宣汉双石庙地区纵弯褶皱叠加特征及应力场、应变场分析

Question

如题所述

Answer 1

2.10.2.1 构造特征

四川盆地东北部宣汉县双石庙地区，在构造上处于铜罗峡背斜向北延伸的倾没地段。区内发育有北东向褶皱和北西向褶皱，二者呈横跨复合关系(图2.73)。

(1)北东向褶皱

区内北东向褶皱包括双石庙—月儿梁背斜、秋家碥背斜和夹于二者之间的朱家湾向斜。

图2.73 宣汉双石庙地区地表地质构造图

(据四川石油普查大队资料编绘)

1—北东向构造带背斜轴；2—北西向构造带背斜轴；3—北西向构造带逆断层；4—陡带；5—岩层界限；Ⅰ—野猪山陡带；Ⅱ—金家垭口陡带；Ⅲ—乔家沟陡带；Ⅳ—沈子岩陡带；

F₁—丁家坡逆断层；F₂—乔家沟逆断层；F₃—沈家岩逆断层

双石庙—月儿梁背斜展布于该区东部双石庙—月儿梁一带，总体轴向北东40°，两翼近于对称。南东翼优选产状115°∠16°，北西翼优选产状296°∠19°，翼间角145°，枢纽产状26°∠1°，轴面产状116°∠88°，为一直立水平褶曲。走向轴线被北西向逆断层切割。

秋家碥背斜展布于该区西部，轴向北东40°左右，两翼产状分别为349°∠11°，40°∠5°，转折端较阔，为一箱状褶曲。

据区域资料分析，北东向褶皱形成于晚白垩世时期。

(2)北西向构造

区内北西向构造包括北西向褶皱——方斗场向斜、月儿梁—豆腐梁背斜，北西向断层——沈子岩逆断层、乔家沟逆断层、王家沟逆断层和桂家坡逆断层及北西向陡带。

方斗场向斜展布于该区北部方斗场、柳池一带，两翼岩层产状极不对称，北东翼缓南西翼陡，构成北西走向陡带。月儿梁—豆腐梁背斜展布于月儿梁—豆腐梁一带，走向北西。两翼优选产状分别为26°∠33°，217°∠17°，翼间角为130°，枢纽产状为290°∠1°，轴面产状208°∠82°，其转折端开阔呈箱状，向两翼突然产状变陡，构成北西向陡带。北西向断层均为逆断层，多伴随地层陡带，且均切断北东向双石庙背斜。北西向褶皱和断裂向地腹强度逐渐减弱。

(3)北东向褶皱和北西向褶皱复合关系

北西向逆断层和地层陡带明显切断北东向双石庙背斜，而且北西向月儿梁—豆腐梁背斜明显地横跨于北东向双石庙背斜和秋家碥背斜之上(图2.74)。在轴线交叉处隆起较高，特别是双石庙背斜和月儿梁背斜复合部位形成一个圈闭良好的褶曲高点。北东向双石庙背斜和秋家碥背斜北东端，由于受北西向方斗场向斜南西翼陡带影响而倾没，构成一明显的开字型复合状态。向地腹北西向构造减弱，双石庙背斜继续北延而与东岳寨构造相连。

图2.74 北东向褶皱和北西向褶皱复合关系图解

(a)地层产状极密图(据256个数据，1.8%～3.6%～5.4%～7.2%～9.0%～10.8%)；(b)双石庙背斜和月儿梁—豆腐梁背斜要素图解

虚线—双石庙背斜两翼大圆弧；实线—月儿梁—豆腐梁背斜两翼大圆弧；点划线—轴面投影大圆弧

2.10.2.2 应力场特征

双石庙地区裂隙发育。为查明区内裂隙的分期、优选方位及其和区域应力场的关系，我们进行了系统的裂隙测量和筛分配套及定轴工作。经遍布全区的83个测点观测、统计，用计算机进行处理分析，区内裂隙按走向大致分为五组，在极点投影图上极密部和次密部分布比较有规律，大致位于所在地层投影大圆附近(图2.75)。说明裂隙与地层层面保持垂直关系。经野外观察，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ组比较发育，裂面较平直，其裂面上可见近水平擦痕，示上盘斜上冲，为微具压性的扭(剪)裂隙；第Ⅲ组裂隙裂面较粗糙，为张性裂隙。各组裂隙复平后优选产状如图2.75(b)所示。

野外常见Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组裂隙被Ⅳ、Ⅴ组裂隙切割，或受Ⅳ、Ⅴ组裂隙限制，表明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组裂隙先于Ⅳ、Ⅴ组裂隙形成。

裂面上发育的擦痕直接指示了裂面两盘滑移方向，在图2.76中擦痕产状投影区1、2、4、5分别对应于Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ组裂隙，并指示Ⅰ、Ⅴ组裂隙反扭，Ⅱ、Ⅳ组裂隙顺扭。Ⅰ、Ⅱ组裂隙优选产状为257°∠80°，10°∠82°，为第一套平面“X”共轭裂隙，为早期北东向褶皱形成初期产物；Ⅳ、Ⅴ组裂隙优选产状为278°∠82°，150°∠80°，为伴随晚期褶皱初期产生的第二套“X”共轭裂隙。

(1)早期应力场特征

早期北东向双石庙背斜两翼优选产状为115°∠19°，296°∠15°，利用赤平投影(图2.79)和公式(2.147)～(2.153)求得本区北东向褶皱形成时主应力产状为σ₁=115°∠1°，σ₂=25°∠1°，σ₃=270°∠86°。

图2.75 双石庙地区裂隙极点等密图

(a)实测产状极点等密图(据917个数据，1.5%～3.0%～4.5%～6.0%～7.5%)；(b)地层复平后裂隙极点等密图(据917个数据，1.7%～3.4%～5.1%～6.8%～8.5%)；点划线表示褶皱两翼投影大圆

图2.76 双石庙地区裂隙分析图

1—裂隙产状投影等密部(部分)及编号；2—裂面上擦痕产状投影极密部(据117个数据，4.5%～5.6%～6.7%～7.8%)；3—裂隙投影大圆及走向；4—裂隙走向及由擦痕判别的两盘滑动方向

根据早期共轭“X”裂隙产状W₁∠Q₁和W₂∠Q₂利用赤平投影(图2.77)和公式(2.153)～(2.157)求得早期应力场σ₁=140°∠10°，σ²=305°∠80°，σ³=45°∠3°。

由本区褶曲和早期共轭“X”裂隙反映出本区早期应力场最大应力方位为北西—南东向，与区域构造方向拟合很好。经野外布点，测得共轭“X”节理产状，利用公式(2.74)，据各测点早期共轭裂隙共轭角Q，计算求得各点的σ₁和τ_max，并求出其主偏应力(图2.78)。由图可见高值区展布地区和方向与实际构造十分吻合，而且晚期北西向褶皱常发生在早期主偏应力和最大剪应力低值区。

(2)晚期应力场特征

晚期北西向褶曲月儿梁—豆腐梁背斜两翼优选产状26°∠33°，217°∠17°，伴生的晚期共轭裂隙产状为278°∠82°，140°∠80°。利用赤平投影和上述公式求得晚期应力场最大主应力方向为北东—南西向，优选产状为40°∠10°～20°，与区域北西向构造吻合，最大剪应力和主偏应力高值区展布方向和展布区域与区内北西向构造展布区及方向一致(图2.78)。

图2.77 褶曲和裂隙大圆分析图

1—褶曲两翼产状极密部；2—裂隙产状极点等密图；3—褶曲两翼投影大圆；4—裂隙投影大圆

图2.78 双石庙横跨褶皱地区构造应力场

(应力单位：10×10⁵Pa)

2.10.2.3 应变场特征

为了研究变形和褶皱叠加作用中的应变规律及其与叠加作用的关系，我们作了岩石有限应变测量。

图2.79 Fry法二维应变测量结果

在野外不同构造部位采集定向标本，室内切制互相垂直的三个定向薄片(A，B，AB)，进行显微照相，采用Fry法求出标志体坐标，用计算机绘制Fry图(图2.79)求出各个切面二维应变参数——椭圆轴率、长轴侧伏角(表2.6)。根据三个互相垂直截面有限二维应变测量结果用计算机进行高斯消去法解方程求出应变椭球的有关参数——主应变轴1+e_x，1+e_y，1+e_z的大小、方向，椭球长、中轴之比a，中、短轴之比b，自然应变之差

，

，富林指数K，应变强度

，对称参数γ(Lode)，剪应变强度γ₀(表2.7)。其中，

构造应力场控岩控矿

表2.6 二维有限应变测量结果（示项）表

表2.7 三维有限应变结果（示项）表

根据所得参数分别作出应变轴率富林图、主应变对数富林图、应变程度等值线图(图2.80)和应变型式图(图2.81)。

图2.80 双石庙纵弯横跨褶皱复合地区岩石有限应变测量图解

(a)应变轴率富林图；(b)主应变对数富林图；(c)应变程度(r)等值图

图2.81 双石庙地区应变型式图

1—背斜轴；2—向斜轴；3—地质界线；4—断层；5—x，y，z表示极点。线段长度代表椭球主轴相对大小

双石庙横跨褶皱复合区岩石应变测量富林图富林参数虽不一样，但基本上集中分布于富林图三个区域(图2.80)，在远离复合部位的测点其K值接近于1，显示单个褶曲为平面应变，二褶曲复合过渡区表现为轴向拉长应变特征和压扁特征。富林指数对数图所反映的特征与富林图类似。双石庙横跨褶皱复合区由于构造强度较弱，各点应变程度相差不大，比较均匀，属低应变区。但复合部位应变程度总的趋势较非复合部位偏大，单个褶皱核部较翼部大。双石庙背斜南东翼应变强度近于相等(ε_s=0.53～0.77)，北西翼应变强度总体上大于南东翼，这与背斜北西翼陡南东翼缓有关。

从应变型式图2.81可见，在非复合部位或远离复合部位的地区其伸长方向与褶皱轴向平行，缩短方向与褶皱轴向垂直，与两期应力场主应力方向基本吻合。其中9和12点情况较特殊，伸长方向与早期北东向褶皱轴垂直而与北西向褶皱轴向平行，可能是早期秋家碥背斜很弱，早期应变不明显而后期变形较强，所测定的岩石有限应变主要反映晚期变形产物。双石庙横跨褶皱地区处于早期褶皱倾伏部位，所以早期褶皱已变得很弱，晚期褶皱显得较强，因此应变型式反映以晚期应变占主导地位。

综上所述，双石庙横跨褶皱地区应变具如下特征：

1)单个褶曲为平面应变，复合过渡部位则向拉长和压扁区迁移。

2)应变程度和应变强度对于单个褶曲来说翼部小于核部，陡翼大于缓翼。

3)后期应变程度大于早期应变程度。

4)应变程度有远离褶皱小，近褶皱大的趋势，说明应变与褶皱作用有关。

5)本区褶皱以纵弯机制为主，但褶皱形成中有明显的压扁作用。

6)远离复合部位应变型式的伸长方向与褶皱轴向一致；而缩短方向与褶皱轴垂直。但复合部位常出现不规则的应变型式，说明复合叠加对应变的干扰。

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