贵州晴隆碧痕营穹窿节理特征及应力分析

薛洪富，赵　丹，王　钧，黄勇灵，姬胜源

(1.贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003;2.贵州省有色金属和核工业地质调查局地质矿产勘查院，贵州 贵阳 550005;3:贵州省地质矿产勘查局113地质大队，贵州 水城 553000;4.贵州省地质矿产勘查局106地质大队，贵州 遵义 563000)



贵州晴隆碧痕营穹窿节理特征及应力分析

薛洪富1，2*，赵丹1，王钧3，黄勇灵3，姬胜源4

(1.贵州大学 资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550003;2.贵州省有色金属和核工业地质调查局地质矿产勘查院，贵州 贵阳 550005;3:贵州省地质矿产勘查局113地质大队，贵州 水城 553000;4.贵州省地质矿产勘查局106地质大队，贵州 遵义 563000)

通过碧痕营穹窿内220余条节理的观察、统计、分析，该区发育NWW-SEE与NNW-SSE至近SN向、NNE-SSW向与近SN向、NNE-SSW向与近EW向及NNW-SSE至近SN向与NNE向等四套共轭X节理。在此基础上对节理所反映的构造应力场进行反演，结果表明，研究区可能发生了NW-SE、NWW-SEE、NE-SW及NNE-SSW向四次应力作用，其中NW-SE向、NWW-SEE向为两期主要应力场，NNE-SSW向和NE-SW向可能为后期局部应力场。根据应力场演化分析，近EW向右行走滑断层形成时，它指示的主应力方向为NW-SE向，当近EW向和NE向右行走滑断层连接过程中，研究区从走滑背景转化为转换挤压背景，这过程中主应力发生逆时针方向旋转为NWW-SEE向，在此应力场背景下，形成了轴向为NNE向的碧痕营穹窿。

X型共轭节理；构造应力场；构造解释；碧痕营穹窿

节理作为微小应力场变化的敏感标志 (Engelder ,1985;覃礼貌等,2003;刘顺等,2005;邓宾等,2009;陈灿等,2010;董旭光等,2012)，可记录与节理相对应的构造应力作用，利用节理恢复古构造应力场是一种可靠实用的方法。

共轭节理的配套、分期，有助于了解一个地区的变形序列及构造应力场的演化(梁良等,1994; 乐观禹等,1994;覃礼貌等,2003; 董旭光等,2012)。研究区节理构造较为发育，且倾角一般较陡(一般大于60°)。笔者分别对黔西南碧痕营穹窿核部中二叠统茅口组(P2m)灰岩、大厂层(Pd)及上二叠统龙潭组(P3l)上部硅化灰岩中节理进行统计。在详细观测节理性质、产状、分布特征基础上，应用赤平投影方法对构造应力场进行恢复，并对不同期次应力场与相关构造的关系进行了解释。

1　地质背景

碧痕营穹窿位于上扬子陆块西南缘与江南复合造山带相接部位。穹窿岀露于黔西南晴隆县西南部至兴仁县北部，长轴呈NNE向延伸，走向长约31 km，横向宽约24.8 km。穹窿核部岀露最老地层为二叠系茅口组灰岩，其次为大厂层及龙潭煤系地层；翼部地层主要为下三叠统飞仙关组岩层，在研究区西南部沿弥勒屯断层带有零星的白垩—第三系红色泥质粉砂岩分布(图1)。

穹窿内断裂构造发育，断裂构造主要呈NE向，次为NEE-近EW向。NE向与近EW向两组断层常相互连接，或表现为同一断层在不同区段延伸方向的明显改变，如在研究区南部弥勒屯断层的红石岩一带，断层走向近EW，向东则逐渐分为NE向延伸的两条断层(F6、 F7)；中部的落水冲断层在地久—安谷一带的延伸近EW向(F5)，在碧康—金家沟一带则为NE向延伸(F4)，而在北部的鸡场一带又转向近EW向延伸；北部的花鱼井断层(F2)在区内主体为NE走向，但向南与近EW向延伸的地久—安谷断层(F5)相交。经野外调查研究，这些断层均为兼有逆冲性质的右行走滑断层，在地表均以高角度出现(一般大于60°)。断层具有向NE撒开，向SW收敛的展布特征(图1)。此外，碧痕营穹窿内部及边缘具有NE-NNE、NW、近EW向等三组次级褶皱发育(图1)。调查显示，穹窿核部地层平缓(倾角小于25°)，节理发育。

图例：1-上白垩系茅台组;2-三叠系;3-二叠系龙潭至长兴组;4-峨眉山玄武岩;5-二叠系茅口组;6-二叠系栖霞-茅口组;7-沙子岭断层;8-花鱼井断层斜;9-三望平断层;10-落水冲断层;11-安谷断层;12-弥勒屯断层;13-高武断层;14-节理观察点;15-碧痕营穹窿图1　研究区地质略图(据1∶20万兴仁幅地质图修编)

2　节理统计

2.1节理发育特征

笔者在碧痕营穹窿核部苏家屯一带约6.5 km2的范围内布置5个观察点(图1)，对中二叠统茅口组(P2m)灰岩、大厂层(Pd)及上二叠统龙潭组(P3l)上部硅化灰岩中的节理进行观察统计，共观测节理220条。观察范围节理较为发育。节理面平直、延伸较为稳定，以压剪性破裂为主，见少数张性破裂，部分节理具有走滑特征。节理总体延伸以0.8～3.0 m为主，在厚层硅化灰岩中延伸可大于4.5 m。节理间距以0.4～1.5 m为主，在茅口组灰岩及大厂层内，偶见节理间距大于2.0 m。从野外观察统计结果看，除大厂层内部分节理产状变化大外，区内节理产状总体较稳定，对于应力分析较为可靠。因此，在进行节理统计和分析时，剔除部分产状变化较大节理，共得到192条有效节理数据。

2.2节理统计

笔者根据野外节理观察统计分析，研究区至少发育NWW、NNW、近SN、NW、近EW及NNE向等节理(表1)。

表1　节理统计表

NWW向节理共26条，灰岩、硅化灰岩及硅化粘土岩中普遍发育，节理间距0.4～1.1 m，延伸小于3 m。节理倾向185°～211°(平均为205.5°)，倾角58°～85°(平均为72.2°)(图2a-①)；NNW向节理共34条，硅化灰岩硅化粘土岩中较为发育，部分节理被石英脉及石膏充填，节理间距0.35 m～0.7 m，节理延伸小于2 m。节理倾向242°～256°(平均为251.5°)，倾角56°～81°(平均为74.5°)，部分节理具有右行走滑特征；近SN向节理共计33条，灰岩、硅化灰岩中尤为发育(图2a-②、图2b-②)。节理间距0.5～1.5 m，延伸长2.0～4.5 m。节理倾向252°～267°(平均为261.3°)，倾角58°～84°(平均为69.8°)；NW向节理共29条，在硅化粘土岩中较发育，部分被石英脉充填。节理间距0.7～1.2 m，延伸小于3 m。节理倾向215°～223°(平均为217.3°)，倾角68°～79°(平均为72.4°)；近EW向节理共45条，硅化灰岩、硅化粘土岩中极发育(图2b-③)。节理间距0.4～1.0 m，延伸长小于3.0 m。节理倾向165°～179°(平均171.6°)，倾角40°～86°(平均76.5°)，部分节理具有左行走滑特征；NNE向节理共25条，硅化灰岩中普遍发育(图2b-①)，节理间距0.2～0.8 m，延伸稳定，长2.0～3.0 m，节理倾向296°～305°(平均301.4°)，倾角72°～85°(平均77.5°)，部分节理具有右行走滑特征。

图2　X型共轭节理照片

2.3节理配套与分期

(1)节理配套

通过对节理构造的观察、测量及统计(表1)，绘制出192条节理的走向玫瑰花图(图3)。从图中可以清楚看出，上述6组节理中NW向、近NNW向节理最为发育。根据X型共轭节理配套原则：一般形态上多呈X形；节理组有相互交切关系，遵循力学分析，服从于同一构造应力场；当节理在尾部具有折尾、分叉及菱形现象时，次生构造应为同一应力场所致，节理组运动学特征上应属于同一构造应力场(覃礼貌等,2005)。在此原则基础上，结合野外节理观察特征，对具有相同构造特征的节理进行匹配，研究区6组节理大致可配为4套X型共轭节理(表2)。

图3　研究区节理构造走向玫瑰花图

第一套共轭节理：由NWW向至NW向与近SN向节理组成，该套节理最为发育，产状陡倾至近于直立。两组节理走向分别为275°～313°、341°～355°，节理组锐夹角等分线为NW310°～334°(与主应力场NW310°～337°相一致)。第二套共轭节理：由NNW向与近EW向节理组成。两组节理走向分别为332°～346°、255°～268°，节理组锐夹角等分线为NWW286°～315°(与应力场NWW286°～317°相一致)。

第三套共轭节理：由NNE向与近SN向节理组成。两组节理走向分别为26°～35°、342°～357°，节理组锐夹角等分线为NNE5°～21°(与应力场NNE6°～17°相一致)。第四套共轭节理：由NNE向与近EW向节理组成。两组节理走向分别为26°～35°、78°～89°，节理组锐夹角等分线为NE39°～56°(与应力场NE42°～58°相一致)。

(2)节理分期

根据上述节理配套(表2)，结合野外主要构造形迹展布特征，上述共轭节理中：SN向节理与NNE向节理相互交切，说明它们近于同时形成；近EW向节理组受到NNE向节理限制，说明EW向节理晚于NNE向节理；NNW向节理组受近EW向节理所破坏，说明NNW向节理组形成早于近EW向节理。

表2　X型共轭剪节理特征

3　构造应力场恢复

3.1节理的构造应力场分析

根据研究区节理配套结果(表2)，利用赤平投影(吴氏网，下半球投影)方法，对各套共轭节理构造应力场进行反演(图4)，得出研究区具有NW-SE向、NWW-SEE向、NNE-SSW向及近NE-SW向四次不同方向的构造应力作用，从而形成不同方向的配套节理。

(1)NW-SE向挤压：NWW至NW向与近SN向X型共轭剪节理在此应力场下形成(图4a)。图5a中，最大主应力轴方位为310°-337°(平均为320°)，倾角为6°～53°(平均为23°)。

(2)NWW-SEE向挤压：NNW向与近EW向X型共轭剪节理在此应力场下形成(图4b)。图中最大主应力轴方位为286°～317°(平均为303°)，倾角为4°～18°(平均为14°)。

(3)NNE-SSW向挤压：NNE向与近SN向X型共轭剪节理在此应力场下形成(图4c)。图中最大主应力轴方位为6°～17°(平均为14°)，倾角为3°～18°(平均为10°)。

图4　平面X型共轭节理及应力场

(4)NE-SW向挤压：NNE向与近EW向X型共轭节理在此应力场下形成(图4d)。图中最大主应力轴方位为42°～58°(平均为50°)，倾角为8°～27°(平均为22°)。

3.2构造应力场与相关构造的关系讨论

据已有资料显示(张启厚等,1989; 夏勇等,1993)，研究区自燕山运动以来受到不同方向的应力作用，形成不同方向的构造形迹。分析表明(薛洪富等，2015)，本区为一兼有逆冲性质的右行走滑系(图1)，断裂、褶皱形迹呈不同方向展布，反映出存在多个方向的构造应力作用。通过对4套共轭节理所反映的应力场进行反演(图4)，亦证明研究区存在不同方向的构造应力作用。

3.2.1主要应力场与相关构造分析

1)区域性构造与主应力场：区域性构造为近EW向和NE向的右行走滑断层，轴向近SN(或NNE)向的碧痕营穹窿。作者(薛洪富等，2015)曾根据转换挤压背景下相关实验(McClay等，2001；Dooley等，2012)结果分析，认为碧痕营穹窿可能为近EW向和NE向右行走滑断层连接过程中形成的转换挤压背景上的一个冲起构造(穹窿)。穹窿形成过程中的应力场演化如图5所示，即近EW向右行走滑断层形成时，σ1方向为NW-SE向(图5A)；当近EW向和NE向右行走滑断层连接后，研究区从走滑背景转化为转换挤压背景，此过程中σ1向逆时针方向旋转为NWW-SEE(图5B)，在此应力场背景下，形成了轴向为NNE向的碧痕营穹窿。

根据上述分析，我们认为上述NW-SE向和NWW-SEE向应力场可能为研究区的主应力场。

图5　应力场演化示意图

2)与主应力场配套的次级构造响应

从图1中可以看出，研究区NE向褶皱和与碧痕营晴隆轴向一致的NNE向次级褶皱发育，就其规模，NE向次级褶皱规模相对较大且发育，NNE向次级褶皱次之。此两组褶皱与近NW-SE向、NWW-SEE向应力场向匹配，可能是在近EW向走滑和穹窿形成过程中的主应力场所致。

3.2.2局部应力场与相关构造分析

从图1中可以看出，研究区除上述NE、NNE向次级褶皱之外，局部还有近EW向和NW向褶皱发育，这些次级褶皱的分布规模小，分布较为局限，可能为局部应力场作用所致，前述NNE-SSW向和NE-SW向应力场与之相对应。

3.2.3可能的应力期次顺序

根据上述分析，研究区可能存在两期构造应力场，即与走滑断层活动和穹窿形成相匹配的NW-SE向和NWW-SEE向主应力场，其中NW-SE向稍早一些。与近EW向和NW次级褶皱相匹配的NNE-SSW向和NE-SW向应力场可能为后期的局部应力场。

4　结论

(1)通过节理统计和赤平投影分析，该区存在4期应力场，其中NW-SE向、NWW-SEE向为两期主要应力场；NNE-SSW向和NE-SW向为局部应力场；

(2)根据应力场演化，近EW向右行走滑断层形成时，σ1方向为NW-SE向；当近EW向和NE向右行走滑断层连接过程中，研究区由走滑背景转变为转换挤压背景，这过程中σ1向逆时针方向旋转为NWW-SEE，在此应力场背景下，形成了轴向为NNE向的碧痕营穹窿。

本文为与贵州省地质矿产勘查局113地质大队的合作项目，工作过程中得到导师杜定全教授的悉心指导及贵州省地质矿产勘查局113地质大队孟昌中总工程师、杨传德院长等的大力支持，在此对上述单位和个人表示衷心的感谢！

[1] 陈灿,刘顺,何利,梁清玲.四川盆地中部平昌龙岗地区节理特征及应力分析[J].矿物岩石，2010,30(3):44-51.

[2] 邓宾,刘树根,杨锁,等.林滩场构造多期节理构造特征及其意义[J].矿物岩石,2009,29(3):83-90.

[3] 董旭光,杨海林,薛传东,等.云南保山核桃坪铅锌矿区节理特征及其地质意义[J].贵州大学学报：自然科学版，2012,29(1):47-49.

[4] 乐观禹,张时俊,杨武年.贵州中西部的构造格局与构造应力场[J].地质科学，1994,29(1):11-18.

[5] 梁良,刘成东,李建红.以共轭节理研究矿区构造应力一例[J].矿床地质，1994,29(增刊):105-107.

[6] 刘顺,刘树根,李智武,等.南大巴山褶断带西段中新生代构造应力场的节理研究[J].成都理工大学学报, 2005,8(4):345-350.

[7] 覃礼貌,刘援朝,吴德超,等.溪洛渡地区节理构造特征及解析[J].矿物岩石,2003,3 (23):51-54

[8] 夏勇,黄华斌.晴隆大厂锑矿田锑矿成矿的构造控制及实验研究[J].贵州地质,1993,10(1):18-25.

[9] 薛洪富,杜定全,赵丹,等.一个可能的走滑冲起构造——以黔西南碧痕营穹窿为例[J].贵州大学学报：自然科学版,2015,32(3):53-58.

[10]张启厚,黄华斌,戎昆方.贵州晴隆大厂锑矿床古喀斯特层滑构造与成矿关系的初步讨论[ J]. 贵州工学院学报, 1989,18 (4):43 - 49.

[11]Chen S P., Zhou X H., Tang L J., et al. Wrench-related folding:A case study of Bohai Sea basin,China[J].Marine and Petroleum Geology,2010(27):179-190.

[12]Dooley T. P., Schreurs G . Analogue modelling of intraplate strike-slip tectonics: A review and new experimental results[J]. Tectonophysics,2012,(574-575):1-71.

[13]Engelder T. Loading paths to joint propagation during cycle :and example of t he Appalachia Plateau[J] . Journal of Structural Geology ,1985,(7) :459-476.

[14]McClay, K., Bonora, M., 2001. Analog models of restraining stepovers in strike-slip fault systems[J] . AAPG Bulletin, 2001,85(2):233-260.

(责任编辑：王先桃)

The Characteristics and Analysis of Joints in Bihengying Dome of Qinglong County in Southwestern Guizhou Province

XUE Hongfu1,2, ZHAO Dan1, WANG Jun3, HUANG Yongling3, JI Shengyuan4

(1. College of Resource and Environmental Engineering, Guizhou University, Guiyang 550003,China;2. Academy of Geological and Mineral Exploration, Guizhou Nonferrous Metal and Nuclear Industry Geological Exploration Bureau,Guiyang 550005,China; 3. 113 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Exploration of Development of Guizhou Province, Shuicheng 553000,,China; 4. 106 Geological Team, Bureau of Geology and Mineral Exploration of Development of Guizhou Province, Zunyi 563000, China)

Over 220 are observed, investigated and analyzed in the study area. The results show that 4 sets of the X-type conjugate joints development with the NWW-SEE and NNW-SSE,SN-striking, NNE-SSW and SN-striking, NNE-SSW and EW-striking, NNW-SSE,SN and NNE-SSW-striking. On the basis of that, the tectonic stress field was reflected by the joints inversion. The results show that there are four times compressive stress in the study area, that is, the NW-SE, NWW-SEE, NE-SW, and NNE-SSW-striking. Among them, the NW-SE-striking and NWW-SEE-striking for two main stress field, the NNE-SSW-striking and NE-SW-striking to may be late for local stress field. According to the evolution of stress field analysis, when form to nearly EW-striking dextral strike-slip fault, it indicative the principal stress direction of the NW-SE-striking, and when it connected by the EW-striking and NE-striking of two groups of the dextral strike-slip faults, the study area from strike-slip setting transform into a transpressional setting. The principal stress occurred in this process of counterclockwise for the NWW-SEE strike, in which case the NNE direction of Bihenying dome formed by setting of the stress field.

X-type conjugate joints; tectonic stress field; tectonic interpretation; Bihenying dome

A

1000-5269(2016)03-0044-06

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.03.12

2016-04-20

国家自然科学基金项目资助(41072072).

薛洪富(1988-)，男，硕士研究生,研究方向：构造地质学,Email: 714753327@qq.com.

薛洪富，Email：714753327@qq.com.

P542+. 33