南川三泉地区中新生代构造应力特征

张善进，汪吉林,，虞青松，宫云鹏

(1. 晋城市煤田地质勘探队，山西 晋城 048000；2. 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州221008；3. 江苏煤炭地质勘探三队，江苏 常州213017)

南川三泉地区中新生代构造应力特征

张善进1，汪吉林1,2，虞青松3，宫云鹏1

(1. 晋城市煤田地质勘探队，山西 晋城 048000；2. 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州221008；3. 江苏煤炭地质勘探三队，江苏 常州213017)

通过野外节理的测量统计，得出研究区有3组节理发育： NNW向（320°～350°）、NNE向（15°～30°）、NE向（50°～70°）。结合区域构造背景，运用赤平投影法分析了三泉地区中新生代以来的古构造应力场。根据各节理测量点的最大主应力方向，把研究区构造演化分为两个阶段：第一阶段为晚燕山期—早喜山期，主要受到NW-SE方向的应力作用；第二阶段是晚喜山期，主要受到NE—SW方向的应力作用。这两期的构造运动控制了三泉地区龙马溪组页岩中裂缝的发育方向，为页岩气储层物性的研究提供了一定的地质依据。

节理；构造应力；中新生代；南川三泉

构造应力作为地壳中较为活跃的能量之一，在经历多期构造演化后，在地层中遗留多种形态的地质痕迹，这都是构造应力的直接表现[1]。目前分析构造应力的方法主要是利用野外地质形迹，例如褶皱、共轭节理、断层擦痕等，来判断主应力场方向[2]。四川东南地区自震旦纪以来，构造活动较频繁，但总的趋势是以下沉并接受沉积为主。而该地区的构造带主要是在印支期、燕山期和喜山期形成并定型的[3]。

1 区域构造背景

南川地处四川盆地东南边缘与云贵高原过带，位于重庆市南部，构造上属于渝东南陷褶束中的金佛山穹褶束，该区出露地层以古生界为主，仅金佛山向斜局部有下三叠统，以龙骨溪背斜及金佛山向斜为主体构造（图1）。

震旦纪以来，研究区及其周缘地区经历多期的构造作用影响，地质构造十分复杂。造山过程主要为印支期板块的俯冲、碰撞和燕山－喜马拉雅期的挤压碰撞。印支运动使华南大地全面隆升，基本结束了该区海相底层发育历史[4]；燕山运动使整个南方构造格局发生了大规模的褶断改造和隆升剥蚀；喜山运动改造了燕山期形成的构造格局，整个四川盆地开始较大规模迅速抬升剥蚀[5]，导致研究区志留系出露地表[6]。

2 节理统计与分析

2.1 节理的特征

围绕研究区龙骨溪背斜两翼12个节理测量点采集了800多条节理产状数据（表2），通过室内校正和野外观察，发现研究区主要有3组较为发育（图2）：①NNW向节理（320°～350°），主要发育在龙骨溪背斜的北西翼及褶皱的转折端部位，节理的密度随着远离褶皱核部而逐渐变小；②NNE向节理（15°～30°），主要发育在龙骨溪背斜南东翼以及南川的三汇地区，在小河坝砂岩及龙马溪组页岩中较为常见，几何形态平直，较稳定；③NE向节理（50°～70°），在龙骨溪背斜的两翼均有发育，以灰岩中最为常见，与层面呈高角度相交。

图1 南川地区构造纲要图

图2 三泉地区12个节理测量点走向玫瑰花图

2.2 节理的分期与配套

区域内节理的形成，是长期多次构造活动的产物，为了探讨研究区的构造变形史和古构造应力场，必须要进行节理的分期与配套。节理的分期配套主要依据节理组之间的交切关系以及借助与各期次节理有关的地质体的关系，在对节理进行力学性质的观察和分析的基础上，将同一地点、同一时期、同一应力作用下所形成的节理组合在一起。

对所测量的876条节理进行倾向和走向统计（图3），结果显示：节理倾向120°～170°最为发育，其次为220°～270°、40°～80°以及330°～350°。走向以NNW向节理、NNE向节理以及NE向节理为主，其中NNE向节理与NNW向节理、NE向节理与NNW向节理呈明显的共轭关系,反映了研究区为多期次、不同方向的构造应力场综合作用结果。根据野观测，在龙骨溪背斜两翼的小河坝组砂岩及龙马溪组页岩中，NNE方向的节理多切穿第二组共轭节理，由此可知第一组共轭节理的发育要晚于第二组共轭节理。

图3节理走向与倾向玫瑰花图（n=876，ra=77，rb=63）

表1 野外节理统计

表2 节理点主应力轴恢复结果统计表

3 构造应力特征分析

由于所测节理多与岩层呈高角度相交，属于早期平面共轭节理系，后期地层发生变形后，节理产状发生变化，通过赤平投影的方法，首先将节理产状以及地层产状投影到吴氏网上，然后以地层走向为轴顺时针或逆时针旋转一定的角度（地层倾角），将节理产状恢复至岩层水平时的状态，得到层面校正后的节理数据[7]。校正之后共轭节理为地层水平时期形成的，野外实测节理则为后期应力改造作用下的产物。本文运用该方法对12个节理测量点的节理产状进行处理，对共轭节理进行层面校正，求取出研究区共轭节理的优势产状，从而得出个节理测量点的应力状态（表2）。

自古生代以来，研究区经历了多期构造运动的改造与叠加，但通过对研究区地层接触关系分析得知，从古生界到古近系，南川地区不存在明显的角度不整合，而在古近系与新近系之间，角度不整合关系普遍存在，这一现象表明，研究区的褶皱构造运动主要发生在古近纪的晚燕山运动和喜马拉雅运动阶段[8]，印支运动使研究区出现海陆相转换，地层整体抬升为陆，没有明显的褶皱现象[9]，因此，本文结合应力特征分析的结果，把研究区构造演化分为两个阶段：第一阶段包括晚燕山期和早喜山期，第二阶段为晚喜山期。

3.1 晚燕山期-早喜山期

据野外节理观测及室内节理统计，结合区域构造背景，在晚燕山期-早喜山期研究区因应力场的作用主要形成以NNW方向为主的节理，同时也有NE方向的节理发育，故这一阶段三泉地区主要受到NW-SE方向应力场作用为主（图4）。这也直接导致了在这个时期三泉地区龙马溪组页岩中的裂缝发育方向以NNW向与NE向为主。

图4 三泉地区晚燕山期-早喜山期古构造应力分析

晚燕山期，南川地区受到NW-SE向应力场的作用，主应力自SE向NW方向挤压，从而形成了NNW和NE向共轭节理，并形成了向NW突出的弧形构造[10]，如南川三泉境内的龙骨溪背斜与金佛山向斜。

早喜马拉雅期是南川地区构造变动的主要时期，由于受到东缘的雪峰山构造带的影响[11]，该区继续受到NW-SE方向应力场的作用，构造挤压应力主要是近SE向。新产生的褶皱构造变形叠加在早期的构造变形之上，加之盖层发生多层滑脱，最终产生了向NW突出的隔挡式弧形构造。3.2 晚喜山期

该期是南川构造的最终定型期，此时受到川东西缘的龙门山和东缘的雪峰山活动性的变弱，以及大巴山的活动性变强的影响[12-13]，研究区的构造主应力场方向由第一阶段的NW-SE向转变为NE-SW向的构造挤压作用（图5），并叠加早期构造带上，对早期形成的构造进行改造，这个时期三泉地区龙马溪组页岩中的裂缝方向主要是NNW和NNE向，使南川三泉地区的构造变形进一步得到增强，三泉地区的弧形构造最终定型。

4 结论

1）通过对重庆南川地区野外节理的观察与测量，并在室内进行了作图校正，揭示了研究区域发育有3组优势节理： NNW向（320°～350°）、NNE向（15°～30°）和NE向（50°～70°）。

2）根据节理的分期与配套，结合区域构造背景，可将研究区构造演化划为两个阶段：第一阶段为晚燕山期-早喜山期，主要受到NW-SE方向的应力作用；第二阶段是晚喜山期，主要受到NE-SW方向的应力作用。

3）两期的构造运动控制了三泉地区龙马溪组页岩中裂缝发育方向，为页岩气储层物性研究提供了一定的地质依据。晚燕山期-早喜山期，龙马溪组页岩中的裂缝发育方向以NNW向与NE向为主，同时形成了向NW突出的弧形构造；晚喜山期以来，研究区的主应力场方向转变为NE-SW向挤压，对早期形成的构造进行了改造，龙马溪组页岩中的裂缝方向主要是NNW和NNE向，南川地区的弧形构造最终定型。

图5 三泉地区晚喜山期古构造应力分析

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Characteristics of the Mesozoic-Cenozoic Tectonic Stress in the Sanquan Region, Nanchuan

ZHANG Shan-jin WANG Ji-lin YU Qing-song GONG Yun-peng
(1-College of Resources and Environment, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116; 2-The Ministry of Education Key Laboratory of Coalbed Methane Resources and Accumulation Process, Xuzhou, Jiangsu 221008; 3-No.3 Geological Exploration Team, Jiangsu Coal Geological Bureau, Changzou, Jiangsu 213017 )

NNW-, NNE- and NE-trending joints were developed in the Sanquan region, Nanchuan. The Tectonic evolution in this region may be divided into 2 stages such as Late Yenshanian-Early Himalayan stage when principal stress was NW-trending and Late Himalayan stag when principal stress was NE-trending. The development of fissures in shale of the Longmaxi Formation was controlled by tectonism in these stages.

joint; tectonic stress; Mesozoic-Cenozoic; Sanquan, Nanchuan

P546

：A

1006-0995（2014）04-0489-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.002

2013-08-08

张善进（1987-），男，江苏宿迁人，硕士研究生，构造地质学专业