构造作用对花岗岩宏观裂缝系统的控制：以共和盆地东北部党家寺岩体为例*

李振宇 贠晓瑞 何碧竹 张新远 蔡志慧 郑孟林 刘若涵,7 陈海锋

可再生能源、清洁型能源已经成为解决全球环境问题的关键所在，特别是根据我国“碳中和、碳达峰”的双碳目标，发展清洁能源势在必行。这一迫切需求将促使全球能源结构发生新的变革，不断的从传统的化石能源阶段，逐步过渡到以核聚变、可再生新能源(风能、太阳能、地热能)为主体的可再生新能源阶段。地热能是地壳内部的天然热能，干热岩地热能是中-高温地热能的一种，其勘查开采越来越受到广泛关注。干热岩一般是温度大于150℃，埋深数千米，内部仅有少量流体或不含流体的高温岩体(Mortensen, 1978；Laughlinetal., 1983; Genter and Traineau，1992；Barbier，2002；Brownetal.，2012；薛建球等，2013；王贵玲等，2017；Fengetal.，2018)，以变质岩、火成岩为主，偶见致密砂岩(Mortensen, 1978；Barbier，2002；Brownetal.，2012；张森琦等，2018；Duringeretal., 2019；陈希节等，2020；贠晓瑞等，2020； Serpen and DiPippo, 2022)。干热岩地热能成藏受热源、热传导、热储、热盖等多种因素制约(Genteretal., 1991，2000；Fengetal.，2018；Duringeretal.，2019；何碧竹等，2023)，既与深部结构构造关系密切(张森琦等，2018；贠晓瑞等，2020；唐显春等, 2020)，也与盆地形成发育热演化过程密切相关(何碧竹等，2023)。

目前干热岩地热能资源研究、勘查、开采程度都极低，特别是地热储层识别、探测及储层改造一直是干热岩地热能勘查与开采长期面临的难题。岩性、物性及断裂与裂缝发育程度是热传导、热储层的主要控制因素，其中，中酸性侵入岩热导率可达6～7W/m·K，通常是变质岩、沉积岩导热率的3～4倍，更明显优于基性-超基性火成岩(邱楠生，2002；汪集旸等，2012)，是实现交换热的良好载体。而高渗透性裂缝型储层是干热岩地热藏的主要储层类型，裂缝储层的识别、评价、建模成为干热岩地热能利用的难点。法国莱茵地堑Soultz-sous-Forêts欧洲干热岩项目是最早的干热岩地热能发电项目之一，其干热岩储层研究一直贯穿于30年的勘查开发历程中。从早期描述天然裂缝特征、热液蚀变作用(Genteretal.，1991)，到建立热液蚀变破碎带的概念模型(Genteretal., 2000)，以及了解裂缝渗透率随时间的变化关系、各向异性及流体流动建模(Griffithsetal.，2016)，裂缝储层表征及建模应用于干热岩勘查开发的不同阶段(Reineckeretal.，2021)。

近年在青海共和盆地东北部发现了干热岩(薛建球等，2013；严维德，2015)，其中GR1井在3705m的井底深度钻获了236℃高温的花岗岩型干热岩体(张森琦等，2018)，是目前我国首次钻获埋藏最浅、温度最高的干热岩体，也显示了青海共和盆地干热岩地热能资源潜力，成为我国干热岩勘查与开采的示范区。预测其地热藏的形成及分布与构造作用、岩浆活动、地壳深部结构、盆地形成演化等密切相关(Fengetal.，2018；张森琦等，2018；贠晓瑞等，2020；唐显春等, 2020; 何碧竹等，2023)，尤其是花岗岩型裂缝热储层的识别和评价关系到热能提取的有效性、规模性，是干热岩地热藏规模化、可持续开发的关键。先存裂缝系统对后期压裂改造十分重要，可使建储成效提高数倍；但也会增强诱发地震的发生，造成人为灾害。研究区花岗岩型裂缝储层的发育特征及空间分布尚无系统研究，其形成机制和主控因素也缺乏认识，制约着对干热岩地热藏的地质建模和开发利用。

本研究以共和盆地东北部党家寺岩体为主要研究对象，对其开展详细野外地质调查及综合分析，识别了研究区各类破裂(包括断层、脉体、节理等)的类型、样式，详细解剖了研究区宏观裂缝系统的组成及空间分布，分析了构造作用对裂缝系统形成的时限、动力学成因控制，确定的宏观裂缝系统将为该区花岗岩型地热储层的勘查开采提供重要的科学依据，同时多尺度、多类型花岗岩型裂缝储层构造地质建模也可为多种能源勘查开发提供借鉴。

1 地质背景

共和盆地位于西秦岭、南祁连、东昆仑造山带结合部位，是一个中-新生代山间盆地，盆地走向为NWW-SEE向，平面上呈东宽西窄的菱形，长约210km，最宽处约90km，面积约1.57×104km2，海拔2600～3500m。盆地北以青海南山断裂为界，西以鄂拉山-温泉断裂带为界，南界为阿尼玛卿缝合带，东界为多禾茂断裂带，盆地中东部的瓦里贡-过马营隆起将盆地主体分隔成西、东斜列的共和坳陷和贵德坳陷(图1a)。

图1 共和盆地大地构造位置图(a)及盆地东北部地质简图(b)(据拜永山等，2007(1)拜永山, 王秉璋, 王永文等. 2007. 1/25万西宁幅区域地质调查报告. 西宁: 青海省国土资源厅资料馆, 1-1282；Craddock et al., 2014；陈发伟等，2016(2)陈发伟，吴治之，李生虎等. 2016.青海省共和县东巴地区三幅1/5万区域地质矿产调查报告. 青海省第五地质矿产勘查院印制；张永明等，2017b；贠晓瑞等，2021修改)

共和盆地处于陆内局部高热流区(Jiangetal., 2019)；平均地温梯度一般约4.5～7℃/100m，井下最高可达8.8℃/100m(薛建球等，2013；严维德，2015；甘斌等，2017；张森琦等，2018, 2021；张盛生等，2019)。沿共和盆地周缘主要断裂带均有多处温泉出露，最高可达96.6℃(当地沸点92℃，已达到沸泉)。共和盆地东北部多口钻井井下发现了干热岩。前期研究表明，共和盆地深部壳幔具有5层结构构造特征，包括上地壳上部、上地壳下部、中地壳、下地壳、岩石圈地幔。由幔源上涌驱动，导致地壳内各层向上扰动，叠加走滑伸展的盆地发育环境，形成短路径-多源增热模式(何碧竹等，2023)。地幔上涌(Fengetal., 2018)、中下地壳局部熔融体(Gaoetal., 2018；张森琦等，2018)提供了区域热源、局部热源；陆缘弧和碰撞相关花岗岩类叠加多期次断裂、裂缝及热液活动“控热储及热传导”；上覆巨厚细粒沉积岩阻热扩散“控热盖”，是中高温干热岩型地热藏主控因素(贠晓瑞等，2020; 何碧竹等，2023)。

共和盆地东北缘主要发育古元古代化隆岩群(Pt1)，主要由片麻岩、片岩、斜长角闪岩、混合岩和大理岩组成；晚古生代早二叠世果可山组，下部为大理岩，上部为黑云角岩化粉砂岩、细砂岩及粉砂岩、板岩(陈发伟等，2016)；中生代早-中三叠世隆务河组(T1-2l)主要为灰黑色泥质板岩、硅质岩夹浅灰色砂质、灰质板岩薄互层，偶夹砾岩段、可见完整的鲍马序列及多种同沉积变形构造。还存在分布广泛的印支期侵入岩体形成于早-中三叠世大陆边缘弧环境(张宏飞等，2006；张永明等，2017a，b；陈希节等，2020)，晚三叠世逐渐进入后碰撞阶段(解小龙等，2015；陈希节等，2020)，是古特提斯阿尼玛卿洋向北俯冲碰撞的结果(Dongetal., 2018；Guoetal., 2012)，或宗务隆洋向南俯冲及后碰撞阶段的产物(张永明等，2017a，b，2019；陈希节等，2020)。新生代地层为新近纪临夏组(N1-2l)和第四系(Q)，主要发育河流-湖泊相、冲-洪积相的砂岩、粉砂岩及砾岩沉积。

共和盆地东北部发育青海南山断裂和瓦里贡断裂带。青海南山断裂带为共和盆地北缘边界断裂带，属于宗务隆-青海南山-西秦岭断裂带的中段；断裂西北部呈北西走向，东部走向近东西，中间向盆地弯曲呈弧形，多被北东和近南北向断裂切割；主断裂带倾向北东、北，倾角40°～60°不等。断裂上盘地层出露复杂，错断地层从元古宇、石炭系、二叠系、三叠系到新近系，具有多期活动特点，是逆冲、走滑并存的复杂断裂构造带。该断裂带在布格重力异常图上表现为由西向东呈S型延伸的重力梯度带(马文静等，2000)，向下延伸30～58km，为一深大岩石圈断裂(陈发伟等，2016)。该断裂初始活动起始于二叠纪或更早，三叠纪活动强烈(张启胜和张敏，1996；张盛生等，2019)，中新世中期以来至今仍在活动(Craddocketal., 2014; 王洪等，2021)。瓦里贡断裂带为共和盆地主要坳陷的分界断裂，由多个断裂斜列构成断裂带，呈北北西走向，断面较陡，倾角60°～80°，为右行走滑逆冲断裂，断裂活动起始于三叠纪(李锦轶和张进，2015)，新生代再次活动。

本次研究主体是共和盆地干热岩勘查开采示范区东侧露头区当家寺岩体，位于龙羊峡水库北侧、共和盆地瓦里贡-过马营隆起的北部。当家寺岩体主要由花岗闪长岩(240.1±2.1Ma)、二长花岗岩(241.0±2.6Ma，张永明等，2017a；247.2±1.7Ma，石玉莲等, 2018)、正长花岗岩(243.5±2.9Ma)等组成(图2)；其形成于下地壳基性岩为主的部分熔融，有一定程度的幔源岩浆贡献。当家寺岩体西部GR1井钻遇的奥长花岗岩、英云闪长岩为准铝质，属于高钾钙碱性系列，结晶年龄分别为236.5±1.7Ma和241.6±3.0Ma，表明其为俯冲及后碰撞阶段的产物(陈希节等，2020)。共和恰卜恰镇东南部阿一亥地区存在多个温泉点。

2 宏观裂缝系统的构成

岩体(或岩层)受力发生变形，当应力达到破裂强度时，就会发生断开，破坏其连续性和完整性，即为破裂；裂缝通常是岩石由于破裂而形成的狭长的缝，裂缝有被全充填、半充填和未充填。而断裂带、节理、脉体等都具有不同尺度、不同成因形成的破裂的特点，成为花岗岩体裂缝体系发育的基础。它由不同尺度的破裂构成，主要包括破裂面(断裂)两侧岩层有明显位移的断层及无明显位移的节理，还有沿破裂充填了矿物的脉体。特别是多种类型的裂缝构成的网状裂缝，可为干热岩地热能、油气等流体提供主要储集空间。为了了解研究区的岩石破裂情况及其分布规律，我们对当家寺岩体中的断层、脉体和节理等不同尺度的破裂(断裂)等进行了详细解剖。系统调查了当家寺岩体露头尺度上的各类岩石破裂，通过15条路线、212个观测点及427个点间的详细调查(图2、图3)，发现该岩体的宏观裂缝系统由断裂、脉体、节理等构成，其中，构造作用下形成的破裂(断裂)往往具有规律性的几何学特征和相近的形态，而不同期次的破裂也可存在互相交切。

图2 研究区构造地质简图(a)及构造地质剖面(b)

图3 共和盆地东北缘当家寺岩体L0001路线断裂、脉体及节理特征

2.1 断裂

断裂是地层中最重要的破裂之一。在共和盆地东北部断裂十分发育(图1、图2)，存在有4级断裂，一级控制盆地的边界断裂(如北界的青海南山断裂)、二级控制盆内二级构造单元断裂(瓦里贡断裂)及一系列产状相近、有一定延伸长度的三级断裂和独立的、延伸较短的四级断裂组成。其中，盆地北界一级断裂――青海南山断裂在研究区主要呈近NWW走向(图1a, b)，倾向NNE，倾角60°～70°，发育宽约50m的挤压破碎带，带内碎裂岩、断层角砾岩、断层泥发育，并有岩脉充填，具有左行走滑+逆冲的断裂特征，并存在多条分支、伴生断裂(图1中F3、F6、F7、F8)。二级断裂瓦里贡断裂为NNW-NW向右行走滑逆冲断裂是由多条分支断裂构成。研究区当家寺岩体发育了多条的三级断裂,主要呈NW、NWW、NNE、NE四组走向。研究区NNE、NE向右行走滑逆冲断裂多切割NW、NWW向断裂；在研究区南部NWW向断裂更为发育。

2.1.1 北西-北西西向断裂系

该组断裂是当家寺岩体及周缘的主要断裂构造，由6～9条分支断裂组成(图1b、图2)，主要包括北西走向的上尖沟断裂(F20)、瓦里关断裂(F21)、加豆曲扣断裂(F22)、尕依尼哈断裂(F23)、龙才断裂(F29)、拉骨断裂(F30)和北西西走向的尼阿生断裂(F28)等三级断裂(陈发伟等，2016)，断裂延伸长度为8.8～14.5km。这些断裂切割早-中三叠世隆务河组(T1-2l)和中三叠世侵入岩体，并控制着中三叠世二长花岗岩、正长岩的分布，沿断裂带岩石极为破碎，碎裂岩发育，可见高岭土化和轻微褐铁矿化蚀变现象。北西西向断裂F28被F25、F27北东向断裂所切割，沿断层及其两侧见有细晶花岗岩脉，脉体走向与断裂带走向一致。该组断裂西北端被中-上新世临夏组砂岩、砾岩、泥岩覆盖，东南端被第四系覆盖。

研究区还存在10余条延伸长度约2～6km的北西走向逆冲断裂及右行走滑剪切叠加逆冲断裂。

2.1.2 北北东-北东向断裂系

研究区内北北东-北东向三级断裂主要为当家寺断裂(F25)、下八盘断裂(F26)和恰日阿断裂(F27)，延伸长度分别为7.16km、3.11km、9.38km。该组断裂切割中三叠世花岗闪长岩、二长花岗岩侵入体，并分别切割了北西走向的F22、F23、F28断裂。根据断裂切割关系，可见北东向断层为右行走滑断裂(图1b、图2)。沿断层及其两侧石英脉、细晶花岗岩脉及闪长玢岩脉发育，在脉体中见有孔雀石。

区内还存在8条延伸长度约1～2km的北东向四级断层，多具有右行走滑特征。

2.2 主要脉体

研究区内主要脉体可分为三类，分别为火成岩脉、石英脉和方解石脉。

2.2.1 火成岩脉

研究区火成岩脉主要包括细晶花岗岩脉、闪长玢岩脉和花岗闪长岩脉。

研究区的细晶花岗岩脉一般为浅灰色，宽1～100cm，延伸几米至几十米；个别宽度可达10m，延伸500m。共发现细晶花岗岩脉35条，脉体走向以NW向为主(图2)，走向范围为290°～330°，主要分布于断层附近，脉体走向与相邻断层走向相近，脉体与围岩接触面平直(图4a，b)。脉体受到后期构造作用，可与围岩共同形成节理。

研究区的闪长玢岩脉，常呈深灰色、深灰绿色，脉体宽几米到十几米不等，延伸几米到几十米不等。共发现闪长玢岩脉23条，脉体走向以NW向为主(图4c，d)，主要走向范围为290°～330°，倾角多为70°～85°，脉体走向与临近断层走向近平行，主要分布于中三叠世花岗岩的NW走向断层附近。脉体与围岩有明显的烘烤带、蚀变过渡带，还可见脉体向围岩的挤入，表明其为后期侵入。脉体与围岩之间形成了破碎带、蚀变带。有些闪长玢岩脉体与围岩节理贯通，表明发生过后期变形。还有些闪长玢岩脉体内部受到沿脉体的构造作用，而形成脉体内部的雁列节理(图4c)。

研究区还存在少量花岗闪长岩脉，常呈灰白色，脉体宽10～50cm，延伸几十米，走向为253°(图4b)、295°和330°。

2.2.2 石英脉

研究区的石英脉呈乳白色或白色，或呈褐红色，脉体宽由几厘米至一两米不等，延伸几十厘米到几百米不等。形态有呈细而多的纤维状石英脉，也有宽几米，延伸几百米的巨型石英脉等。石英颗粒粗大，化学成分很纯；可见石英呈带状向裂缝中央生长，部分裂缝尚未完全充填。部分石英脉上会发育节理，节理走向一般有平行于石英脉走向或垂直于石英脉走向的两组方向(图4e，f)。石英脉主要分布于研究区南部的早-中三叠世隆务河组和中三叠世的花岗岩中，共统计石英脉94条，主要走向为NE向。

图4 当家寺岩体上多种类型脉体特征

2.2.3 方解石脉

方解石脉一般分为两种：一种常常出现在剪节理破裂面上，一般较窄，宽约0.15～3cm，厚度相对均匀，但分布十分广泛，半充填-全充填裂缝，方解石脉壁上还见有擦痕(图4g，h)；另一种脉宽约15～25cm，延伸几十米，并被后期节理切割，脉体成分由边部向脉中心变纯，脉体边部含许多呈棱角状的花岗岩碎屑，显示花岗岩结晶后的裂缝及脉充填特征(贠晓瑞等，2020)。方解石脉主要分布于研究区的中西北部和东南部的中三叠世花岗岩中，共统计了13条方解石脉的产状，其走向主要为近SN向和NE向。

2.3 节理

节理是岩体受力断裂后两侧岩块没有显著位移的小型断裂构造，是岩石网状裂缝系统的主要组成部分。在研究中选取新鲜未扰动露头，尽量避免受到人为破坏、风化剥蚀和植物生长等不利因素的影响，以保证测量所得数据的可靠性。根据以上原则，各点选取10m2范围的露头对其节理进行统计。

2.3.1 节理几何学特征

研究区的节理类型较多，根据力学成因机制分类，分布最为广泛的是剪节理(图5)。剪节理具备典型特征，包括产状比较稳定，平面上沿走向延伸较远，剖面上切割较深；节理面较平直、光滑，有时在剪切面上有剪切滑动产生的擦痕。剪节理多由两组不同走向节理构成共轭“X”型节理系，它们之间或正交，或高角度斜交及低角度斜交，将岩石切割成菱形或棋盘格状；也有一组节理不发育形成平行延伸的板状节理或具有规律性相对位移的“S型”雁列节理(图3c)。剪节理裂缝多数较窄，大部分节理缝未充填，少量节理缝充填石英脉及方解石脉(图4e-h)。方解石脉呈半充填、全充填，脉宽窄通常只有0.15～1cm；石英脉宽度不等，变化大，从数厘米至数米不等。也存在少量张节理，与剪节理在同一应力场下形成(图5c)，还可见有石英脉充填，呈雁列状、透镜状、或网状(图3b、图4f)。

研究区还存在由于岩体成岩冷却过程中形成的近水平的原生节理(图3b, d)，一般间隔0.5～5m不等，有时还伴有两组互相垂直的节理；以及在早-中三叠世隆务河组浅变质砂板岩上多形成平行层理面的顺层节理和垂直层理面的纵、斜交节理(图5e)，纵、斜节理节理面平直，节理裂隙紧闭，产状较陡。还有部分为断层相关节理，节理组与临近断层的走向相近或一致(图6a区)。

研究区不同部位节理发育特征不同。有的观测点节理极少且延伸较短，为非贯穿型节理，仅切开岩石非常局限的部位(图5a)；而有的观测点呈现1～4组不同的节理，并构成不同的节理系。每组节理的条数为几条至几十条不等，同组节理的间隔呈均匀或非均匀分布。研究区中高角度正交、斜交节理较多，可见多为45°～90°的中高倾角的节理；而近水平(倾角<15°)节理较少。在研究区西部及南部近水平的节理相对增多。

图5 共和盆地东北部当家寺岩体节理发育特征

2.3.2 节理优势分布

为了了解区域节理发育特征，利用Orient 3.12.0软件(Vollmer, 2015)绘制了研究区主要观察点上半圆节理走向玫瑰花图(图6)以及研究区分区节理走向玫瑰花图、倾角分布图和节理极密图(图7)。结合断裂分布特征、观察点节理类型、产状特征，按照研究区节理的走向和单个露头观察点节理出现频率的相似性，划分为四个区域(图6、图7)：当家寺断裂(F25)、下八盘断裂(F26)与尼阿生断裂(F28)及龙才断裂所控区为a区(西区)、恰日阿断裂(F27)与尼阿生断裂(F28)所夹的东部区域为b区(东北区)，拉骨断裂(F30)与F38以南区域为c区(西南区)，尼阿生断裂(F28)以南、龙才断裂(F29)以东为d区(东南区)。

西区(图6a区、图7a)优势节理组为2～4组，大多为3组，主要优势节理的走向为315°、85°、350°～360°、0°～20°、45°，节理倾角多为高角度(70°～90°)，共轭节理夹角60°、85°。极密图(图7a)反映主要存在北西(290°～320°)及近南北(约10°)、近东西(85°)及少量北东45°走向的优势节理。

东北区(图6b区、图7b)优势节理组为1～4组，大多由2组节理组构成节理系，优势节理产状为310°∠75°与210°∠75°和125°∠60°与35°∠50°，节理倾角多为中-高角度(55°～85°)，共轭节理夹角约为55°、90°。极密图(图7b)反映北东30°～50°、北西310°为优势节理走向方向。

西南区(图6c区、图7c)优势节理组为1～3组，多由2组节理组构成节理系， 极密图 (图7c) 反映优势节理的走向为NNW(320°～330°)、NNE(5°～30°)，节理倾角多为中高角度(70°～90°)，共轭节理所夹锐角为20°～70°。

图6 共和盆地东北部当家寺岩体节理走向空间分布图

图7 当家寺岩体研究区节理极密图及节理倾角和走向玫瑰花图

东南区(图6d区、图7d)优势节理组为2～4组，大多2组构成节理系，优势节理产状为130°∠50°、60°∠45°，140°∠15°、45°∠45°和0°∠75°、90°∠85°。节理倾角多为中高角度(55°～85°)，共轭节理夹角约为60°～90°。极密图(图7d)反映北东40°～50°、北西320°及北北东10°～20°为优势节理走向方向。

从整个研究区可以看到(图7e)区域上存在4组节理优势方向，且以北东走向最为发育，东南区和西南区节理密度较大，研究区西部北西走向节理更发育而东部北东向节理更为发育。

3 宏观裂缝系统空间结构及成因

3.1 裂缝系统的空间分布

共和盆地东北部当家寺岩体上的各类破裂多为脆性破裂，包括断层、脉体、节理等，它们共同构成了其宏观裂缝系统(图6)。

西区(图6a区、图7a)主要发育F25、F28、F29、F30等断裂。北北东向当家寺断裂(F25)，并切割了北西西向尼阿生断裂(F28)、北西向龙才断裂(F29)。闪长玢岩脉、细晶花岗岩脉呈北西向展布，石英脉具北西及北东向两组方向。发育四组优势节理，其中北西(290°～320°)为主，其次为近南北向(约10°)，有少量近东西(85°)及北东45°走向。本区裂缝发育密度最小，裂缝统计规律反映了南北向右行走滑断裂的主导影响以及北西西向左行逆冲断裂的次级影响，在断层相交附近裂缝走向也呈多变及复杂性。

东北区(图6b区、图7b)主要发育北北东走向的下断裂(F27)和下八盘断裂(F26)，沿断层及断裂两侧见有细晶花岗岩脉、花岗闪长岩脉、石英脉，脉体主要走向NNE与断裂走向一致。石英脉也存在着北北西走向。发育3组方向节理，主要优势方向为北东30°～50°，其次为北西310°。该区北东向节理密度较大，中部节理发育较弱。

西南区(图6c区、图7c)为龙羊峡北部，断裂不太发育，主要为北东和少量北西走向的4级断裂，有的具有右行走滑特征，有些属性尚不明确。发育北西走向闪长玢岩脉及北东、北北东走向石英脉。节理发育密度重点，优势为北北西(320°～330°)，其次为北北东(5°～30°)，反映了北西向走滑断裂的主导影响。

东南区(图6d区、图7d)北缘发育F28断裂，是区内3级左行走滑剪切叠加逆冲构造，此外还发育有多条北西、北东向4级断裂，逆冲为主，兼具右行走滑运动学特点。北西向断层是瓦里贡二级断裂的西北延伸端，具有右行走滑剪切叠加逆冲的构造特征。该区存在北西向细晶花岗岩脉、花岗闪长岩脉、闪长玢岩脉；以及许多雁列展布的大型的北东走向石英脉，呈右阶排列；脉体高度差异大约0.8m到几十米不等，宽度0.1～5m，平面延伸几十厘米到200m，有的呈微弱的S型，分析认为其形成可能受控于左行走滑构造作用。该区节理发育密度最大，优势节理走向为北东40°～50°，其次为北西320°及少量北北东10°～20°。各种脉体都有节理发育，有的限制在脉体内部；有的节理贯穿脉体，统一发育。

研究区北部断裂规模比南部断裂规模大，断裂走向主要以NW和NNE向为主。火成岩脉体主要分布于切穿中三叠世花岗岩的断层附近，脉体走向与邻近断层相近。石英脉主要分布于南部的早-中三叠世隆务河组浅变质岩和中三叠世的花岗岩中。方解石脉多沿剪节理发育，主要分布于西部和东南部分的中三叠世花岗岩中。

研究区断裂破碎带发育，剪节理发育，特别是存在大量的多期次的共轭节理。因此，形成多种组合关系的裂缝，裂缝多为半开启型缝、闭合裂缝。裂缝被脉体有选择地充填，比如北东向的石英脉部分或全部充填裂缝。方解石脉主要存在近东西向、北东的节理中，多为半充填。

3.2 构造作用下裂缝系统的破裂过程

综合上述断裂、脉体、节理等发育分布特征，发现构造作用对当家寺岩体的多种类型破裂具有明显的控制作用，裂缝系统形成主要可归纳为5种类型：

(1)单一应力场形成的节理系

不仅共和盆地东北部的主断裂具有走滑剪切特征(何碧竹等，2023)，根据岩石破裂准则，当家寺岩体上多处均匀质密的花岗岩类岩石，在同一剪切应力场下，形成了两组共轭剪节理和一组张节理组构成的节理系。节理系符合里德尔剪切，如图8a ii为右行剪切应力场形成的一组产状为228°∠89°的剪节理组，为P破裂；一组产状为170°∠76°的剪节理组，为R破裂；在共轭节理的锐角平分线方向发育的一组张节理(195°∠90°)。

(2)叠加先期形成单向滑移的共轭节理组

未变形岩石经历剪切作用先形成了一组NE走向的单向剪节理(图8b ii)；再变形中形成一组共轭正交的限制剪节理，终止于先期NE向节理，呈棋盘格状(图8b iii)；之后，沿早期发育的北东向节理再次活动，叠加改造先期节理，在沿此方向形成明显错位，形成具有右行走滑特征的滑移共轭节理组(图8b iv)。

(3)持续走滑剪切形成雁列石英脉与共轭节理组合

未变形岩石在左行走滑剪切环境下(图8c)，形成一组北东向张节理(图8c ii)；后被含石英热液充填，可见与石英脉接触的围岩发生带状蚀变，含有萤石、绿泥石等蚀变矿物。随着进一步扩展，脉体中石英呈带状向脉中心生长，部分裂隙尚未完全充填，有相向的马牙状石英，形成了同向的大型雁列石英脉组(图8c iii)。之后，再次叠加剪切作用形成了共轭节理组，其中一组节理产状与先期节理(石英脉)相同，形成了平行石英脉的剪节理，另一组剪节理与其斜交(图8c iv)。

(4)拉张裂隙侵入岩脉及脉内剪切节理组

未变形岩石受近南北向(或北北东向)的伸展作用，形成拉张型裂隙(图8d ii)，为后期岩浆侵入提供了通道及空间，沿裂隙形成脉体或岩墙(图8d iii)。如研究区发育的紧邻北西、北西西向断裂呈北西、北西西走向延伸的侵入岩脉(图2、图4c, d)，多为闪长岩脉及闪长玢岩脉，脉体垂向呈向上、向侧向侵入特征，有的向顶部变窄收敛呈树杈状，有的侧壁平直刺穿岩体呈岩墙；与围岩有不规则的蚀变带，或锯齿状侧向后期侵入特征。有些脉体内还存在后期剪切破裂，形成较密集的右阶左行雁列节理(图8d iv)。

图8 构造作用下节理系、脉体及多期次网状裂缝的形成过程

(5)多期次剪切叠加形成局部网状裂缝

未变形岩石受到多期的剪切作用，而形成了多期的剪切破裂，根据各组剪切节理的切割关系，可以初步区分变形期次。图3d显示了至少5期剪切破裂，其中节理组①为原生近水平节理，为第一期破裂(图8e i)；节理组①与②构成共轭节理，节理组②切割①，为第二期破裂(图8e ii)，间隔30～50cm，分布面积较大；节理组③与④为第三期破裂(图8e iii)，局部带状分布；节理组⑤、⑥、⑦构成节理系，⑤、⑥为剪节理，⑦为张节理，为第四期破裂，分布面积广间距大，节理组⑤与⑥局部形成追踪张节理；节理组⑧与节理组⑥为共轭节理，形成于第5期破裂，切割范围大，切割了前期多次节理组，其中节理组⑨沿节理组⑥形成的雁列节理，具左阶右行特征。5期破裂共同形成此网状裂缝系统。其中，晚期节理组⑤、⑥、⑦、⑧的缝宽大，延伸长，构成主缝(图8e iv)。

3.3 裂缝系统多期次性及形成动力学机制

共和盆地及周缘处于东昆仑、南祁连、西秦岭三大造山带之间，造山带的构造活动及叠加深部地幔上涌作用，使得共和盆地中-新生代以来主要经历了6期构造演化(何碧竹等，2023)，主要包括：早-中三叠世为阿尼玛卿洋俯冲形成的昆北弧前盆地及陆缘火山弧带，该期为共和盆地基底主要岩石单元形成期；晚三叠世阿尼玛卿洋闭合发生碰撞造山，共和盆地褶皱基底形成；晚三叠世末期发生碰撞后伸展，发育初始小型陆内裂谷盆地；在侏罗纪-白垩纪受断裂控制形成局部断陷盆地；古近纪晚期-中新世受同向、异向走滑断层控制形成拉分-断陷盆地；中新世晚期至今强烈南北向挤压造成青海南山、共和南山向盆地内逆冲，形成陆内前陆盆地。

盆地与周缘多期次区域构造活动以及主要断裂的多期次活动，同样对共和盆地东北部当家寺岩体宏观裂缝系统的形成有约束作用，由于大多数脆性变形尚无法直接测得形成时间。因此，从区域构造作用过程，进行了初步的分析，推测主要破裂期可分为以下5期。

(Ⅰ)早-中三叠世阿尼玛卿洋俯冲-碰撞阶段，当家寺岩体形成。约250～220Ma，随着东昆仑大洋板块持续向北俯冲(Dongetal., 2018, 2021)，形成了宽广的沟-弧-盆体系，在南祁连南缘至东昆仑北形成了活动大陆边缘弧及昆北弧前盆地(何碧竹等，2023)，青海南山南缘及共和盆地基底发育了侵入中-下三叠统隆务河组的黑马河岩体、江西沟岩体、沟后杂岩体、当家寺岩体与俯冲相关的花岗岩类(张宏飞等，2006；张永明等，2017a，2019；陈希节等，2020；贠晓瑞等，2020)，当家寺正长花岗岩结晶年龄为243.5±2.9Ma，花岗闪长岩结晶年龄为240.1±2.1Ma，二长花岗岩的结晶年龄分别为247.7±1.7Ma和241.0±2.6Ma(张永明等, 2017a；石玉莲等, 2018)。约240～220Ma，昆仑洋板块发生后撤式俯冲，俯冲减弱并发生板块断离，导致幔源岩浆作用上涌，形成了大量侵入花岗岩体及中昆仑带中三叠世玄武岩和安山岩(Lietal., 2015；Dongetal., 2018，2021)，后期发生了俯冲-碰撞的转换(241～236Ma)(陈希节等，2020)。从北向南侵入岩年龄变年轻，也反映了俯冲板片的后撤(解小龙等，2015；贠晓瑞等，2020)，当家寺岩体主要形成于248～236Ma期间的多期次侵入。

东昆仑阿尼玛卿洋盆闭合及发生陆块斜向碰撞，共和盆地北侧青海南山断裂向西延至南祁连韧性左行走滑断裂(250～243Ma)(许志琴等，2007；Xuetal., 2015)，其东可与西秦岭丹凤韧性左行走滑剪切带相连，全长达2500km；南侧东昆仑阿尼玛卿韧性左行走滑断裂形成略晚于北侧(约236～200Ma)。共和盆地东北当家寺岩体北侧的青海南山分支断裂(图1；F1、F2等)启动，具韧性剪切特征，发育糜棱岩，为宏观裂缝系统第Ⅰ期剪切变形。

(Ⅱ)晚三叠世碰撞挤压-碰撞后伸展阶段，北西向大量火成岩岩脉发育。约220～200Ma，发生了碰撞挤压-碰撞后伸展的转换，形成A型花岗岩、安山岩、英安岩和碰撞后过碱性安山-流纹岩，香日德过碱性流纹岩形成于209Ma(Shaoetal., 2021)。当家寺岩体北西向展布的花岗闪长岩脉年龄为219.6±4.2Ma (本团队研究，待刊)。

(Ⅲ)侏罗纪-白垩纪共和盆地东北部区域性多期次隆升事件发生，当家寺岩体抬升至地表。随青藏高原东北部广泛出现的侏罗纪-白垩纪的区域性多期隆升事件(Mocketal., 1999; Jolivetetal., 2001; Wangetal., 2018; Zattin and Wang, 2019; Liuetal., 2021)。青海南山也存在着早侏罗世晚期-早白垩世早期(178.8～143.6Ma)、早白垩世中期(135～106.3Ma)和晚白垩世中期(98.4～81.8Ma)多期冷却-抬升事件(贠晓瑞等，2021)。共和南山存在126～101Ma冷却事件(Craddock, 2011)。这些区域抬升事件使得当家寺岩体抬升至地表，经历了急剧的降温和冷却、抬升、剥蚀，通常高温岩石经历快速冷却后会造成岩石损伤，温度越高快速冷却后破裂越强(黄中伟等，2019)。当家寺岩体在240～200Ma温度降低了约620℃(贠晓瑞等，2020，2021)，急剧降温可能使得原生节理缝进一步扩张；造成该区的第三期区域破裂变形。破裂程度随温度及冷却速率的变化需进一步研究。

(Ⅳ)渐新世-中新世中期，共和盆地边界走滑断裂活跃，当家寺岩体上走滑断裂及剪切破裂发育。约45～23Ma，软流圈上涌导致地幔上涌，加上盆地边界走滑断裂活动，共和新生代断陷盆地的雏形开始形成(何碧竹等，2023)。约23～6Ma，是共和盆地及周缘走滑断裂活动的鼎盛期。盆地周缘阿尼玛卿、青海南山左行走滑断裂活动(Lietal., 1996；李海兵等，2006；许志琴等，2011)；哇洪山-温泉、塘格木、瓦里贡、多禾茂等右行走滑断裂也活动(Wang and Burchfiel, 2004；Luetal., 2012；Duvalletal., 2013；史海涛，2011；何碧竹等，2023)。当家寺岩体上三、四级北西西走向左行走滑逆冲断裂以及北北西、北北东向右行走滑逆冲断裂活动，且与青海南山断裂、瓦里贡断裂性质及走向近一致，可能形成于该时期。研究区北东向雁列石英脉应为左行走滑剪切作用形成(图8c)；方解石脉的形成时间约为15Ma(何碧竹等，2022(3)何碧竹，贠晓瑞，陈希节等. 2022. 青海共和盆地科技攻坚战先导性基础地质研究. 北京：中国地质科学院地质研究所, 1-85)，可能均与此第四期区域破裂变形有关。

(Ⅵ)中新世晚期以来共和前陆盆地发育阶段，当家寺岩体中走滑+逆冲断裂发育。～6Ma是共和盆地构造转换的关键时期，由走滑伸展转为挤压逆冲，形成了陆内前陆盆地(何碧竹等，2023)，盆地南北两侧发育上新世向盆内推覆的多个逆冲断裂构造带是良好的记录。青海南山断裂带西段——茶卡段在～6Ma明显为逆冲活动(Luetal., 2012)、东段——沟后段在～5Ma有明显的活动(贠晓瑞等，2021)。王洪等(2021)对共和盆地及邻区钻孔、水压致裂数据和应力解除实测数据进行统计分析，地应力反演、震源机制解反演均表明研究区现今应力场以逆冲为主，兼走滑的特征，区内最大水平主应力优势方位为NE 45°～60°，即NE向。研究区域内最大主压应力轴(P轴)、最小主应力轴(T轴)方向分别为NNE、NWW向。根据当家寺岩体4个分区内大量的共轭剪节理夹角的锐角平分线走向多为～10°至～350°之间(图7)即为NNE、NNW向(近南北向)，推测研究区大量的共轭剪节理形成与现今构造应力场不同，其形成较早，即先存大量共轭剪节理应与前期的走滑剪切构造作用关系更为密切。

3.4 宏观裂缝系统对干热岩地热储层的约束

高渗透性、裂缝型储层识别与评价是干热岩地热藏热储层地质建模的关键。本次研究以当家寺岩体露头区为主要调查对象，海拔约2600～3450m，高程差约850m。在系统调查解剖了各类破裂及裂缝系统的类型、几何学特征基础上，分析裂缝的空间分布规律及形成过程，并探讨了形成动力学及时限。可见共和干热岩热储层是构造作用控制下，由不同时期、不同类型、不同物质组成的破裂共同构成的多属性宏观裂缝系统。晚三叠世活动的断裂及平行断层走向的火成岩脉体控制着早期的伸展型裂缝及蚀变型热储层；侏罗纪-白垩纪多期次快速冷却抬升控制着不等间隔的水平裂缝分布，且西部较东部发育，可能与剥露过程及上覆地层时代有关；新生代，特别是中新世以来的大规模走滑剪切作用形成了大规模雁列式石英脉、多次叠加共轭剪节理缝、多期次叠加的不规则网状裂缝，共同构成差异分布的裂缝型地热储层。断裂破碎带的长与宽度、火成岩脉体和石英脉体延伸方向及长度，共轭节理系产状及延伸范围、网状裂缝的空间分布以及大量中高倾角的斜缝，作为先存裂缝系统，对干热岩热储层的规模、质量、分布有约束，也对热储建储、后期改造、防止诱发地震灾害有重要影响。裂缝系统的垂向分布特征及微观结构需进一步解剖。

4 结论

(1)共和盆地东北缘当家寺岩体的宏观裂缝系统主要有断裂、火成岩脉(细晶花岗岩脉和闪长玢岩脉等)、石英脉、方解石脉及多组节理组构成。

(2)研究区不同分区断裂、脉体及节理发育有差异。西区主要发育北北东向、北西西向、北西向断裂及北西向展布岩脉及北西、近南北、近东西及少量北东向节理，与临近断裂的走向有相似性；东北区以北北东走向断裂、脉体为主，节理走向优势方向为北东、北西，中部节理不发育；西南区主要为北东和北西走向的右行走滑断层，节理走向优势为北北西、北北东；东南区发育多条北西、北东向四级断层，北西向火成岩脉以及大型的北东走向右阶左行的雁列石英脉，节理优势为北东、北西及北北东向。各种脉体都有后期节理发育，有的限制在脉体内部，有的节理切穿脉体。

(3)构造作用对当家寺岩体的后期破裂具有明显的控制作用，主要发育5种破裂类型：单一应力场形成的节理系、叠加先期形成单向滑移的共轭节理组、持续走滑剪切形成雁列石英脉与共轭节理组合、拉张裂隙侵入岩脉及脉内雁列节理组、多期次剪切叠加形成局部网状裂缝。

(4)根据区域构造作用，初步探讨了共和盆地东北缘当家寺岩体的宏观裂缝系统发育过程及成因。早中三叠世，受控于斜向俯冲-碰撞形成北西走向的韧性剪切带；三叠纪末期受控于碰撞挤压-碰撞后伸展阶段，北西向断层及大量火成岩岩脉发育；侏罗-白垩纪区域性多期次隆升事件，使原生节理进一步扩张；渐新世-中新世中期，共和盆地边界走滑断裂活跃，走滑断裂多期次活动并发生大量剪切破裂及石英脉、方解石脉；中新世晚期以来走滑断裂转换为逆冲断裂。先存大量共轭剪节理形成与现今应力场(NE)有差异，应与前期的走滑剪切构造作用关系更为密切。

(5)由不同时期、类型、物质组成的破裂形成的多属性、先存宏观裂缝系统，对干热岩热储层规模、质量、分布有约束，也约束着后期热储建储与改造，防止诱发灾害。

致谢感谢戚学祥研究员、焦存礼高级工程师两位审稿专家的建设性的意见。感谢张建新研究员、马绪宣研究员的有益讨论。感谢郑勇副研究员、李红刚工程师、缑明亮助理工程师以及硕士研究生张振宇、张家豪等参加野外地质调查。