呂古賢，王紅才,2，韓 璐，張寶林，胡寶群，呂承訓(xùn)，馬立成，焦建剛，畢珉峰

(1.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；2.新構(gòu)造運動與地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室，北京 100081；3.中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；4.東華理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，江西 南昌 330013；5.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037；6.長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；7.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

0 引 言

新華夏構(gòu)造體系是東亞地區(qū)特有的地質(zhì)構(gòu)造體系[1-6]。依據(jù)地質(zhì)力學(xué)的觀點，用新華夏構(gòu)造體系分析方法，研究長江中下游鐵銅礦帶、膠東玲瓏金礦田和焦家金礦田、豫西欒川南泥湖鉬鎢礦田、江西相山鈾礦田、贛南銀坑銀多金屬礦田和盤古山鎢礦山等區(qū)域的構(gòu)造控巖控礦和構(gòu)造成巖成礦規(guī)律[7-18]，經(jīng)過詳細(xì)的構(gòu)造變形巖相地質(zhì)填圖或編圖、構(gòu)造測量和應(yīng)力場反演等研究工作[11,19-23]，發(fā)現(xiàn)上述地區(qū)構(gòu)造在中—新生代受新華夏構(gòu)造體系的應(yīng)力場控制，構(gòu)造體系的結(jié)構(gòu)面呈現(xiàn)“米字型”分布樣式。

新華夏構(gòu)造體系的結(jié)構(gòu)面在多個層次和不同規(guī)模上，較普遍呈現(xiàn)“米字型”樣式。構(gòu)造體系的結(jié)構(gòu)面發(fā)育了較為規(guī)則的幾個分布方向，具有相對穩(wěn)定的力學(xué)性質(zhì)?！懊鬃中汀睒邮较涤蒒NE 25°方向擠壓斷裂和褶皺帶、NNW 345°方向(大義山式)張扭斷裂、NEE 75°方向(泰山式)壓扭構(gòu)造和NWW 300°方向(長江式)的橫張構(gòu)造組成[24-25]。

本文利用有限元法對新華夏系“米字型”構(gòu)造樣式進(jìn)行應(yīng)力場模擬，對比分析不同階段結(jié)構(gòu)面(帶)的位移、主干拉應(yīng)力、主干壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、應(yīng)變等參量的分布特征。實驗揭示了“米字型”構(gòu)造的形成過程，即是剪切變形、擠壓變形和引張變形三個構(gòu)造階段的產(chǎn)物。對于構(gòu)造體系方向和演化等理論難題的解決，這是一項重要的進(jìn)展。

特別需要說明的是，在分析討論中，為兼顧地質(zhì)專家用語，采用了主干拉應(yīng)力(對應(yīng)于本文軟件計算結(jié)果的主應(yīng)力σ1，依照彈性力學(xué)規(guī)定，拉應(yīng)力為正數(shù)，壓應(yīng)力為負(fù)數(shù))、最小主壓應(yīng)力(對應(yīng)于本文軟件計算結(jié)果的主應(yīng)力σ2)、最大主壓應(yīng)力(對應(yīng)于主應(yīng)力σ3)、剪切應(yīng)力(剪應(yīng)力τ)等名詞，為避免混淆，文中的討論分析均采用文字?jǐn)⑹觥?/p>

1 新華夏構(gòu)造體系“米字型”構(gòu)造及分階段形成的地質(zhì)模型

1.1 新華夏構(gòu)造體系“米字型”構(gòu)造

野外地質(zhì)調(diào)查和資料綜合分析表明，新華夏構(gòu)造體系的“米字型”結(jié)構(gòu)(圖1)的地質(zhì)特征表現(xiàn)為以下4種構(gòu)造。

圖1 新華夏構(gòu)造體系結(jié)構(gòu)面組成的“米字型”示意圖 Fig.1 Schematic diagram of the double-cross surface in the Neo-Cathaysian structural system1.新華夏擠壓構(gòu)造；2.“泰山式”壓剪構(gòu)造；3.“大義山式”張扭構(gòu)造；4.“長江式”張性構(gòu)造；5.等效作用力

(1)新華夏主干構(gòu)造為北東25°～30°方向大型褶皺、隆起帶和沉降帶及伴生的壓扭構(gòu)造巖相帶；以整體擠壓變形為特征，生成時期跨度在印支—燕山運動及其以來，其中強烈活動時代集中于120～140 Ma。

(2)泰山式構(gòu)造早期表現(xiàn)為北東東75°左右的扭性褶皺和斷裂構(gòu)造巖相帶，壓剪變形，活動時代在140～203 Ma；晚期表現(xiàn)為北東東75°左右的斷裂構(gòu)造巖相帶，以花崗巖帶、斷陷盆地的線性展布為體現(xiàn)，壓剪變形，活動時代在100～120 Ma。

(3)大義山式構(gòu)造為北北西345°左右的扭性斷裂構(gòu)造巖相帶，張剪變形，活動時代與泰山式和長江式構(gòu)造活動相近；較晚期構(gòu)造以巖漿活動為主，控制雁列構(gòu)造和巖脈的分布。

(4)長江式構(gòu)造早期顯示為北西西向290°～300°的張性斷裂構(gòu)造-巖相帶，張裂變形，具有規(guī)模性的巖漿侵入，活動時代在130～144 Ma；晚期長江式構(gòu)造，北西西向295°～300°向張性斷裂帶，活動時期為100～120 Ma。

1.2 新華夏系“米字型”構(gòu)造的形成階段

大量野外地質(zhì)調(diào)查和觀察結(jié)果表明[3,5,24]，新華夏系“米字型”構(gòu)造的形成包括了如下幾個階段(圖 2)：第一期，共軛構(gòu)造發(fā)育階段，包括NNW方向(大義山式)張扭斷裂和NEE方向(泰山式)壓扭構(gòu)造。第二期，主壓扭構(gòu)造發(fā)育階段，由NNE方向斷裂帶構(gòu)成新華夏構(gòu)造體系的主壓扭帶，形成 “3隆3拗格局”。第三期，橫張構(gòu)造發(fā)育階段，發(fā)育NWW方向(長江式)的張裂構(gòu)造。

圖2 新華夏構(gòu)造體系結(jié)構(gòu)面 “米字型”的形成階段圖Fig.2 Schematic diagram showing the evolution stages of the double-cross surface of the Neo-Cathaysian structural system1.新華夏擠壓構(gòu)造;2.“泰山式”壓剪構(gòu)造；3.“大義山式”張扭構(gòu)造；4.“長江式”張性構(gòu)造；5.等效作用力；(a)NNW和NEE向共軛構(gòu)造帶；(b)NNE向主干構(gòu)造帶；(c)NWW向構(gòu)造帶

2 構(gòu)造體系“米字型”構(gòu)造的有限元模型

2.1 有限元方法(FEM)

結(jié)構(gòu)體的應(yīng)力應(yīng)變分析法，包括有限元法、離散元、邊界元、解析法等多種方法，其中有限元法有其不可比擬的優(yōu)勢。由于野外地質(zhì)問題、巖石的力學(xué)性質(zhì)非常復(fù)雜，在利用有限元法進(jìn)行模擬分析時，需要做適當(dāng)簡化，有效解決問題，又避免了模型計算過于復(fù)雜而增加巨大困難[26-29]。

國內(nèi)外許多文獻(xiàn)中，多數(shù)應(yīng)力場的數(shù)學(xué)模擬僅僅限于模擬巖石的彈性變形。盡管也可以按粘-彈性材料進(jìn)行計算，但粘-彈性問題是采用流變方程進(jìn)行計算的[30]，計算結(jié)果與時間緊密相關(guān)，存在巨大的伸縮性(或說具有不確定性)。因而，國內(nèi)外絕大多數(shù)所謂的粘-彈性構(gòu)造應(yīng)力場有限元數(shù)學(xué)模擬，不做粘性問題計算，而只是按彈性問題處理[19,31-33]。顯然，應(yīng)力場數(shù)值模擬比物理實驗?zāi)M具有明顯的靈活性優(yōu)勢[34]?？傮w上，地質(zhì)問題模擬過程，可大致分為四個重要階段：(1)客觀建立地質(zhì)模型和獲取參數(shù)；(2)將地質(zhì)模型簡化為合理的數(shù)學(xué)力學(xué)模型；(3)劃分單元網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)值模擬；(4)結(jié)果后處理分析[19-20,31,35-41]。

采用廣為流行應(yīng)用的ansys等應(yīng)力應(yīng)變模擬軟件。

2.2 有限元模型

構(gòu)造體系屬于新華夏構(gòu)造應(yīng)力場的產(chǎn)物，本文選擇代表性金屬熱液礦田(例如銀坑礦田和玲瓏礦田等)[7-8,11,13]，進(jìn)行有限元法對新華夏系構(gòu)造不同構(gòu)造帶(面)進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變場及其分布的模擬分析。

需要指出的是，盡管新華夏系構(gòu)造不同構(gòu)造帶(面)涉及到不同時期形成演化、遭受了不同構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境作用過程、且各分支具有不同的力學(xué)性質(zhì)差異性，不具備嚴(yán)格的數(shù)學(xué)力學(xué)可比性，但一個非常重要的事實是：在野外地質(zhì)工作中，我們會同時面對許多不同地質(zhì)時期形成的構(gòu)造帶(面)，它們共同存在、相互疊加、許多時候難以區(qū)分。更為重要的是，它們要被放在一起加以分析、對比。因此，將它們置于相同或相近的背景下進(jìn)行對比研究，尋找其中的規(guī)律性，以便為地質(zhì)找礦服務(wù)。

為了便于對比分析，本文將新華夏系構(gòu)造不同構(gòu)造帶(面)置于相同級別的應(yīng)力環(huán)境，也即具有相同的莫爾圓空間和相近的邊界約束下，模擬反演計算，并綜合分析討論。

實驗觀察到，自然界中巖石材料受力后的變形性質(zhì)，不僅僅是彈性的，還表現(xiàn)出粘性、塑性，以及強度峰值之后的應(yīng)變軟化性質(zhì)等[41]。為了方便起見，本文把巖石材料視為連續(xù)彈性體進(jìn)行處理。有關(guān)地質(zhì)和巖石力學(xué)參數(shù)，參考了中國大陸主要巖石類型物性參數(shù)庫[42]。圍巖和構(gòu)造帶賦予不同的巖石力學(xué)參數(shù)，以區(qū)分其力學(xué)性質(zhì)。由于實際地質(zhì)問題非常復(fù)雜，本文進(jìn)行簡化，以理想化的模型開展模擬分析。具體參數(shù)確定為：圍巖E=5×103MPa，ν=0.25，ρ=2 060 kg/m3；構(gòu)造帶E=1×103MPa，ν=0.30，ρ=1 700 kg/m3；本模擬反演過程中，ANSYS軟件采用彈性力學(xué)假定，規(guī)定拉應(yīng)力為正、壓應(yīng)力為負(fù)。

邊界載荷確定：基于大量野外地質(zhì)觀察，認(rèn)為新華夏構(gòu)造體系不同階段的主壓應(yīng)力方向為北西—南東到北西西—南東東方向的漸變[1]，因此，考慮3～5 km深度范圍的平面應(yīng)變地質(zhì)模型，第一期模型在NW 45°邊界AB上施加北西—南東向擠壓應(yīng)力10 MPa載荷，第二期模型在NW 60°邊界AB上施加北西西—南東東向主壓應(yīng)力10 MPa擠壓應(yīng)力載荷，第三期受到北西西—南東東向擠壓應(yīng)力，在NW 60°邊界AB上施加10 MPa擠壓應(yīng)力載荷。

在模型上施加邊界約束條件的設(shè)定：第一期，在NW 45°邊界AB的對面邊界CD邊上施加滑輪約束并原點固定，其它邊界為自由邊界。第二期，在NW 60°邊界AB的對面邊界CD邊上施加滑輪約束并角點固定，其它邊界為自由邊界。第三期與第二期相同[35]。

同時，在建立模型時，為了避免邊界效應(yīng)影響導(dǎo)致的計算結(jié)果偏差，在劃分網(wǎng)格時，將模型的外圍進(jìn)行適當(dāng)擴邊。在此基礎(chǔ)上建立有限元模型，劃分二維網(wǎng)格節(jié)點1 458個，采用四邊形及三角形混合剖分，共劃分989個等參元，如圖3所示。

圖3 應(yīng)力場有限元模型Fig.3 Stress field finite element model (a)第一期，NNW向構(gòu)造和NEE向構(gòu)造帶共軛發(fā)育；(b)第二期，NNE向主干構(gòu)造帶；(c)第三期，NWW向“長江式”構(gòu)造帶

3 有限元法模擬結(jié)果與討論

3.1 分階段模擬結(jié)果

各階段的局部位移、應(yīng)變和應(yīng)力具有明顯不同的變化(圖4、圖5、圖6)。

3.1.1 第一期剪切共軛階段

受到NW向擠壓應(yīng)力的作用，區(qū)內(nèi)應(yīng)變最大的地方主要在模型的西北側(cè)，NW向斷裂的北端附近。斷裂帶內(nèi)位移比圍巖內(nèi)量值較大，因此，位移等值線在斷裂帶內(nèi)有比較明顯的轉(zhuǎn)折。圍巖內(nèi)應(yīng)變較均勻、且量值較小，而斷裂帶內(nèi)發(fā)生的應(yīng)變量值大，斷裂帶內(nèi)主要呈現(xiàn)為NW向擠壓和NE向拉伸作用并具有較強烈的應(yīng)變(圖4(a))。例如銀坑礦田斷裂帶內(nèi)發(fā)育的斷層泥、斷層角礫和透鏡體等，都是強烈變形的結(jié)果。

最小主壓應(yīng)力，在區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)NW向和SE向量值較大，向中心逐漸減小的趨勢，而在斷裂的兩端部位置呈現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)(應(yīng)力集中)，應(yīng)力最大值約為5.58 MPa，最小值為0.054 6 MPa。NNW向斷裂帶內(nèi)應(yīng)力量值較小，NEE向斷裂帶內(nèi)應(yīng)力量值較大，最大約為0.833 MPa。

最大主壓應(yīng)力分布(圖4(c))，最大為19.822 MPa，最小為1.289 MPa，圍巖總體較大，斷裂帶內(nèi)總體較小，為2～8 MPa，NEE向斷裂帶內(nèi)明顯高于NNW向斷裂。在斷裂帶兩端的圍巖內(nèi)最大主應(yīng)力均較高。說明在新華夏應(yīng)力環(huán)境下，圍巖受到的擠壓應(yīng)力最大，斷裂帶內(nèi)受到的擠壓應(yīng)力比圍巖小，而NNW向斷裂帶受到的擠壓應(yīng)力又比NEE向構(gòu)造帶小。而且高應(yīng)力區(qū)主要分布在斷裂帶的兩端，而并非斷裂帶的交匯部位。

區(qū)內(nèi)剪切應(yīng)力最大為8.121 MPa，最小為0.796 MPa(圖4(d))，在圍巖中表現(xiàn)為北東側(cè)和南西側(cè)較高，向中間降低的趨勢，斷裂帶內(nèi)則為北西側(cè)和南東側(cè)較高，中心較低的趨勢，且NNW向斷裂帶受到的剪切應(yīng)力總體比NEE向斷裂帶低。在斷裂的兩端，有較高的剪切應(yīng)力分布。

圖4 新華夏構(gòu)造體系第一期構(gòu)造帶應(yīng)變應(yīng)力分布圖Fig.4 Strain and stress distribution of stage-1 Neo-Cathaysian structural system

由于模型整體受到壓應(yīng)力作用為擠壓應(yīng)力環(huán)境，因此，拉張應(yīng)力總體較小，在NEE向斷裂帶的兩端，有較高的拉張應(yīng)力，最大值為3.35 MPa，NNW向斷裂帶內(nèi)較弱并由南到北呈現(xiàn)增強，為0.2～2.0 MPa。

野外地質(zhì)工作表明，NNW方向(大義山式)張扭斷裂和NEE方向(泰山式)壓扭構(gòu)造附近，發(fā)育著大量基性-中性巖石及相關(guān)礦床，表明其對該類礦床有明顯的控制作用[43-44]。

3.1.2 第二期擠壓階段構(gòu)造

從位移場看，模型總體受到NWW向擠壓應(yīng)力的作用，在圍巖中呈現(xiàn)比較規(guī)律的NWW向變形，在斷裂帶內(nèi)呈現(xiàn)明顯的NWW向壓縮變形和NNE向拉伸變形，相比之下，圍巖中變形(應(yīng)變)量值大，且以NWW向壓縮為主(圖5(a))。

最小壓應(yīng)力在圍巖內(nèi)較為規(guī)律，呈現(xiàn)明顯的從北西側(cè)和南東側(cè)向斷裂帶降低的趨勢，最大值約為3.241 MPa，最小值為0.045 MPa。而在斷裂內(nèi)的分布規(guī)律與圍巖明顯不同，在斷裂帶內(nèi)表現(xiàn)為中心最高并向兩端遞減的趨勢(圖5(b))。

圖5 新華夏構(gòu)造體系第二期構(gòu)造帶應(yīng)變分布圖Fig.5 Strain and stress distribution of stage-2 Neo-Cathaysian structural system

最大壓應(yīng)力分布(圖5(c))，模型內(nèi)最大壓應(yīng)力總體呈現(xiàn)從斷裂的北東邊部和南西部兩端向中心位置遞減趨勢，最大值為20.097 MPa，最小值為5.776 MPa，斷裂帶兩端的圍巖位置也出現(xiàn)最大壓應(yīng)力值，斷裂帶內(nèi)，8.4～11.2 MPa，相比最大壓應(yīng)力在斷裂帶內(nèi)稍低于圍巖。

區(qū)內(nèi)剪切應(yīng)力(圖5(d)、(e))最大為7.895 MPa，最小為2.719 MPa，總體呈現(xiàn)出從區(qū)域北西側(cè)和南東側(cè)向斷裂帶逐漸增加趨勢，圍巖中斷裂帶兩端附近位置出現(xiàn)剪切應(yīng)力高值區(qū)。斷裂帶內(nèi)，剪切應(yīng)力總體較小，為2.40～3.57 MPa，但是，斷裂帶內(nèi)的剪切應(yīng)力為4.80～6.12 MPa,相比之下斷裂帶內(nèi)的剪切應(yīng)力大于圍巖中，以剪切破壞為主導(dǎo)。

模型內(nèi)拉張應(yīng)力量值總體較小，介于0～4.23 MPa之間。拉張應(yīng)力主要發(fā)育在圍巖中，拉張應(yīng)力最大為4.23 MPa，拉張應(yīng)力等值線近似沿斷裂帶平行方向條帶狀展分布，離開斷裂帶的方向上迅速減弱并在2倍斷裂帶范圍內(nèi)接近消失。而在斷裂帶內(nèi)，拉張應(yīng)力極微弱，可以忽略，這歸因于本階段為擠壓環(huán)境階段主要產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。

f野外地質(zhì)工作發(fā)現(xiàn)，主壓扭構(gòu)造發(fā)育階段，由NNE方向斷裂帶構(gòu)成構(gòu)造體系的主壓扭帶，形態(tài)上有“3隆3拗格局”，它對于沉積型的油氣、煤炭和礦床具有重要的控制作用。

3.1.3 第三期“長江式”構(gòu)造帶引張階段

總體模型受到NWW向擠壓，發(fā)生NWW向壓縮變形，同時，在與壓縮變形垂直的NNE向出現(xiàn)不同規(guī)模的拉張變形，拉張變形以斷裂帶內(nèi)較為明顯且分布較為均勻，圍巖內(nèi)拉張應(yīng)變量值較小且分布不均勻為特征(圖6(a))。

應(yīng)力場總體呈現(xiàn)NWW—SEE的擠壓應(yīng)力主導(dǎo)，有不規(guī)則變化，斷裂帶內(nèi)應(yīng)力較均勻，且發(fā)育NNW向微弱張應(yīng)力。模型內(nèi)最小壓應(yīng)力 (圖6(c))，量值上較小，為0.036～3.179 MPa，呈現(xiàn)從模型的北西側(cè)中部和南東側(cè)中部斷裂帶端部向圍巖內(nèi)逐漸增大的趨勢，圍巖中心部位趨于最大且分布較均勻。在斷裂內(nèi)的最小壓應(yīng)力分布規(guī)律與圍巖基本一致。

圖6 新華夏構(gòu)造體系第三期構(gòu)造帶應(yīng)變分布圖Fig.6 Strain and stress distribution of stage-3 Neo-Cathaysian structural system

最大壓應(yīng)力分布(圖6(c))，區(qū)域圍巖內(nèi)最大壓應(yīng)力比斷裂帶內(nèi)大，最大壓應(yīng)力的峰值最高為2.4～16.5 MPa，且在斷裂帶端部兩側(cè)的圍巖內(nèi)出現(xiàn)高峰值并向周圍內(nèi)迅速降低。同時，最大壓應(yīng)力σ3的最小值也分布在斷裂帶延伸方向圍巖內(nèi)、向周圍呈近似環(huán)帶狀分布并減弱。在斷層內(nèi),最大壓應(yīng)力明顯小于圍巖，為2.3～4.0 MPa，斷層中心部位為局部低值區(qū)，向兩端逐漸增大，具有近似對稱分布。

區(qū)內(nèi)剪切應(yīng)力(圖6(d))介于1.5～6.8 MPa之間，總體上剪切應(yīng)力在圍巖內(nèi)量值較大而在斷裂帶內(nèi)較小。圍巖內(nèi)，剪切應(yīng)力高值區(qū)出現(xiàn)在斷裂帶的端部附近，高達(dá)6.8 MPa。最小值出現(xiàn)在斷裂帶內(nèi)。在斷裂帶內(nèi)中心地帶為低值區(qū)。

模型內(nèi)拉張應(yīng)力量值總體較小，介于0.036～2.280 MPa之間。圍巖內(nèi)量值普遍較小，在斷裂帶端部延伸處存在，<0.027 MPa；在斷裂帶內(nèi)靠近端部出現(xiàn)拉張應(yīng)力，量值較小，<0.24 MPa。

結(jié)合野外地質(zhì)工作，發(fā)現(xiàn)NWW方向(長江式)的張裂構(gòu)造對于局域型地層、巖漿巖和相關(guān)礦床有控制作用[43-44]。

3.2 新華夏系應(yīng)力應(yīng)變場的分析探討

新華夏系“米字型”構(gòu)造的上述數(shù)學(xué)模擬，也是構(gòu)造體系的分階段演化和形成過程的反演，這展示了各階段構(gòu)造帶及其地質(zhì)力學(xué)特性的內(nèi)在協(xié)調(diào)性?；谏鲜鲂氯A夏系應(yīng)力應(yīng)變場模擬分析，可得到以下幾點規(guī)律性認(rèn)識：

(1)三階段相比，構(gòu)造帶內(nèi)主干拉應(yīng)力以第一期NNW向構(gòu)造帶內(nèi)為最大，第三期NWW向“長江式”構(gòu)造帶次之，第二期NNE向和第一期NEE向構(gòu)造帶內(nèi)均最小，非常微弱，接近于零。

(2)三階段相比，第一期NEE向構(gòu)造帶中等，最大壓應(yīng)力以第二期NNE向構(gòu)造帶為量值最大，第一期NNW向構(gòu)造帶和第三期NWW向“長江式”構(gòu)造帶為最小。在銀坑礦田內(nèi)即是如此[11,45]：NNE向主干推覆構(gòu)造表現(xiàn)為強烈的擠壓性質(zhì)，不僅發(fā)生強烈的擠壓推覆作用，而且在斷裂帶附近有明顯的斷層角礫和斷層泥發(fā)育，局部地區(qū)可以見到透鏡體發(fā)育。NWW向“長江式”構(gòu)造帶為區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造，礦脈和巖脈多顯示出張性特征，說明該組構(gòu)造受到的主干應(yīng)力為張性，擠壓應(yīng)力較小。

(3)新華夏構(gòu)造體系三期構(gòu)造帶，最小主壓應(yīng)力相比，第二期NNE>第三期NWW>第一期。第一期構(gòu)造帶最小主壓應(yīng)力，量值最低，為0.054 6～0.833 0 MPa，且在北西向斷裂帶量值較小、在NEE向帶較大。第二期構(gòu)造帶內(nèi)的最小主壓應(yīng)力，量值最高，分布為0.045～3.241 MPa。第三期NWW構(gòu)造帶內(nèi)最小主應(yīng)力，量值居中間，0.036～3.179 MPa。

(4)三期構(gòu)造帶均受到均勻分布的近似NW—SE向擠壓應(yīng)力作用，而第三期NWW“長江式”構(gòu)造帶則在擠壓應(yīng)力作用的同時還有NE—SW向拉張應(yīng)力作用，產(chǎn)生較大的NE向拉張應(yīng)變。表明構(gòu)造體系的基本構(gòu)造應(yīng)力場的性質(zhì)是復(fù)雜的，在外力、約束、巖石材料多種因素作用下宏觀擠壓環(huán)境內(nèi)也會出現(xiàn)引張變形導(dǎo)致拉張構(gòu)造，有利于成礦熱液運移聚集。

(5)以上三期階段構(gòu)造的應(yīng)變應(yīng)力大小、方向及分布在圍巖和斷裂帶內(nèi)對比分析表明，新華夏系的構(gòu)造應(yīng)力應(yīng)變場有其特有規(guī)律性，各演化階段構(gòu)造帶的位移、應(yīng)力和應(yīng)變的變化具有顯著的標(biāo)志性。

4 結(jié) 論

(1)本文解析了新華夏構(gòu)造體系的“米字型”構(gòu)造樣式：新華夏構(gòu)造體系，普遍發(fā)育著“米字型”構(gòu)造；“米字型”構(gòu)造顯示出分階段的發(fā)育演化特征；依據(jù)野外區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力特征、應(yīng)力邊界變化及其空間的關(guān)聯(lián)性，“米字型”構(gòu)造各組成部分應(yīng)該歸為同一構(gòu)造體系分階段或分期次的產(chǎn)物。

(2)通過計算機有限元法反演，獲得了“米字型”構(gòu)造應(yīng)力和應(yīng)變的變化特征：新華夏構(gòu)造體系三期應(yīng)變特征相比表現(xiàn)為，第一階段發(fā)育NNW向和NEE向共軛應(yīng)變帶、第二階段發(fā)育NNE向擠壓應(yīng)變構(gòu)造帶、第三階段發(fā)育NWW向張剪應(yīng)變帶。新華夏構(gòu)造體系三期構(gòu)造帶，最小壓應(yīng)力量值大小相比，第二期>第三期>第一期。第一期最小主應(yīng)力在NNW向斷裂帶，量值較小，在NEE向帶量值較大，為0.054 6～0.833 0 MPa，為三期中最小。第二期構(gòu)造帶最小壓應(yīng)力值分布為0.045～3.241 MPa，為三期中最大。第三期構(gòu)造帶內(nèi)最小主應(yīng)力，0.036～3.179 MPa，居三期中間。三階段相比，構(gòu)造帶內(nèi)主干拉應(yīng)力以第一期NNW向構(gòu)造帶內(nèi)為最大，第三期NWW向“長江式”構(gòu)造帶次之，第二期NNE向和第一期NEE向構(gòu)造帶內(nèi)均微弱、幾乎接近為零，表現(xiàn)出，由老到新，最高下降至微弱之后再回升的趨勢。最大壓應(yīng)力第一期NEE向構(gòu)造帶中等，第二期NNE向構(gòu)造帶為最大，第三期NWW向“長江式”構(gòu)造帶和NNW向構(gòu)造帶為最小。表現(xiàn)出時間由老到新，遵循先增強至最高值再下降至最小的趨勢。

(3)本研究模擬了新華夏構(gòu)造體系結(jié)構(gòu)面或構(gòu)造帶的分布特征，反演了三期演化特點，揭示了構(gòu)造帶應(yīng)變應(yīng)力的大小和方向，演示了它們在圍巖和斷裂帶的變化規(guī)律。研究證明，構(gòu)造體系的應(yīng)力和應(yīng)變場具備特定的分布演化規(guī)律；構(gòu)造體系的構(gòu)造帶成生演化的位移、應(yīng)力和應(yīng)變具有標(biāo)志性意義。構(gòu)造體系結(jié)構(gòu)面(帶)的分布變化不僅能指導(dǎo)應(yīng)力-應(yīng)變特征研究，而且有助于準(zhǔn)確預(yù)測成礦方向和成礦階段與發(fā)現(xiàn)成礦部位。

致謝：感謝王連捷研究員和劉瑞珣教授對于“構(gòu)造附加靜水壓力”研究的長期支持和具體指教，由于王連捷研究員的具體指導(dǎo)才完成本模擬的設(shè)計、計算和分析。