位為6°～17°(平均為14°)，傾角為3°～18°(平均為10°)。

圖4　平面X型共軛節(jié)理及應力場

(4)NE-SW向擠壓：NNE向與近EW向X型共軛節(jié)理在此應力場下形成(圖4d)。圖中最大主應力軸方位為42°～58°(平均為50°)，傾角為8°～27°(平均為22°)。

3.2構造應力場與相關構造的關系討論

據(jù)已有資料顯示(張啟厚等,1989; 夏勇等,1993)，研究區(qū)自燕山運動以來受到不同方向的應力作用，形成不同方向的構造形跡。分析表明(薛洪富等，2015)，本區(qū)為一兼有逆沖性質的右行走滑系(圖1)，斷裂、褶皺形跡呈不同方向展布，反映出存在多個方向的構造應力作用。通過對4套共軛節(jié)理所反映的應力場進行反演(圖4)，亦證明研究區(qū)存在不同方向的構造應力作用。

3.2.1主要應力場與相關構造分析

1)區(qū)域性構造與主應力場：區(qū)域性構造為近EW向和NE向的右行走滑斷層，軸向近SN(或NNE)向的碧痕營穹窿。作者(薛洪富等，2015)曾根據(jù)轉換擠壓背景下相關實驗(McClay等，2001；Dooley等，2012)結果分析，認為碧痕營穹窿可能為近EW向和NE向右行走滑斷層連接過程中形成的轉換擠壓背景上的一個沖起構造(穹窿)。穹窿形成過程中的應力場演化如圖5所示，即近EW向右行走滑斷層形成時，σ1方向為NW-SE向(圖5A)；當近EW向和NE向右行走滑斷層連接后，研究區(qū)從走滑背景轉化為轉換擠壓背景，此過程中σ1向逆時針方向旋轉為NWW-SEE(圖5B)，在此應力場背景下，形成了軸向為NNE向的碧痕營穹窿。

根據(jù)上述分析，我們認為上述NW-SE向和NWW-SEE向應力場可能為研究區(qū)的主應力場。

圖5　應力場演化示意圖

2)與主應力場配套的次級構造響應

從圖1中可以看出，研究區(qū)NE向褶皺和與碧痕營晴隆軸向一致的NNE向次級褶皺發(fā)育，就其規(guī)模，NE向次級褶皺規(guī)模相對較大且發(fā)育，NNE向次級褶皺次之。此兩組褶皺與近NW-SE向、NWW-SEE向應力場向匹配，可能是在近EW向走滑和穹窿形成過程中的主應力場所致。

3.2.2局部應力場與相關構造分析

從圖1中可以看出，研究區(qū)除上述NE、NNE向次級褶皺之外，局部還有近EW向和NW向褶皺發(fā)育，這些次級褶皺的分布規(guī)模小，分布較為局限，可能為局部應力場作用所致，前述NNE-SSW向和NE-SW向應力場與之相對應。

3.2.3可能的應力期次順序

根據(jù)上述分析，研究區(qū)可能存在兩期構造應力場，即與走滑斷層活動和穹窿形成相匹配的NW-SE向和NWW-SEE向主應力場，其中NW-SE向稍早一些。與近EW向和NW次級褶皺相匹配的NNE-SSW向和NE-SW向應力場可能為后期的局部應力場。

4　結論

(1)通過節(jié)理統(tǒng)計和赤平投影分析，該區(qū)存在4期應力場，其中NW-SE向、NWW-SEE向為兩期主要應力場；NNE-SSW向和NE-SW向為局部應力場；

(2)根據(jù)應力場演化，近EW向右行走滑斷層形成時，σ1方向為NW-SE向；當近EW向和NE向右行走滑斷層連接過程中，研究區(qū)由走滑背景轉變?yōu)檗D換擠壓背景，這過程中σ1向逆時針方向旋轉為NWW-SEE，在此應力場背景下，形成了軸向為NNE向的碧痕營穹窿。

本文為與貴州省地質礦產勘查局113地質大隊的合作項目，工作過程中得到導師杜定全教授的悉心指導及貴州省地質礦產勘查局113地質大隊孟昌中總工程師、楊傳德院長等的大力支持，在此對上述單位和個人表示衷心的感謝！

[1] 陳燦,劉順,何利,梁清玲.四川盆地中部平昌龍崗地區(qū)節(jié)理特征及應力分析[J].礦物巖石，2010,30(3):44-51.

[2] 鄧賓,劉樹根,楊鎖,等.林灘場構造多期節(jié)理構造特征及其意義[J].礦物巖石,2009,29(3):83-90.

[3] 董旭光,楊海林,薛傳東,等.云南保山核桃坪鉛鋅礦區(qū)節(jié)理特征及其地質意義[J].貴州大學學報：自然科學版，2012,29(1):47-49.

[4] 樂觀禹,張時俊,楊武年.貴州中西部的構造格局與構造應力場[J].地質科學，1994,29(1):11-18.

[5] 梁良,劉成東,李建紅.以共軛節(jié)理研究礦區(qū)構造應力一例[J].礦床地質，1994,29(增刊):105-107.

[6] 劉順,劉樹根,李智武,等.南大巴山褶斷帶西段中新生代構造應力場的節(jié)理研究[J].成都理工大學學報, 2005,8(4):345-350.

[7] 覃禮貌,劉援朝,吳德超,等.溪洛渡地區(qū)節(jié)理構造特征及解析[J].礦物巖石,2003,3 (23):51-54

[8] 夏勇,黃華斌.晴隆大廠銻礦田銻礦成礦的構造控制及實驗研究[J].貴州地質,1993,10(1):18-25.

[9] 薛洪富,杜定全,趙丹,等.一個可能的走滑沖起構造——以黔西南碧痕營穹窿為例[J].貴州大學學報：自然科學版,2015,32(3):53-58.

[10]張啟厚,黃華斌,戎昆方.貴州晴隆大廠銻礦床古喀斯特層滑構造與成礦關系的初步討論[ J]. 貴州工學院學報, 1989,18 (4):43 - 49.

[11]Chen S P., Zhou X H., Tang L J., et al. Wrench-related folding:A case study of Bohai Sea basin,China[J].Marine and Petroleum Geology,2010(27):179-190.

[12]Dooley T. P., Schreurs G . Analogue modelling of intraplate strike-slip tectonics: A review and new experimental results[J]. Tectonophysics,2012,(574-575):1-71.

[13]Engelder T. Loading paths to joint propagation during cycle :and example of t he Appalachia Plateau[J] . Journal of Structural Geology ,1985,(7) :459-476.

[14]McClay, K., Bonora, M., 2001. Analog models of restraining stepovers in strike-slip fault systems[J] . AAPG Bulletin, 2001,85(2):233-260.

(責任編輯：王先桃)

The Characteristics and Analysis of Joints in Bihengying Dome of Qinglong County in Southwestern Guizhou Province

XUE Hongfu1,2, ZHAO Dan1, WANG Jun3, HUANG Yongling3, JI Shengyuan4

(1. College of Resource and Environmental Engineering, Guizhou University, Guiyang 550003,China;2. Academy of Geological and Mineral Exploration, Guizhou Nonferrous Metal and Nuclear Industry Geological Exploration Bureau,Guiyang 550005,China; 3. 113 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Exploration of Development of Guizhou Province, Shuicheng 553000,,China; 4. 106 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Exploration of Development of Guizhou Province, Zunyi 563000, China)

Over 220 are observed, investigated and analyzed in the study area. The results show that 4 sets of the X-type conjugate joints development with the NWW-SEE and NNW-SSE,SN-striking, NNE-SSW and SN-striking, NNE-SSW and EW-striking, NNW-SSE,SN and NNE-SSW-striking. On the basis of that, the tectonic stress field was reflected by the joints inversion. The results show that there are four times compressive stress in the study area, that is, the NW-SE, NWW-SEE, NE-SW, and NNE-SSW-striking. Among them, the NW-SE-striking and NWW-SEE-striking for two main stress field, the NNE-SSW-striking and NE-SW-striking to may be late for local stress field. According to the evolution of stress field analysis, when form to nearly EW-striking dextral strike-slip fault, it indicative the principal stress direction of the NW-SE-striking, and when it connected by the EW-striking and NE-striking of two groups of the dextral strike-slip faults, the study area from strike-slip setting transform into a transpressional setting. The principal stress occurred in this process of counterclockwise for the NWW-SEE strike, in which case the NNE direction of Bihenying dome formed by setting of the stress field.

X-type conjugate joints; tectonic stress field; tectonic interpretation; Bihenying dome

A

1000-5269(2016)03-0044-06

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.03.12

2016-04-20

國家自然科學基金項目資助(41072072).

薛洪富(1988-)，男，碩士研究生,研究方向：構造地質學,Email: 714753327@qq.com.

薛洪富，Email：714753327@qq.com.

P542+. 33