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        新疆阜康白楊河礦區(qū)古構(gòu)造應(yīng)力場特征

        2020-12-09 07:42:42張曉飛
        科技和產(chǎn)業(yè) 2020年11期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)狀共軛應(yīng)力場

        張曉飛

        (中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司 太原分公司, 太原 030000)

        白楊河礦區(qū)位于烏魯木齊市以東100 km,阜康市以東40 km,構(gòu)造上處于博格多復(fù)背斜,北天山褶皺帶以北,準(zhǔn)噶爾坳陷區(qū)以南的黃山—二工河向斜的北翼,總體構(gòu)造為地層南傾的單斜構(gòu)造(圖1),走向為近EW向,地層傾角44°~54°,在走向上和傾向上含煤地層變化不大,按構(gòu)造復(fù)雜程度的級別劃分為簡單構(gòu)造類型。在礦區(qū)外西側(cè)有一條洪溝斷層(F2),為一正斷層,傾向西,傾角80°左右,斷距約100 m左右[1]。

        圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖

        研究區(qū)地表出露侏羅系八道灣組地層,構(gòu)造節(jié)理廣泛發(fā)育。經(jīng)統(tǒng)計,研究區(qū)地表侏羅系地層中節(jié)理走向雖然在E、S、W、N各個方向均有顯示,但總體上表現(xiàn)為三個優(yōu)勢方向,即NNE~NE向、NNW~NW向和近EW向(圖2)。

        圖2 節(jié)理走向玫瑰花圖

        1 古構(gòu)造應(yīng)力場特征

        1.1 節(jié)理分期配套

        節(jié)理的分期主要依據(jù)以下兩個方面:①根據(jù)節(jié)理組的交切關(guān)系;②根據(jù)各期節(jié)理的配套關(guān)系[2]。研究區(qū)節(jié)理組的交切關(guān)系主要表現(xiàn)為晚期節(jié)理切割早期節(jié)理、早期節(jié)理限制晚期節(jié)理兩種情況。節(jié)理的配套是將在同一構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的節(jié)理組合起來,節(jié)理配套是節(jié)理劃分期次的良好依據(jù)[3-7]。

        1.1.1 實例解剖

        圖3中,該點發(fā)育細(xì)砂巖,巖層產(chǎn)狀為191°∠48°,該點主要發(fā)育三組節(jié)理,節(jié)理產(chǎn)狀分別為:①96°∠63°;②315°∠58°;③355°∠22°。由圖中可知:②與③相互切割,同一期構(gòu)造運動形成共軛節(jié)理;①節(jié)理被②與③切割,說明①節(jié)理形成時間較早,為第一期節(jié)理,②與③節(jié)理形成時間較晚,為第二期節(jié)理。

        圖3 F417點節(jié)理分期示意圖

        圖4中,該點發(fā)育細(xì)砂巖,巖層產(chǎn)狀為169°∠68°。該點主要發(fā)育三組節(jié)理,節(jié)理產(chǎn)狀分別為:①46°∠22°;②307°∠81°;③76°∠64°。由圖中可知:①與②相互切割,同一期構(gòu)造運動形成共軛節(jié)理;③節(jié)理切割組成的共軛節(jié)理,說明①與②節(jié)理形成時間較早,為第一期節(jié)理,③節(jié)理形成時間較晚,為第二期節(jié)理。

        圖4 F163點節(jié)理分期配套示意圖

        如圖所示,該點發(fā)育中砂巖,巖層產(chǎn)狀為187°∠55°。發(fā)育四組節(jié)理,節(jié)理產(chǎn)狀分別為:①285°∠68°(7條/m);②60°∠52°(4條/m);③278°∠88°(8條/m);④10°∠20°(4條/m)。由圖中可知,①和②節(jié)理相互切割,表明它們是同一期形成的,形成共軛節(jié)理;③和④節(jié)理相互切割,它們是同一期構(gòu)造運動形成的,構(gòu)成共軛節(jié)理。④節(jié)理切割①和②共軛節(jié)理,說明①和②共軛節(jié)理形成的時間較早,為第一期節(jié)理;③和④節(jié)理構(gòu)成的這組共軛節(jié)理較晚,為第二期節(jié)理。

        圖5 F041點節(jié)理分期示意圖

        1.1.2 節(jié)理分期配套

        研究區(qū)存在3組平面剪節(jié)理,走向分別為:NE~NNE向(0°~40°)、NW-NNW向(140°~180°)、近EW向(70°~110°)。根據(jù)節(jié)理相互切割關(guān)系配套分析,確定為兩套共軛剪節(jié)理,即NE~NNE向(0°~40°)與NW~NNW向(140°~180°)、近EW向和NE~NNE向(0°~40°)。其中,NE~NNE向(0°~40°)與NWW~NNW向(140°~180°)的剪切節(jié)理為第Ⅰ期節(jié)理系,形成時間較早。由近EW向和NE~NEE向組(0°~40°)的剪節(jié)理組成第Ⅱ期節(jié)理系,其多切割其他節(jié)理或被其他節(jié)理限制,發(fā)育時間最晚。

        表1 節(jié)理分期配套表

        圖6 節(jié)理的分期配套圖

        1.2 數(shù)據(jù)處理

        1.2.1 赤平投影原理

        通過赤平投影的方法將各期的共軛剪節(jié)理投影到吳氏網(wǎng)上,古構(gòu)造應(yīng)力場的最大主壓應(yīng)力軸(σ1)與最小主壓應(yīng)力軸(σ3)位于共軛的兩組剪節(jié)理的角等分線上[8-9]。對于研究區(qū)在構(gòu)造應(yīng)力場方面的研究,在分期配套的基礎(chǔ)上,測算了各個點共軛剪節(jié)理組對應(yīng)的應(yīng)力軸產(chǎn)狀。

        1.2.2 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

        研究區(qū)侏羅系地層中存在兩套區(qū)域性的共軛節(jié)理,依據(jù)赤平投影,根據(jù)第Ⅰ期共軛節(jié)理的產(chǎn)狀求出的最大主應(yīng)力方向為近南北向(2°∠14°),最小主應(yīng)力方向為近東西向(91°∠12°),如下表2。根據(jù)第Ⅱ期共軛節(jié)理的產(chǎn)狀求出最大主應(yīng)力方向為北北東向—北東向(平均36°),最小主應(yīng)力方向為北西—北北西方向(平均127°),如下表3。

        表2 第Ⅰ期共軛節(jié)理數(shù)據(jù)分析結(jié)果表

        表3 第Ⅱ期共軛節(jié)理數(shù)據(jù)分析結(jié)果

        1.2.3 古構(gòu)造應(yīng)力場

        自中生代以來,研究區(qū)先后主要經(jīng)歷了燕山期和喜馬拉雅期兩期構(gòu)造運動[10-12]。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)演化和節(jié)理的測量分析,將研究區(qū)自含煤建造形成之后的構(gòu)造應(yīng)力分為2期:侏羅紀(jì)末(或延續(xù)至早白堊世末)和新近紀(jì)以來,其最大主應(yīng)力方向分別為近南北和北北東向。

        圖7 最大主應(yīng)力方位圖

        第Ⅰ期構(gòu)造應(yīng)力場在區(qū)內(nèi)最為發(fā)育,最大擠壓應(yīng)力方向為近SN向,平均產(chǎn)狀為2°∠14°,最小主應(yīng)力軸產(chǎn)狀為91°∠12°(表2),在該應(yīng)力作用形成EW向的妖魔山逆斷層、白楊河逆斷層、泉水溝逆斷層(F10)以及黃山—二工河向斜(W14)等構(gòu)造。在該期構(gòu)造運動應(yīng)力作用下,形成走向NNE~NE與走向NW-NNW向節(jié)理,二者構(gòu)成典型的庫倫剪破裂。前者以左旋為運動特征,后者以右旋運動為主要特征,節(jié)理面以近直立或高傾角斜交。

        第Ⅱ期構(gòu)造應(yīng)力在研究區(qū)相對減弱,最大擠壓應(yīng)力方向為NNE向,平均產(chǎn)狀為36°∠17°,最小主應(yīng)力軸產(chǎn)狀為127°∠16°(表3)。該期構(gòu)造應(yīng)力的作用,加劇了博格達推覆構(gòu)造,在山前形成了沿阜康斷裂。該期構(gòu)造運動形成走向近EW向節(jié)理和NNE~NE節(jié)理,前者以左旋運動為主,后者以右旋為主要運動特征,二者構(gòu)成典型的庫侖剪破裂。

        2 結(jié)論

        1)研究區(qū)存在3組平面剪節(jié)理,代表性的走向分別為NW~NNW向(140°~180°)、近EW向(70°~110°)、NE~NNE向(0°~40°)。

        2)根據(jù)節(jié)理相互、切割關(guān)系配套分析,確定為兩套共軛剪節(jié)理。NE~NNE向(0°~40°)與NW~NNW向(140°~180°)的剪切節(jié)理為第Ⅰ期節(jié)理系,形成時間較早。近EW向和NE~NEE向的剪節(jié)理組成第Ⅱ期節(jié)理系,其多切割其他節(jié)理或被其他節(jié)理限制,發(fā)育時間最晚。

        3)根據(jù)區(qū)域地質(zhì)演化和節(jié)理的測量分析,將研究區(qū)自含煤建造形成之后的構(gòu)造應(yīng)力分為2期:侏羅紀(jì)末(或延續(xù)至早白堊世末)和新近紀(jì)以來,其最大主應(yīng)力方向分別為近南北和北北東向。在Ⅰ期構(gòu)造運動應(yīng)力作用下,形成走向NNE~NE與走向NW~NNW向節(jié)理,二者構(gòu)成典型的庫倫剪破裂,前者以左旋為運動特征,后者以右旋運動為主要特征。Ⅱ期構(gòu)造運動形成走向近EW向節(jié)理和NNE~NE節(jié)理,前者以左旋運動為主,后者以右旋為主要運動特征,二者構(gòu)成典型的庫侖剪破裂。

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