宋吉軍，朱 斌

（浙江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，浙江寧波 315000）

0 引言

1983年，馬杏垣[1]提出解析構(gòu)造學(xué)的概念，基本含義是應(yīng)用當(dāng)代先進(jìn)的構(gòu)造分析方法，對(duì)地殼-巖石圈的各種變形進(jìn)行幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的解析。

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是地球科學(xué)研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是探討和認(rèn)識(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)根本原因的主要研究方法。因此，對(duì)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的研究越來(lái)越受到地學(xué)界的關(guān)注。本文運(yùn)用擦痕和節(jié)理對(duì)斷裂的動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了研究。

1 原理及步驟

1.1 擦痕

擦痕是斷層兩盤巖石被磨碎的巖屑和巖粉在斷層面上因摩擦等作用留下的痕跡。

在研究區(qū)內(nèi)，通過對(duì)斷層面上的古應(yīng)力標(biāo)記-擦痕進(jìn)行詳盡的觀測(cè)，利用赤平投影原理，采用古應(yīng)力分析方法及相關(guān)配套軟件對(duì)野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并得出古應(yīng)力圖，恢復(fù)該地區(qū)的構(gòu)造演化。

（1）在前期研究的基礎(chǔ)上確定勘查區(qū)內(nèi)構(gòu)造剖面路線，原則上應(yīng)大致與斷裂帶走向方向垂直，且路線上斷層露頭良好，為古應(yīng)力分析方法提供完整的原始資料。

（2）觀測(cè)斷層，確定斷層的性質(zhì)，這是古應(yīng)力重建的理論基礎(chǔ)。目前主要有8種斷層盤上的標(biāo)示來(lái)判斷斷層性質(zhì)。

（3）在斷層面上觀察并測(cè)量斷層面和擦痕的產(chǎn)狀。注意，在同一觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)要在8個(gè)以上，以滿足精度要求。

利用Angelier古應(yīng)力分析軟件，將野外測(cè)得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，得到古應(yīng)力圖及相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行誤差評(píng)估，RUP≤50%或ANG≤22.5°一般被認(rèn)定為誤差較小、匹配最好的數(shù)據(jù)。

通過系統(tǒng)地展示構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)狀態(tài)，可細(xì)分出7種類型的應(yīng)力機(jī)制，經(jīng)分析可以得知研究區(qū)斷裂帶在何種應(yīng)力機(jī)制下形成，從而推演該地區(qū)的構(gòu)造演化史。

1.2 節(jié)理

節(jié)理是巖石中的裂隙，是沒有明顯位移的斷裂，也是地殼上部巖石中發(fā)育最廣的一種構(gòu)造[2]。

深圳“圖書館之城”也是一個(gè)典范。深圳圖書館課題組編纂出版了《圖書館之城建設(shè)指標(biāo)體系研究》與《深圳模式——深圳“圖書館之城”探索與創(chuàng)新》，兩書為深圳“圖書館之城”的服務(wù)品牌建設(shè)作了一個(gè)系統(tǒng)性的總結(jié)，從探索、創(chuàng)新、成就與展望等維度出發(fā)，體現(xiàn)出深圳圖書館人創(chuàng)建服務(wù)品牌的文化自覺和開創(chuàng)中國(guó)特色中國(guó)城市圖書館發(fā)展道路的文化自信。

眾所周知，共軛節(jié)理測(cè)量是目前構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)研究最有效的方法之一。依據(jù)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)，在一個(gè)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)下形成的共軛節(jié)理與應(yīng)力主軸方位有一定的相關(guān)性（圖1），共軛節(jié)理相交線與中間應(yīng)力軸σ2平行；通常共軛節(jié)理的銳角平分線平行于最大應(yīng)力軸σ1的方向，即最大壓應(yīng)力方向；共軛節(jié)理的鈍角平分線與最小主應(yīng)力軸σ3平行；如果共軛剪節(jié)理還發(fā)育一組張節(jié)理，那么張節(jié)理平行最大主應(yīng)力軸σ1且垂直于最小應(yīng)力主軸σ3的方向。

圖1 共軛節(jié)理與主應(yīng)力軸的關(guān)系

利用節(jié)理還原構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的主要工作步驟如下。

（1）通過野外地質(zhì)觀測(cè)，在測(cè)區(qū)內(nèi)選取觀測(cè)點(diǎn)，然后測(cè)量節(jié)理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行記錄。

（2）將所有測(cè)得的節(jié)理數(shù)據(jù)通過赤平投影軟件StrGraphPrj或STEREO進(jìn)行分析，可以得到節(jié)理的走向玫瑰花圖或傾向玫瑰花圖。

（3）將節(jié)理玫瑰花圖投影到區(qū)域地質(zhì)圖上，進(jìn)而對(duì)節(jié)理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以歸納出區(qū)域上節(jié)理類型組。

（4）判斷節(jié)理與斷層或褶皺的關(guān)系。斷層和節(jié)理有著不可分割的聯(lián)系，不同時(shí)期不同性質(zhì)的斷層會(huì)產(chǎn)生截然不同的節(jié)理。

（5）依最大主壓應(yīng)力軸σ1與擠壓區(qū)等分線一致并滑向角頂?shù)脑瓌t確定σ1方向；野外未能確定位移方向的共扼節(jié)理，用安德生模式確定σ1和σ3方向，即σ1與銳角分角線一致，σ3與鈍角分角線一致，σ1所在盤向銳角角頂方向滑動(dòng)[3]。這樣可以大致判定主應(yīng)力方位。

（6）根據(jù)實(shí)際情況可以作主應(yīng)力軸方位等密圖，由圖可以確定3個(gè)主應(yīng)力軸的方位。

（7）作主應(yīng)力軌跡平面圖：將各測(cè)點(diǎn)上的σ1和σ3方向標(biāo)出并依次用圓滑曲線連接即成，圖形反映該區(qū)主應(yīng)力分布的概貌。

2 實(shí)例

2.1 擦痕

據(jù)中國(guó)中央造山帶—秦嶺大巴造山帶做過關(guān)于古應(yīng)力的研究。選取其中朱陽(yáng)關(guān)—夏館斷裂帶作為研究對(duì)象，通過采集擦痕數(shù)據(jù)，輸入Angelier古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)反演軟件進(jìn)行運(yùn)算，得出應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)（表1）和相應(yīng)的應(yīng)力場(chǎng)圖件（圖2）。

表1應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)中，應(yīng)力差異指數(shù)φ由軟件直接得到，數(shù)值在0~1之間，表明各個(gè)點(diǎn)測(cè)量的擦痕為同一時(shí)期的產(chǎn)物；應(yīng)力參數(shù)R根據(jù)表1計(jì)算得到，判斷應(yīng)力場(chǎng)機(jī)制；ANG是指剪應(yīng)力與滑動(dòng)方向之間的角度偏差，它由軟件直接得到，數(shù)據(jù)中ANG≤22.5°反映數(shù)據(jù)誤差較小。

表1 應(yīng)力場(chǎng)數(shù)據(jù)

由應(yīng)力場(chǎng)圖（圖2）反映，靠近朱陽(yáng)關(guān)—夏館斷裂帶的應(yīng)力方向基本為北北東-南南西和北東-南西向，遠(yuǎn)離斷裂帶的NO.39、NO.16、NO.21、NO.50作為參考，表明不同地質(zhì)時(shí)期北秦嶺所受應(yīng)力方向的變化。結(jié)合前人研究成果可知，北秦嶺——即揚(yáng)子板塊和華北板塊的拼合帶經(jīng)歷了從早古生代加里東期由北北東-南南西向運(yùn)動(dòng)到印支期北東-南西向運(yùn)動(dòng)，最后到喜馬拉雅期太平洋板塊由東向西運(yùn)動(dòng)俯沖于歐亞板塊下，東西向運(yùn)動(dòng)疊加其上的變化。

圖2 應(yīng)力場(chǎng)

2.2 節(jié)理

本節(jié)借用寧飛等[4]關(guān)于黔南地區(qū)節(jié)理的研究作為一個(gè)實(shí)例。

筆者在黔南地區(qū)野外工作中測(cè)量了22個(gè)觀測(cè)點(diǎn)459個(gè)節(jié)理數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)在赤平投影軟件中進(jìn)行運(yùn)算后得到走向玫瑰花圖，然后將這些玫瑰花圖投影到區(qū)域地質(zhì)圖上，可以大致判斷黔南坳陷主要發(fā)育5個(gè)節(jié)理組：北北東-南南西方向節(jié)理、北北東與南東東向“X”型平面共軛剪節(jié)理、北北東-北東東方向共軛剪節(jié)理、北西-北東向共軛剪節(jié)理、近東西向節(jié)理。

最后可以判定節(jié)理和褶皺的關(guān)系及節(jié)理組之間的先后期次關(guān)系。在斷層形成后斷層可能充當(dāng)“應(yīng)力屏障”[5]，使斷層兩盤存在不同的應(yīng)力場(chǎng)，基于以上觀點(diǎn)并根據(jù)節(jié)理在斷層上下盤的變化來(lái)判斷節(jié)理組形成的相對(duì)先后關(guān)系。同一層位中的節(jié)理，切割和限制其他共軛節(jié)理組的節(jié)理形成期次較晚；不同層位中的節(jié)理，由于其地球動(dòng)力學(xué)背景相異，形成的斷層、褶皺和共軛節(jié)理產(chǎn)狀往往不同。對(duì)于無(wú)法用相互切割關(guān)系判斷節(jié)理發(fā)育順序的節(jié)理組，可以結(jié)合節(jié)理組和斷層、褶皺的關(guān)系來(lái)分析節(jié)理組的發(fā)育次序。

黔南地區(qū)發(fā)育的5個(gè)節(jié)理組期次關(guān)系為北北東與南東東向“X”型平面共軛剪節(jié)理在加里東末期形成；北西-北東和北北東-南南西方向共軛剪節(jié)理在燕山期形成，且前者先于后者；北北東-南南西方向節(jié)理在前兩者后發(fā)育；東西向節(jié)理形成于喜馬拉雅期。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

通過以上敘述，本文關(guān)于動(dòng)力學(xué)方面的研究主要得出以下結(jié)論。

（1）通過對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)擦痕的測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析，可以判斷應(yīng)力場(chǎng)特征，指示斷層等構(gòu)造形成的動(dòng)力學(xué)背景。

（2）通過對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)節(jié)理的測(cè)量、統(tǒng)計(jì)分析，可以理清節(jié)理組序列，進(jìn)而判定應(yīng)力演化過程。

3.2 建議

（1）在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究的同時(shí)，應(yīng)該配套做關(guān)于幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的研究，因?yàn)檫@三者為有機(jī)整體，能相互印證相互支持。

（2）建議在做節(jié)理統(tǒng)計(jì)時(shí)將巖層恢復(fù)到水平狀態(tài)，再做節(jié)理產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)，這樣可以消除由于地層不水平產(chǎn)生的誤差。由于浙江省地層大部分都比較新，地層傾斜程度可以忽略不計(jì)，建議結(jié)合實(shí)際情況，考慮是否將巖層恢復(fù)水平狀態(tài)。