新疆阜康白楊河礦區(qū)古構(gòu)造應(yīng)力場特征

張曉飛

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司 太原分公司， 太原 030000)

白楊河礦區(qū)位于烏魯木齊市以東100 km，阜康市以東40 km，構(gòu)造上處于博格多復(fù)背斜，北天山褶皺帶以北，準噶爾坳陷區(qū)以南的黃山—二工河向斜的北翼，總體構(gòu)造為地層南傾的單斜構(gòu)造(圖1)，走向為近EW向，地層傾角44°～54°，在走向上和傾向上含煤地層變化不大，按構(gòu)造復(fù)雜程度的級別劃分為簡單構(gòu)造類型。在礦區(qū)外西側(cè)有一條洪溝斷層(F2)，為一正斷層，傾向西，傾角80°左右，斷距約100 m左右[1]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖

研究區(qū)地表出露侏羅系八道灣組地層，構(gòu)造節(jié)理廣泛發(fā)育。經(jīng)統(tǒng)計，研究區(qū)地表侏羅系地層中節(jié)理走向雖然在E、S、W、N各個方向均有顯示，但總體上表現(xiàn)為三個優(yōu)勢方向，即NNE～NE向、NNW～NW向和近EW向(圖2)。

圖2 節(jié)理走向玫瑰花圖

1 古構(gòu)造應(yīng)力場特征

1.1 節(jié)理分期配套

節(jié)理的分期主要依據(jù)以下兩個方面：①根據(jù)節(jié)理組的交切關(guān)系；②根據(jù)各期節(jié)理的配套關(guān)系[2]。研究區(qū)節(jié)理組的交切關(guān)系主要表現(xiàn)為晚期節(jié)理切割早期節(jié)理、早期節(jié)理限制晚期節(jié)理兩種情況。節(jié)理的配套是將在同一構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的節(jié)理組合起來,節(jié)理配套是節(jié)理劃分期次的良好依據(jù)[3-7]。

1.1.1 實例解剖

圖3中，該點發(fā)育細砂巖，巖層產(chǎn)狀為191°∠48°，該點主要發(fā)育三組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀分別為：①96°∠63°；②315°∠58°；③355°∠22°。由圖中可知：②與③相互切割，同一期構(gòu)造運動形成共軛節(jié)理；①節(jié)理被②與③切割，說明①節(jié)理形成時間較早，為第一期節(jié)理，②與③節(jié)理形成時間較晚，為第二期節(jié)理。

圖3 F417點節(jié)理分期示意圖

圖4中，該點發(fā)育細砂巖，巖層產(chǎn)狀為169°∠68°。該點主要發(fā)育三組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀分別為：①46°∠22°；②307°∠81°；③76°∠64°。由圖中可知：①與②相互切割，同一期構(gòu)造運動形成共軛節(jié)理；③節(jié)理切割組成的共軛節(jié)理，說明①與②節(jié)理形成時間較早，為第一期節(jié)理，③節(jié)理形成時間較晚，為第二期節(jié)理。

圖4 F163點節(jié)理分期配套示意圖

如圖所示，該點發(fā)育中砂巖，巖層產(chǎn)狀為187°∠55°。發(fā)育四組節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀分別為：①285°∠68°(7條/m)；②60°∠52°(4條/m)；③278°∠88°(8條/m)；④10°∠20°(4條/m)。由圖中可知，①和②節(jié)理相互切割，表明它們是同一期形成的，形成共軛節(jié)理；③和④節(jié)理相互切割，它們是同一期構(gòu)造運動形成的，構(gòu)成共軛節(jié)理。④節(jié)理切割①和②共軛節(jié)理，說明①和②共軛節(jié)理形成的時間較早，為第一期節(jié)理；③和④節(jié)理構(gòu)成的這組共軛節(jié)理較晚，為第二期節(jié)理。

圖5 F041點節(jié)理分期示意圖

1.1.2 節(jié)理分期配套

研究區(qū)存在3組平面剪節(jié)理，走向分別為：NE～NNE向(0°～40°)、NW-NNW向(140°～180°)、近EW向(70°～110°)。根據(jù)節(jié)理相互切割關(guān)系配套分析，確定為兩套共軛剪節(jié)理，即NE～NNE向(0°～40°)與NW～NNW向(140°～180°)、近EW向和NE～NNE向(0°～40°)。其中，NE～NNE向(0°～40°)與NWW～NNW向(140°～180°)的剪切節(jié)理為第Ⅰ期節(jié)理系，形成時間較早。由近EW向和NE～NEE向組(0°～40°)的剪節(jié)理組成第Ⅱ期節(jié)理系，其多切割其他節(jié)理或被其他節(jié)理限制，發(fā)育時間最晚。

表1 節(jié)理分期配套表

圖6 節(jié)理的分期配套圖

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 赤平投影原理

通過赤平投影的方法將各期的共軛剪節(jié)理投影到吳氏網(wǎng)上，古構(gòu)造應(yīng)力場的最大主壓應(yīng)力軸(σ1)與最小主壓應(yīng)力軸(σ3)位于共軛的兩組剪節(jié)理的角等分線上[8-9]。對于研究區(qū)在構(gòu)造應(yīng)力場方面的研究，在分期配套的基礎(chǔ)上，測算了各個點共軛剪節(jié)理組對應(yīng)的應(yīng)力軸產(chǎn)狀。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

研究區(qū)侏羅系地層中存在兩套區(qū)域性的共軛節(jié)理，依據(jù)赤平投影，根據(jù)第Ⅰ期共軛節(jié)理的產(chǎn)狀求出的最大主應(yīng)力方向為近南北向(2°∠14°)，最小主應(yīng)力方向為近東西向(91°∠12°)，如下表2。根據(jù)第Ⅱ期共軛節(jié)理的產(chǎn)狀求出最大主應(yīng)力方向為北北東向—北東向(平均36°)，最小主應(yīng)力方向為北西—北北西方向(平均127°)，如下表3。

表2 第Ⅰ期共軛節(jié)理數(shù)據(jù)分析結(jié)果表

表3 第Ⅱ期共軛節(jié)理數(shù)據(jù)分析結(jié)果

1.2.3 古構(gòu)造應(yīng)力場

自中生代以來，研究區(qū)先后主要經(jīng)歷了燕山期和喜馬拉雅期兩期構(gòu)造運動[10-12]。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)演化和節(jié)理的測量分析，將研究區(qū)自含煤建造形成之后的構(gòu)造應(yīng)力分為2期：侏羅紀末(或延續(xù)至早白堊世末)和新近紀以來，其最大主應(yīng)力方向分別為近南北和北北東向。

圖7 最大主應(yīng)力方位圖

第Ⅰ期構(gòu)造應(yīng)力場在區(qū)內(nèi)最為發(fā)育，最大擠壓應(yīng)力方向為近SN向，平均產(chǎn)狀為2°∠14°，最小主應(yīng)力軸產(chǎn)狀為91°∠12°(表2)，在該應(yīng)力作用形成EW向的妖魔山逆斷層、白楊河逆斷層、泉水溝逆斷層(F10)以及黃山—二工河向斜(W14)等構(gòu)造。在該期構(gòu)造運動應(yīng)力作用下，形成走向NNE～NE與走向NW-NNW向節(jié)理，二者構(gòu)成典型的庫倫剪破裂。前者以左旋為運動特征，后者以右旋運動為主要特征，節(jié)理面以近直立或高傾角斜交。

第Ⅱ期構(gòu)造應(yīng)力在研究區(qū)相對減弱，最大擠壓應(yīng)力方向為NNE向，平均產(chǎn)狀為36°∠17°，最小主應(yīng)力軸產(chǎn)狀為127°∠16°(表3)。該期構(gòu)造應(yīng)力的作用，加劇了博格達推覆構(gòu)造，在山前形成了沿阜康斷裂。該期構(gòu)造運動形成走向近EW向節(jié)理和NNE～NE節(jié)理，前者以左旋運動為主，后者以右旋為主要運動特征，二者構(gòu)成典型的庫侖剪破裂。

2 結(jié)論

1)研究區(qū)存在3組平面剪節(jié)理，代表性的走向分別為NW～NNW向(140°～180°)、近EW向(70°～110°)、NE～NNE向(0°～40°)。

2)根據(jù)節(jié)理相互、切割關(guān)系配套分析，確定為兩套共軛剪節(jié)理。NE～NNE向(0°～40°)與NW～NNW向(140°～180°)的剪切節(jié)理為第Ⅰ期節(jié)理系，形成時間較早。近EW向和NE～NEE向的剪節(jié)理組成第Ⅱ期節(jié)理系，其多切割其他節(jié)理或被其他節(jié)理限制，發(fā)育時間最晚。

3)根據(jù)區(qū)域地質(zhì)演化和節(jié)理的測量分析，將研究區(qū)自含煤建造形成之后的構(gòu)造應(yīng)力分為2期：侏羅紀末(或延續(xù)至早白堊世末)和新近紀以來，其最大主應(yīng)力方向分別為近南北和北北東向。在Ⅰ期構(gòu)造運動應(yīng)力作用下，形成走向NNE～NE與走向NW～NNW向節(jié)理，二者構(gòu)成典型的庫倫剪破裂，前者以左旋為運動特征，后者以右旋運動為主要特征。Ⅱ期構(gòu)造運動形成走向近EW向節(jié)理和NNE～NE節(jié)理，前者以左旋運動為主，后者以右旋為主要運動特征，二者構(gòu)成典型的庫侖剪破裂。