新疆阜康白杨河矿区古构造应力场特征

张晓飞

(中联煤层气有限责任公司 太原分公司， 太原 030000)

白杨河矿区位于乌鲁木齐市以东100 km，阜康市以东40 km，构造上处于博格多复背斜，北天山褶皱带以北，准噶尔坳陷区以南的黄山—二工河向斜的北翼，总体构造为地层南倾的单斜构造(图1)，走向为近EW向，地层倾角44°～54°，在走向上和倾向上含煤地层变化不大，按构造复杂程度的级别划分为简单构造类型。在矿区外西侧有一条洪沟断层(F2)，为一正断层，倾向西，倾角80°左右，断距约100 m左右[1]。

图1 研究区构造纲要图

研究区地表出露侏罗系八道湾组地层，构造节理广泛发育。经统计，研究区地表侏罗系地层中节理走向虽然在E、S、W、N各个方向均有显示，但总体上表现为三个优势方向，即NNE～NE向、NNW～NW向和近EW向(图2)。

图2 节理走向玫瑰花图

1 古构造应力场特征

1.1 节理分期配套

节理的分期主要依据以下两个方面：①根据节理组的交切关系；②根据各期节理的配套关系[2]。研究区节理组的交切关系主要表现为晚期节理切割早期节理、早期节理限制晚期节理两种情况。节理的配套是将在同一构造应力作用下形成的节理组合起来,节理配套是节理划分期次的良好依据[3-7]。

1.1.1 实例解剖

图3中，该点发育细砂岩，岩层产状为191°∠48°，该点主要发育三组节理，节理产状分别为：①96°∠63°；②315°∠58°；③355°∠22°。由图中可知：②与③相互切割，同一期构造运动形成共轭节理；①节理被②与③切割，说明①节理形成时间较早，为第一期节理，②与③节理形成时间较晚，为第二期节理。

图3 F417点节理分期示意图

图4中，该点发育细砂岩，岩层产状为169°∠68°。该点主要发育三组节理，节理产状分别为：①46°∠22°；②307°∠81°；③76°∠64°。由图中可知：①与②相互切割，同一期构造运动形成共轭节理；③节理切割组成的共轭节理，说明①与②节理形成时间较早，为第一期节理，③节理形成时间较晚，为第二期节理。

图4 F163点节理分期配套示意图

如图所示，该点发育中砂岩，岩层产状为187°∠55°。发育四组节理，节理产状分别为：①285°∠68°(7条/m)；②60°∠52°(4条/m)；③278°∠88°(8条/m)；④10°∠20°(4条/m)。由图中可知，①和②节理相互切割，表明它们是同一期形成的，形成共轭节理；③和④节理相互切割，它们是同一期构造运动形成的，构成共轭节理。④节理切割①和②共轭节理，说明①和②共轭节理形成的时间较早，为第一期节理；③和④节理构成的这组共轭节理较晚，为第二期节理。

图5 F041点节理分期示意图

1.1.2 节理分期配套

研究区存在3组平面剪节理，走向分别为：NE～NNE向(0°～40°)、NW-NNW向(140°～180°)、近EW向(70°～110°)。根据节理相互切割关系配套分析，确定为两套共轭剪节理，即NE～NNE向(0°～40°)与NW～NNW向(140°～180°)、近EW向和NE～NNE向(0°～40°)。其中，NE～NNE向(0°～40°)与NWW～NNW向(140°～180°)的剪切节理为第Ⅰ期节理系，形成时间较早。由近EW向和NE～NEE向组(0°～40°)的剪节理组成第Ⅱ期节理系，其多切割其他节理或被其他节理限制，发育时间最晚。

表1 节理分期配套表

图6 节理的分期配套图

1.2 数据处理

1.2.1 赤平投影原理

通过赤平投影的方法将各期的共轭剪节理投影到吴氏网上，古构造应力场的最大主压应力轴(σ1)与最小主压应力轴(σ3)位于共轭的两组剪节理的角等分线上[8-9]。对于研究区在构造应力场方面的研究，在分期配套的基础上，测算了各个点共轭剪节理组对应的应力轴产状。

1.2.2 数据分析结果

研究区侏罗系地层中存在两套区域性的共轭节理，依据赤平投影，根据第Ⅰ期共轭节理的产状求出的最大主应力方向为近南北向(2°∠14°)，最小主应力方向为近东西向(91°∠12°)，如下表2。根据第Ⅱ期共轭节理的产状求出最大主应力方向为北北东向—北东向(平均36°)，最小主应力方向为北西—北北西方向(平均127°)，如下表3。

表2 第Ⅰ期共轭节理数据分析结果表

表3 第Ⅱ期共轭节理数据分析结果

1.2.3 古构造应力场

自中生代以来，研究区先后主要经历了燕山期和喜马拉雅期两期构造运动[10-12]。根据区域地质演化和节理的测量分析，将研究区自含煤建造形成之后的构造应力分为2期：侏罗纪末(或延续至早白垩世末)和新近纪以来，其最大主应力方向分别为近南北和北北东向。

图7 最大主应力方位图

第Ⅰ期构造应力场在区内最为发育，最大挤压应力方向为近SN向，平均产状为2°∠14°，最小主应力轴产状为91°∠12°(表2)，在该应力作用形成EW向的妖魔山逆断层、白杨河逆断层、泉水沟逆断层(F10)以及黄山—二工河向斜(W14)等构造。在该期构造运动应力作用下，形成走向NNE～NE与走向NW-NNW向节理，二者构成典型的库伦剪破裂。前者以左旋为运动特征，后者以右旋运动为主要特征，节理面以近直立或高倾角斜交。

第Ⅱ期构造应力在研究区相对减弱，最大挤压应力方向为NNE向，平均产状为36°∠17°，最小主应力轴产状为127°∠16°(表3)。该期构造应力的作用，加剧了博格达推覆构造，在山前形成了沿阜康断裂。该期构造运动形成走向近EW向节理和NNE～NE节理，前者以左旋运动为主，后者以右旋为主要运动特征，二者构成典型的库仑剪破裂。

2 结论

1)研究区存在3组平面剪节理，代表性的走向分别为NW～NNW向(140°～180°)、近EW向(70°～110°)、NE～NNE向(0°～40°)。

2)根据节理相互、切割关系配套分析，确定为两套共轭剪节理。NE～NNE向(0°～40°)与NW～NNW向(140°～180°)的剪切节理为第Ⅰ期节理系，形成时间较早。近EW向和NE～NEE向的剪节理组成第Ⅱ期节理系，其多切割其他节理或被其他节理限制，发育时间最晚。

3)根据区域地质演化和节理的测量分析，将研究区自含煤建造形成之后的构造应力分为2期：侏罗纪末(或延续至早白垩世末)和新近纪以来，其最大主应力方向分别为近南北和北北东向。在Ⅰ期构造运动应力作用下，形成走向NNE～NE与走向NW～NNW向节理，二者构成典型的库伦剪破裂，前者以左旋为运动特征，后者以右旋运动为主要特征。Ⅱ期构造运动形成走向近EW向节理和NNE～NE节理，前者以左旋运动为主，后者以右旋为主要运动特征，二者构成典型的库仑剪破裂。