陸宏宇，郭進(jìn)京，吉 夏，王凱旋，張 琛，趙海濤，劉重慶

（天津城建大學(xué) 地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津 300384）

構(gòu)造節(jié)理是脆性上地殼巖石最普遍的構(gòu)造形跡，是特定區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場作用下形成的構(gòu)造破裂，常常以兩組共軛形式出現(xiàn).特定時(shí)代巖石地層體中構(gòu)造節(jié)理幾何組合形式和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是區(qū)域構(gòu)造變形期次劃分及其構(gòu)造應(yīng)力場反演的主要途徑之一[1].西秦嶺北緣構(gòu)造帶是青藏高原東北緣重要的構(gòu)造邊界之一，也是重要的地震活動(dòng)斷層帶之一[2-4].西秦嶺北緣漳縣地區(qū)不僅近東西向區(qū)域性斷層發(fā)育，而且分布有不同時(shí)代的中—新生代陸相紅層地層，這些紅層地層中不同性質(zhì)、不同方位的多期構(gòu)造節(jié)理或小型斷層非常發(fā)育，這為研究該區(qū)域構(gòu)造變形歷史和構(gòu)造應(yīng)力場特征及演變提供了良好條件.本文以角度不整合在漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)含鹽紅層地層之上的上新統(tǒng)韓家溝礫巖中構(gòu)造節(jié)理為主要研究對(duì)象，通過對(duì)其中發(fā)育的構(gòu)造節(jié)理觀測和統(tǒng)計(jì)分析，揭示了其兩期不同的構(gòu)造變形及構(gòu)造應(yīng)力場作用過程，為認(rèn)識(shí)西秦嶺北緣上新世以來構(gòu)造演變過程和探討印度—?dú)W亞板塊碰撞匯聚的遠(yuǎn)程構(gòu)造響應(yīng)提供了新的科學(xué)依據(jù).

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西秦嶺北緣構(gòu)造帶漳縣段，主要由一系列近東西向斷層和由斷層所夾持的不同時(shí)代的地層塊體所組成的構(gòu)造帶（見圖1）.出露地層包括下古生界李子園群、泥盆系、石炭系和二疊系等造山帶地層和白堊系、漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)和上新統(tǒng)等陸相紅層地層[5].其中漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)含鹽紅層地層角度不整合在下伏造山帶老地層之上，而上新統(tǒng)韓家溝礫巖則以近水平或緩傾斜角度不整合覆蓋在下伏漸新統(tǒng)—中新統(tǒng)含鹽紅層盆地之上（見圖1）.上新統(tǒng)礫巖主要由巖性單調(diào)的巨厚層—厚層的巨礫—中礫礫巖組成，特征性的丹霞地貌與周圍的其它時(shí)代地層的地貌相區(qū)分，總厚度360余米.下部礫巖以棱角狀、次棱角狀、分選差的洪積礫巖為特征；中部礫巖礫石磨圓度有所提高，中礫和細(xì)礫含量有所增加；上部則以含有磨圓度較高的巨礫的中礫-細(xì)礫礫巖和砂礫巖為特征[6].礫巖內(nèi)部溝壑或大陡壁面的方向主要為近南北向、北東向、北西向和東西向，其中南北向和北東向最為顯著，這與其中發(fā)育的小型斷層或構(gòu)造節(jié)理面相吻合.

圖1 西秦嶺北緣漳縣地區(qū)地質(zhì)概況

2 上新統(tǒng)韓家溝礫巖構(gòu)造節(jié)理統(tǒng)計(jì)分析

漳縣地區(qū)上新統(tǒng)韓家溝礫巖的層理面多呈近水平或緩傾斜，總體向南東或北西傾，但傾角較小，一般不超過20°.礫巖層中構(gòu)造節(jié)理發(fā)育良好，通過對(duì)這套礫巖中構(gòu)造節(jié)理觀測和統(tǒng)計(jì)，獲取了20組構(gòu)造節(jié)理數(shù)據(jù)（見表1）.結(jié)果表明，礫巖中走向主要發(fā)育四個(gè)方向的構(gòu)造節(jié)理，即南北向、近東西向（282°）、北東向（42°）和北西向（330°），如圖2所示.其中南北向和近東西向節(jié)理近直立，傾角在75°～85°之間，而北東向和北西向節(jié)理傾角相對(duì)較緩，在55°～65°之間.通過對(duì)節(jié)理面上擦痕線理、階步和礫石錯(cuò)斷等運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)志觀測，發(fā)現(xiàn)南北向節(jié)理呈右旋，而近東西向則呈左旋，具有共軛節(jié)理組合特征；北東向節(jié)理呈左旋，而北西向呈右旋，構(gòu)成第二組共軛節(jié)理組合.第一組南北向和近東西向共軛節(jié)理，特別是南北向節(jié)理控制了礫巖層中最為發(fā)育的南北向溝谷，而北東向和北西向則控制了礫巖層中次級(jí)溝谷.南北向節(jié)理明顯截切了北東向和北西向節(jié)理.因此，北東向和北西向共軛節(jié)理為第一期變形，而南北向和近東西向共軛節(jié)理為第二期變形.

表1 韓家溝礫巖共軛節(jié)理和構(gòu)造應(yīng)力分析數(shù)據(jù)

圖2 上新統(tǒng)韓家溝礫巖節(jié)理走向玫瑰花圖

3 上新統(tǒng)韓家溝礫巖變形的構(gòu)造應(yīng)力場分析

利用共軛構(gòu)造節(jié)理反演構(gòu)造應(yīng)力場是構(gòu)造應(yīng)力場分析的有效方法[7-12].最經(jīng)典的理論依據(jù)為安德森模式，即巖石在三軸構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的X型共軛節(jié)理.其最大主壓應(yīng)力σ1方向總是與共軛節(jié)理銳夾角等分線一致，中間主壓應(yīng)力σ2方向平行于共軛節(jié)理交線，而最小主壓應(yīng)力σ3方向與共軛節(jié)理鈍夾角等分線一致[13].但野外實(shí)際觀測中發(fā)現(xiàn)有些共軛破裂的剪切滑動(dòng)方向所指示主壓應(yīng)力σ1并不與共軛破裂的銳夾角等分線一致，相反卻與鈍夾角等分線一致[14].因此，不應(yīng)簡單地把X型剪節(jié)理的銳夾角等分線方向作為主壓應(yīng)力σ1方向，而應(yīng)仔細(xì)分析共軛剪節(jié)理的互相錯(cuò)切的關(guān)系和相對(duì)位移方向，判斷壓縮區(qū)與伸張區(qū)，以確定主應(yīng)力方向，即最大與最小主應(yīng)力軸分別位于壓縮區(qū)與伸張區(qū)的等分角線上[1].另外，野外實(shí)際研究中多期構(gòu)造變形形成多組共軛節(jié)理也給節(jié)理分期配套和利用構(gòu)造共軛節(jié)理反演構(gòu)造應(yīng)力場造成了很大的困難.因此，正確、合理地識(shí)別、分期、配套相同期次的具有指向意義的共軛剪節(jié)理直接關(guān)系著古構(gòu)造應(yīng)力場的反演正確與否[15].但具體到本文研究的上新統(tǒng)韓家溝礫巖，由于地層基本水平，僅發(fā)育兩套共軛節(jié)理，并且不同方向節(jié)理剪切滑動(dòng)方向清楚.根據(jù)滑動(dòng)方向確定的主壓應(yīng)力方向都與共軛節(jié)理銳夾角等分線一致，所以本研究用吳氏網(wǎng)投影技術(shù)[16]，對(duì)每個(gè)觀測點(diǎn)節(jié)理數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，獲得共軛角和三個(gè)主應(yīng)力方向（見表1及圖3-4）.結(jié)果表明：韓家溝礫巖發(fā)育的兩套共軛節(jié)理指示其兩期構(gòu)造變形，第一期變形的最大主應(yīng)力方向近SN向，最小主應(yīng)力方向近東西向；第二期變形的最大主應(yīng)力方向?yàn)镹 33°E，最小主應(yīng)力方向?yàn)镹 55°W；兩期變形的中間主壓應(yīng)力都顯示出陡傾伏或近直立，有可能指示了這兩期變形都具有區(qū)域擠壓走滑應(yīng)力場的特征.

圖3 上新統(tǒng)韓家溝礫巖典型共軛節(jié)理極射赤平投影及主應(yīng)力分析

圖4 上新統(tǒng)韓家溝礫巖主壓應(yīng)力極點(diǎn)

4 結(jié)論

西秦嶺北緣漳縣地區(qū)上新統(tǒng)礫巖發(fā)育有南北向、近東西向、北東向、北西向四組構(gòu)造節(jié)理.其中北東向和北西向兩組構(gòu)成第一期共軛節(jié)理，指示了近南北向擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用.而南北向和近東西向兩組節(jié)理構(gòu)成第二套共軛節(jié)理則指示了北北東向擠壓構(gòu)造應(yīng)力作用.從第一期到第二期構(gòu)造變形，構(gòu)造應(yīng)力場主壓應(yīng)力方向有一個(gè)約33°順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這可能指示了上新世以來西秦嶺地塊曾經(jīng)發(fā)生了順時(shí)針旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致主壓應(yīng)力方向的偏轉(zhuǎn).