基于節(jié)理統(tǒng)計的芨芨槽單元巖體構(gòu)造應(yīng)力場特征初步分析

李亞偉+陳強+陳亮

摘 要：構(gòu)造應(yīng)力場是花崗巖節(jié)理發(fā)育的重要影響因素。通過野外巖體節(jié)理實地測量，并應(yīng)用構(gòu)造形跡篩分和赤平投影對北山芨芨槽巖體構(gòu)造應(yīng)力特征進行了初步分析，認為研究區(qū)內(nèi)NW與NE向構(gòu)造體系分屬不同的時代構(gòu)造作用的產(chǎn)物。芨芨槽巖體在侵位以后較長時間內(nèi)，持續(xù)受到正斷型應(yīng)力作用，因此形成了最大主應(yīng)力近于垂直、最小主應(yīng)力呈NE向水平擠壓作用下的NW向陡傾節(jié)理體系。其后，板內(nèi)作用發(fā)生消長調(diào)整，最小主應(yīng)力由NE向偏轉(zhuǎn)向NW向，形成了最大主應(yīng)力近于垂直、最小主應(yīng)力呈NW向水平擠壓作用下的NE向陡傾節(jié)理體系。

關(guān)鍵詞：構(gòu)造應(yīng)力場；節(jié)理；花崗巖

花崗巖由于具有良好的工程性質(zhì)被選作高等放射性廢物地質(zhì)處置庫圍巖類型之一[1]。但在漫長的地質(zhì)演化進程中，由于內(nèi)外動力地質(zhì)作用，巖體表面及內(nèi)部產(chǎn)生了大量的不同規(guī)模和產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面（如斷層、節(jié)理及風(fēng)化裂隙等），破壞了巖體完整性，影響了巖體的力學(xué)性能，同時巖體中大量分布的裂隙也為地下水提供了流動通道，是影響放射性核素遷移和擴散的主要因素之一[2]。構(gòu)造改造是諸多巖體結(jié)構(gòu)形成的主要的影響因素，構(gòu)造應(yīng)力往往決定了地層中斷裂、裂隙的產(chǎn)生和發(fā)育[3-4]。因此，構(gòu)造應(yīng)力場分析對認識巖體整體力學(xué)性能和滲透特性具有重要的現(xiàn)實意義。

“構(gòu)造應(yīng)力場”這一概念由李四光教授在上世紀四十年代提出，他認為構(gòu)造形跡與對應(yīng)的應(yīng)力方向和應(yīng)力作用方式是存在一定聯(lián)系的，可以利用構(gòu)造形跡來反推構(gòu)造應(yīng)力場[5]。因此，在進行構(gòu)造應(yīng)力場分析時，選擇適當?shù)臉?gòu)造裂隙恢復(fù)古應(yīng)力狀態(tài)是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[6-7]。文章借助這一思想，在野外巖體節(jié)理測量基礎(chǔ)上通過構(gòu)造形跡篩分和赤平投影對北山芨芨槽巖體構(gòu)造應(yīng)力特征進行了初步分析[8]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)行政區(qū)劃屬于甘肅省玉門市，南距蘭鐵路和312國道約80km。芨芨槽單元巖體呈透鏡狀，北西～南東向展布。東部出露良好，寬度大，中西部則有大量變質(zhì)巖和輝長巖殘留體，使其接觸帶形態(tài)為港灣狀。北西長13km，北東寬3～4km，面積約26km2。為低山崗丘局部為小片戈壁灘地貌。巖體頂部變質(zhì)巖角巖化明顯。在巖體內(nèi)和頂部、邊質(zhì)巖中，有大量花崗巖脈、偉晶巖脈、細晶巖脈和基性巖脈分布。

研究區(qū)處于敦煌地塊、北秦嶺加里東褶皺帶與祁連山加里東褶皺帶的結(jié)合部位。區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡的形成及其空間展布、以及各期次構(gòu)造應(yīng)力場特征，與三大構(gòu)造單元的構(gòu)造作用息息相關(guān)[9]。

2 研究區(qū)結(jié)構(gòu)面分布概況

研究區(qū)構(gòu)造主要是由斷層、巖脈以及一系列的構(gòu)造裂隙組成的較為復(fù)雜的構(gòu)造系統(tǒng)，根據(jù)研究區(qū)及其外圍構(gòu)造形跡的空間展布情況，將研究區(qū)構(gòu)造形跡歸納為NE向與NW向兩大構(gòu)造體系：

2.1 NE向構(gòu)造體系

主要由一系列呈NE-NEE走向的斷層、巖脈及裂隙組成，具體包括了分別傾向NW和SE兩個方向的兩組結(jié)構(gòu)面。其中傾向NW的結(jié)構(gòu)面更發(fā)育，兩組結(jié)構(gòu)面主要以扭性為主，張性結(jié)構(gòu)面也占有一定的比例，但多與后期構(gòu)造改造作用有關(guān)。形成于最大主應(yīng)力垂直、最小主應(yīng)力水平的應(yīng)力環(huán)境中。

2.2 NW向構(gòu)造體系

由一系列呈NW-NWW走向的斷層、巖脈及裂隙組成，具體包括了分別傾向NE和SW的兩組中、陡傾結(jié)構(gòu)面以及一組緩傾結(jié)構(gòu)面。其中以傾向SW的結(jié)構(gòu)面最為發(fā)育，傾向NE的結(jié)構(gòu)面次之，而緩傾結(jié)構(gòu)面不具有明顯的方位優(yōu)勢，在赤平投影圖中僅顯示為分別由NE與SW兩側(cè)向中心對接的條帶。盡管該組緩傾結(jié)構(gòu)面的走向與中、陡傾結(jié)構(gòu)面一致，但從其成生的構(gòu)造環(huán)境以及形成次序都與陡傾的兩組結(jié)構(gòu)面不同，它們?yōu)楦砥跇?gòu)造作用的產(chǎn)物。各組結(jié)構(gòu)面中，陡傾的兩組結(jié)構(gòu)面以扭性和張（扭）性為主，中、緩傾結(jié)構(gòu)造面以扭性兼具壓性為主。NW向構(gòu)造體系形成的應(yīng)力環(huán)境較為得復(fù)雜，經(jīng)歷了多期構(gòu)造的反復(fù)和疊加作用。

對研究區(qū)內(nèi)地表2685條裂隙進行現(xiàn)場測量， 根據(jù)所得裂隙產(chǎn)狀統(tǒng)計數(shù)據(jù)，繪制結(jié)構(gòu)面等密圖，獲得測區(qū)內(nèi)裂隙的空間分布狀況，如圖1，將測區(qū)內(nèi)的基體裂隙劃分為5大組，各組的分布范圍及其優(yōu)勢方位如表1所示。

圖1 研究區(qū)結(jié)構(gòu)面等密度圖（上半球）

表1 研究區(qū)結(jié)構(gòu)面分組范圍及優(yōu)勢方位

3 節(jié)理的分期和配套

芨芨槽花崗巖體中的構(gòu)造節(jié)理形成于花崗巖侵位之后，從構(gòu)造節(jié)理發(fā)育的組數(shù)、密度、規(guī)模等可以看出，區(qū)內(nèi)巖體經(jīng)歷過多期次、多階段構(gòu)造變動和構(gòu)造改造，對應(yīng)形成了多期、多級的復(fù)雜節(jié)理體系。一般而言，同一期構(gòu)造變動形成的結(jié)構(gòu)面往往具有一定的系統(tǒng)性特征，因此理順結(jié)構(gòu)面體系與應(yīng)力環(huán)境的派生關(guān)系，是闡明構(gòu)造應(yīng)力場的演變及結(jié)構(gòu)面演化過程的關(guān)鍵所在。為此，基于構(gòu)造解析的基本原理，在對測區(qū)中各類結(jié)構(gòu)面進行詳細統(tǒng)計調(diào)查的基礎(chǔ)上，采用構(gòu)造形跡篩分法對各類節(jié)理進行分期配套[10]。

3.1 構(gòu)造節(jié)理的分期

節(jié)理的分期通常主要依據(jù)兩個方面，其一是根據(jù)節(jié)理組的交切、限制關(guān)系，其二是利用與各期次節(jié)理有關(guān)的地質(zhì)體，如與巖脈等的關(guān)系。其中最直接的依據(jù)是節(jié)理組的交切關(guān)系。

3.1.1 節(jié)理的交切

研究區(qū)內(nèi)各類酸性巖脈廣泛發(fā)育，而且在NE和NW兩大構(gòu)造體系對應(yīng)的節(jié)理裂隙內(nèi)均有充填，它們與節(jié)理組的交切、錯位關(guān)系較好地反映出節(jié)理的早晚關(guān)系與發(fā)育期次。圖2為研究區(qū)內(nèi)觀測到的幾組典型的無充填型節(jié)理與巖脈充填型節(jié)理的交切情況。

從圖2中可見， NE走向的無充填型陡傾節(jié)理③切斷了NW走向與NWW走向的偉晶巖巖脈①與②。NE向節(jié)理北側(cè)脈體向SW方向錯動，節(jié)理南側(cè)脈體側(cè)向NE方向錯動，巖脈對應(yīng)點錯開約40-80cm不等，巖脈沿NE向中、陡傾節(jié)理表現(xiàn)出左行錯列特征，反映了NE向的節(jié)理形成要晚于被巖脈充填的NWW與NW走向的節(jié)理。圖2（a）和（c）中巖脈②又有切斷巖脈①的跡象，但被切成多段的巖脈①沿巖脈②走向的錯位不明顯，而且多段脈體的切錯方向也不一致，更多的表現(xiàn)為交叉現(xiàn)象，其早晚關(guān)系不明確。

圖2（d）中NE與NNE走向的無充填節(jié)理②、③同時切斷了NWW走向的偉晶巖巖脈①，并且在NE與NNE走向節(jié)理形成的銳夾角區(qū)的南側(cè)區(qū)域內(nèi)，被切割的脈體具有向銳夾角尖端運動的趨勢，巖脈沿節(jié)理②呈右行錯列，沿節(jié)理③呈左行錯列，上述特征反映了巖脈充填的NWW向的節(jié)理的形成要早于②、③兩組節(jié)理的形成時間，而②、③兩組節(jié)理交叉出現(xiàn)具有共軛節(jié)理的運動學(xué)特征，應(yīng)該為同一期次的節(jié)理。

由此可以判定，測區(qū)內(nèi)NW與NE向陡傾節(jié)理體系分屬不同期次構(gòu)造作用的產(chǎn)物，其中向NW構(gòu)造體系主要為構(gòu)造作用早期的產(chǎn)物，而NE向構(gòu)造體系的形成明顯晚于NW向構(gòu)造的形成時間。

3.1.2 節(jié)理的限制

與節(jié)理的交切不同，節(jié)理之間的限制作用主要表現(xiàn)為晚期節(jié)理的發(fā)育局限在早期節(jié)理之間，往往是延伸至另一組節(jié)理前突然中止，而且在被切割節(jié)理的另一側(cè)找不到對應(yīng)的錯位點。如圖3所示，NE向的陡傾節(jié)理限制了NW向緩傾節(jié)理發(fā)育，盡管表觀上是NE向節(jié)理切斷了NW向節(jié)理，但緩傾節(jié)理基本上局限在NE向節(jié)理之間，任一條NE向節(jié)理兩側(cè)的“錯位”緩傾節(jié)理都無法進行對應(yīng)。NE向陡傾節(jié)理對NW向緩傾節(jié)理的限制表明，NW向緩傾節(jié)理的形成晚于NE向陡傾節(jié)理的形成時間。

圖3 NE向陡傾節(jié)理對NW向緩傾節(jié)理的限制作用

綜合以上節(jié)理的交切、限制關(guān)系，可以判定，研究區(qū)內(nèi)NW與NE向構(gòu)造體系分屬不同的時代構(gòu)造作用的產(chǎn)物。從形成的先后次序來看，其中NW向構(gòu)造體系中的中陡傾節(jié)理主要為構(gòu)造作用早期的產(chǎn)物， NE向構(gòu)造體系的形成明顯晚于NW向構(gòu)造的形成時間，而NW向構(gòu)造體系中的緩傾節(jié)理則為更晚時期的產(chǎn)物。

3.2 構(gòu)造節(jié)理的配套

圖2（d）中NE走向系列的節(jié)理②、③表現(xiàn)出的共軛特征，表明它們是在統(tǒng)一應(yīng)力場作用下形成的同期節(jié)理體系，其中節(jié)理②的極點位于赤平投影大圓面的SE域，落入了測區(qū)節(jié)理分組中的第4組節(jié)理的分布區(qū)域內(nèi)，而節(jié)理③則落入赤平投影大圓NW域的第2組節(jié)理范圍內(nèi)，因此可以認為研究區(qū)節(jié)理分組中的2、4兩組節(jié)理基本上屬于共軛節(jié)理。而NW向節(jié)理體系中，節(jié)理組①、②往往成對出現(xiàn)，彼此交切但錯位不明顯，但切錯的兩組節(jié)理中先后次序不固定，表明NW與NWW走向的節(jié)理組很可能是一組共軛節(jié)理。與節(jié)理分布圖相對照（如圖4），圖2（a）（b）（c）中NW走向節(jié)理落入投影網(wǎng)的SW域的范圍內(nèi)（研究區(qū)第1組節(jié)理），而NWW走向節(jié)理則落入SW域或NW域范圍內(nèi)（研究區(qū)第3組節(jié)理），因此，節(jié)理分組的1、3兩組為另一對共軛節(jié)理。

圖4 節(jié)理分期配套產(chǎn)狀投影與節(jié)理分組的對應(yīng)關(guān)系（上半球）

4 構(gòu)造應(yīng)力場的演變

節(jié)理分期配套確定的NW與NE向中陡傾節(jié)理體系自身均為共軛節(jié)理組合，兩組共軛節(jié)理系均表現(xiàn)出銳夾角偏小的特點。共軛節(jié)理作為統(tǒng)一應(yīng)力場作用下的構(gòu)造產(chǎn)物，與主應(yīng)力之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系。一般來講，主應(yīng)力中的σ1對應(yīng)于共軛節(jié)理的銳角平分線，而最小主應(yīng)力σ3對應(yīng)于共軛節(jié)理的鈍角平分線，中間應(yīng)力σ2則對應(yīng)于共軛節(jié)理的交線。按主應(yīng)力的空間方位組合，一般有正斷型、逆斷型和走滑型三種應(yīng)力狀態(tài)類型，各種類型的主應(yīng)力方位如圖5所示。測區(qū)內(nèi)節(jié)理分期配套確定的共軛節(jié)理的赤平投影分析表明，NW向中陡傾節(jié)理形成于NW向的構(gòu)造擠壓應(yīng)力環(huán)境，而NE向中陡傾節(jié)理體則形成于NE向構(gòu)造擠壓應(yīng)力環(huán)境。但主應(yīng)力狀態(tài)分析表明，NE與NW向節(jié)理的最大主應(yīng)力σ1的方位均在鉛直方向，真正起平面擠壓作用的應(yīng)該是最小主應(yīng)力σ3，因此NW與NE節(jié)理系均形成于為正斷型應(yīng)力環(huán)境當中（圖6）。

（a）正斷層型；（b）逆斷層型；（c）平移斷層型

圖5 共軛節(jié)理與主應(yīng)力方位關(guān)系的立體圖和赤平投影圖

圖6 不同期次節(jié)理的主應(yīng)力方位解析

從區(qū)域構(gòu)造背景來看，北山地區(qū)晚古生代末期已進入板內(nèi)構(gòu)造時期，為二疊系花崗巖系裂谷作用下巖漿侵位的產(chǎn)物，由于下部地幔隆起作用，顯示出地殼熔體和造山晚期花崗巖的特點[11]。這與本次節(jié)理分期配套確定的早期NW向共軛節(jié)理系的主應(yīng)力狀態(tài)相吻合，說明花崗巖侵位以后較長時間內(nèi)，仍然保持并延續(xù)了這種裂谷型或正斷型應(yīng)力作用環(huán)境，因此形成了最大主應(yīng)力近于垂直、最小主應(yīng)力呈NE向水平擠壓作用下的NW向陡傾節(jié)理體系。其后，板內(nèi)作用發(fā)生消長調(diào)整，最小主應(yīng)力由NE向偏轉(zhuǎn)向NW向，形成了最大主應(yīng)力近于垂直、最小主應(yīng)力呈NW向水平擠壓作用下的NE向陡傾節(jié)理體系，因此NE向陡傾節(jié)理系多切錯早期的NW向陡傾節(jié)理組。

NE向陡傾節(jié)理形成之后，板內(nèi)構(gòu)造作用再次調(diào)整，主應(yīng)力狀態(tài)由正斷型向走滑型轉(zhuǎn)換，最大主壓應(yīng)力呈NE-SW向，最小主應(yīng)力呈NW-SE向，顯示了中生代以來裂谷作用下巖漿侵位的隆升趨勢已基本上消失，NE向水平擠壓成為本區(qū)最主要的應(yīng)力作用方式，并由水平擠壓初期的走滑型應(yīng)力環(huán)境很快過渡到逆斷型應(yīng)力環(huán)境，而NE向的擠壓作用則一直持續(xù)至今。

5 結(jié)束語

綜上所述，初步推斷研究區(qū)內(nèi)節(jié)理的形成演化及構(gòu)造應(yīng)力場變化主要經(jīng)歷了以下三個階段：（1）NW向中、陡傾節(jié)理體系形成階段：中生代以來，本區(qū)繼承了二疊紀花崗巖侵位的裂谷型應(yīng)力環(huán)境，在最大主應(yīng)力垂直、最小主應(yīng)力水平且呈NE-SW向擠壓作用下，形成NW向中、陡傾節(jié)理體系；（2）NE向中、陡傾節(jié)理體系形成階段：板內(nèi)作用調(diào)整導(dǎo)致最小主應(yīng)力由NE轉(zhuǎn)向NW，形成最大主應(yīng)力垂直、最小主應(yīng)力呈NW-SE向擠壓作用下，形成NW向中、陡傾節(jié)理體系。該階段與第①階段的應(yīng)力狀態(tài)總體處于張性裂谷環(huán)境的貫性活動持續(xù)階段，因此也是大量巖脈的產(chǎn)出階段。（3）NW向中緩傾節(jié)理體系形成階段：巖漿侵位的慣性作用消失，應(yīng)力環(huán)境轉(zhuǎn)化為NE-SW向的水平擠壓，并由水平擠壓初期的走滑型應(yīng)力環(huán)境很快過渡到逆斷型應(yīng)力環(huán)境，形成了NW向的中緩傾節(jié)理體系。

參考文獻

[1]王駒，蘇銳，陳偉明，等.中國高放廢物深地質(zhì)處置[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25（4）：649-658.

[2]王駒，陳偉明，蘇銳，等.高放廢物地質(zhì)處置及其若干關(guān)鍵科學(xué)問題[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，25（4）：801-812.

[3]П·Н·尼可拉耶夫，張之一.裂隙統(tǒng)計分析和重建構(gòu)造應(yīng)力場的方法[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1980，03，54-62.

[4]徐開禮，朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1984.

作者簡介：李亞偉（1982-），男，湖北省荊州人，供職于核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，工程師，博士，研究方向為高放廢物地質(zhì)處置。

圖2（d）中NE與NNE走向的無充填節(jié)理②、③同時切斷了NWW走向的偉晶巖巖脈①，并且在NE與NNE走向節(jié)理形成的銳夾角區(qū)的南側(cè)區(qū)域內(nèi)，被切割的脈體具有向銳夾角尖端運動的趨勢，巖脈沿節(jié)理②呈右行錯列，沿節(jié)理③呈左行錯列，上述特征反映了巖脈充填的NWW向的節(jié)理的形成要早于②、③兩組節(jié)理的形成時間，而②、③兩組節(jié)理交叉出現(xiàn)具有共軛節(jié)理的運動學(xué)特征，應(yīng)該為同一期次的節(jié)理。

由此可以判定，測區(qū)內(nèi)NW與NE向陡傾節(jié)理體系分屬不同期次構(gòu)造作用的產(chǎn)物，其中向NW構(gòu)造體系主要為構(gòu)造作用早期的產(chǎn)物，而NE向構(gòu)造體系的形成明顯晚于NW向構(gòu)造的形成時間。

3.1.2 節(jié)理的限制

與節(jié)理的交切不同，節(jié)理之間的限制作用主要表現(xiàn)為晚期節(jié)理的發(fā)育局限在早期節(jié)理之間，往往是延伸至另一組節(jié)理前突然中止，而且在被切割節(jié)理的另一側(cè)找不到對應(yīng)的錯位點。如圖3所示，NE向的陡傾節(jié)理限制了NW向緩傾節(jié)理發(fā)育，盡管表觀上是NE向節(jié)理切斷了NW向節(jié)理，但緩傾節(jié)理基本上局限在NE向節(jié)理之間，任一條NE向節(jié)理兩側(cè)的“錯位”緩傾節(jié)理都無法進行對應(yīng)。NE向陡傾節(jié)理對NW向緩傾節(jié)理的限制表明，NW向緩傾節(jié)理的形成晚于NE向陡傾節(jié)理的形成時間。

圖3 NE向陡傾節(jié)理對NW向緩傾節(jié)理的限制作用

綜合以上節(jié)理的交切、限制關(guān)系，可以判定，研究區(qū)內(nèi)NW與NE向構(gòu)造體系分屬不同的時代構(gòu)造作用的產(chǎn)物。從形成的先后次序來看，其中NW向構(gòu)造體系中的中陡傾節(jié)理主要為構(gòu)造作用早期的產(chǎn)物， NE向構(gòu)造體系的形成明顯晚于NW向構(gòu)造的形成時間，而NW向構(gòu)造體系中的緩傾節(jié)理則為更晚時期的產(chǎn)物。

3.2 構(gòu)造節(jié)理的配套

圖2（d）中NE走向系列的節(jié)理②、③表現(xiàn)出的共軛特征，表明它們是在統(tǒng)一應(yīng)力場作用下形成的同期節(jié)理體系，其中節(jié)理②的極點位于赤平投影大圓面的SE域，落入了測區(qū)節(jié)理分組中的第4組節(jié)理的分布區(qū)域內(nèi)，而節(jié)理③則落入赤平投影大圓NW域的第2組節(jié)理范圍內(nèi)，因此可以認為研究區(qū)節(jié)理分組中的2、4兩組節(jié)理基本上屬于共軛節(jié)理。而NW向節(jié)理體系中，節(jié)理組①、②往往成對出現(xiàn)，彼此交切但錯位不明顯，但切錯的兩組節(jié)理中先后次序不固定，表明NW與NWW走向的節(jié)理組很可能是一組共軛節(jié)理。與節(jié)理分布圖相對照（如圖4），圖2（a）（b）（c）中NW走向節(jié)理落入投影網(wǎng)的SW域的范圍內(nèi)（研究區(qū)第1組節(jié)理），而NWW走向節(jié)理則落入SW域或NW域范圍內(nèi)（研究區(qū)第3組節(jié)理），因此，節(jié)理分組的1、3兩組為另一對共軛節(jié)理。

圖4 節(jié)理分期配套產(chǎn)狀投影與節(jié)理分組的對應(yīng)關(guān)系（上半球）

4 構(gòu)造應(yīng)力場的演變

節(jié)理分期配套確定的NW與NE向中陡傾節(jié)理體系自身均為共軛節(jié)理組合，兩組共軛節(jié)理系均表現(xiàn)出銳夾角偏小的特點。共軛節(jié)理作為統(tǒng)一應(yīng)力場作用下的構(gòu)造產(chǎn)物，與主應(yīng)力之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系。一般來講，主應(yīng)力中的σ1對應(yīng)于共軛節(jié)理的銳角平分線，而最小主應(yīng)力σ3對應(yīng)于共軛節(jié)理的鈍角平分線，中間應(yīng)力σ2則對應(yīng)于共軛節(jié)理的交線。按主應(yīng)力的空間方位組合，一般有正斷型、逆斷型和走滑型三種應(yīng)力狀態(tài)類型，各種類型的主應(yīng)力方位如圖5所示。測區(qū)內(nèi)節(jié)理分期配套確定的共軛節(jié)理的赤平投影分析表明，NW向中陡傾節(jié)理形成于NW向的構(gòu)造擠壓應(yīng)力環(huán)境，而NE向中陡傾節(jié)理體則形成于NE向構(gòu)造擠壓應(yīng)力環(huán)境。但主應(yīng)力狀態(tài)分析表明，NE與NW向節(jié)理的最大主應(yīng)力σ1的方位均在鉛直方向，真正起平面擠壓作用的應(yīng)該是最小主應(yīng)力σ3，因此NW與NE節(jié)理系均形成于為正斷型應(yīng)力環(huán)境當中（圖6）。

（a）正斷層型；（b）逆斷層型；（c）平移斷層型

圖5 共軛節(jié)理與主應(yīng)力方位關(guān)系的立體圖和赤平投影圖

圖6 不同期次節(jié)理的主應(yīng)力方位解析

從區(qū)域構(gòu)造背景來看，北山地區(qū)晚古生代末期已進入板內(nèi)構(gòu)造時期，為二疊系花崗巖系裂谷作用下巖漿侵位的產(chǎn)物，由于下部地幔隆起作用，顯示出地殼熔體和造山晚期花崗巖的特點[11]。這與本次節(jié)理分期配套確定的早期NW向共軛節(jié)理系的主應(yīng)力狀態(tài)相吻合，說明花崗巖侵位以后較長時間內(nèi)，仍然保持并延續(xù)了這種裂谷型或正斷型應(yīng)力作用環(huán)境，因此形成了最大主應(yīng)力近于垂直、最小主應(yīng)力呈NE向水平擠壓作用下的NW向陡傾節(jié)理體系。其后，板內(nèi)作用發(fā)生消長調(diào)整，最小主應(yīng)力由NE向偏轉(zhuǎn)向NW向，形成了最大主應(yīng)力近于垂直、最小主應(yīng)力呈NW向水平擠壓作用下的NE向陡傾節(jié)理體系，因此NE向陡傾節(jié)理系多切錯早期的NW向陡傾節(jié)理組。

NE向陡傾節(jié)理形成之后，板內(nèi)構(gòu)造作用再次調(diào)整，主應(yīng)力狀態(tài)由正斷型向走滑型轉(zhuǎn)換，最大主壓應(yīng)力呈NE-SW向，最小主應(yīng)力呈NW-SE向，顯示了中生代以來裂谷作用下巖漿侵位的隆升趨勢已基本上消失，NE向水平擠壓成為本區(qū)最主要的應(yīng)力作用方式，并由水平擠壓初期的走滑型應(yīng)力環(huán)境很快過渡到逆斷型應(yīng)力環(huán)境，而NE向的擠壓作用則一直持續(xù)至今。

5 結(jié)束語

綜上所述，初步推斷研究區(qū)內(nèi)節(jié)理的形成演化及構(gòu)造應(yīng)力場變化主要經(jīng)歷了以下三個階段：（1）NW向中、陡傾節(jié)理體系形成階段：中生代以來，本區(qū)繼承了二疊紀花崗巖侵位的裂谷型應(yīng)力環(huán)境，在最大主應(yīng)力垂直、最小主應(yīng)力水平且呈NE-SW向擠壓作用下，形成NW向中、陡傾節(jié)理體系；（2）NE向中、陡傾節(jié)理體系形成階段：板內(nèi)作用調(diào)整導(dǎo)致最小主應(yīng)力由NE轉(zhuǎn)向NW，形成最大主應(yīng)力垂直、最小主應(yīng)力呈NW-SE向擠壓作用下，形成NW向中、陡傾節(jié)理體系。該階段與第①階段的應(yīng)力狀態(tài)總體處于張性裂谷環(huán)境的貫性活動持續(xù)階段，因此也是大量巖脈的產(chǎn)出階段。（3）NW向中緩傾節(jié)理體系形成階段：巖漿侵位的慣性作用消失，應(yīng)力環(huán)境轉(zhuǎn)化為NE-SW向的水平擠壓，并由水平擠壓初期的走滑型應(yīng)力環(huán)境很快過渡到逆斷型應(yīng)力環(huán)境，形成了NW向的中緩傾節(jié)理體系。

參考文獻

[1]王駒，蘇銳，陳偉明，等.中國高放廢物深地質(zhì)處置[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25（4）：649-658.

[2]王駒，陳偉明，蘇銳，等.高放廢物地質(zhì)處置及其若干關(guān)鍵科學(xué)問題[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，25（4）：801-812.

[3]П·Н·尼可拉耶夫，張之一.裂隙統(tǒng)計分析和重建構(gòu)造應(yīng)力場的方法[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1980，03，54-62.

[4]徐開禮，朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1984.

作者簡介：李亞偉（1982-），男，湖北省荊州人，供職于核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，工程師，博士，研究方向為高放廢物地質(zhì)處置。

圖2（d）中NE與NNE走向的無充填節(jié)理②、③同時切斷了NWW走向的偉晶巖巖脈①，并且在NE與NNE走向節(jié)理形成的銳夾角區(qū)的南側(cè)區(qū)域內(nèi)，被切割的脈體具有向銳夾角尖端運動的趨勢，巖脈沿節(jié)理②呈右行錯列，沿節(jié)理③呈左行錯列，上述特征反映了巖脈充填的NWW向的節(jié)理的形成要早于②、③兩組節(jié)理的形成時間，而②、③兩組節(jié)理交叉出現(xiàn)具有共軛節(jié)理的運動學(xué)特征，應(yīng)該為同一期次的節(jié)理。

由此可以判定，測區(qū)內(nèi)NW與NE向陡傾節(jié)理體系分屬不同期次構(gòu)造作用的產(chǎn)物，其中向NW構(gòu)造體系主要為構(gòu)造作用早期的產(chǎn)物，而NE向構(gòu)造體系的形成明顯晚于NW向構(gòu)造的形成時間。

3.1.2 節(jié)理的限制

與節(jié)理的交切不同，節(jié)理之間的限制作用主要表現(xiàn)為晚期節(jié)理的發(fā)育局限在早期節(jié)理之間，往往是延伸至另一組節(jié)理前突然中止，而且在被切割節(jié)理的另一側(cè)找不到對應(yīng)的錯位點。如圖3所示，NE向的陡傾節(jié)理限制了NW向緩傾節(jié)理發(fā)育，盡管表觀上是NE向節(jié)理切斷了NW向節(jié)理，但緩傾節(jié)理基本上局限在NE向節(jié)理之間，任一條NE向節(jié)理兩側(cè)的“錯位”緩傾節(jié)理都無法進行對應(yīng)。NE向陡傾節(jié)理對NW向緩傾節(jié)理的限制表明，NW向緩傾節(jié)理的形成晚于NE向陡傾節(jié)理的形成時間。

圖3 NE向陡傾節(jié)理對NW向緩傾節(jié)理的限制作用

綜合以上節(jié)理的交切、限制關(guān)系，可以判定，研究區(qū)內(nèi)NW與NE向構(gòu)造體系分屬不同的時代構(gòu)造作用的產(chǎn)物。從形成的先后次序來看，其中NW向構(gòu)造體系中的中陡傾節(jié)理主要為構(gòu)造作用早期的產(chǎn)物， NE向構(gòu)造體系的形成明顯晚于NW向構(gòu)造的形成時間，而NW向構(gòu)造體系中的緩傾節(jié)理則為更晚時期的產(chǎn)物。

3.2 構(gòu)造節(jié)理的配套

圖2（d）中NE走向系列的節(jié)理②、③表現(xiàn)出的共軛特征，表明它們是在統(tǒng)一應(yīng)力場作用下形成的同期節(jié)理體系，其中節(jié)理②的極點位于赤平投影大圓面的SE域，落入了測區(qū)節(jié)理分組中的第4組節(jié)理的分布區(qū)域內(nèi)，而節(jié)理③則落入赤平投影大圓NW域的第2組節(jié)理范圍內(nèi)，因此可以認為研究區(qū)節(jié)理分組中的2、4兩組節(jié)理基本上屬于共軛節(jié)理。而NW向節(jié)理體系中，節(jié)理組①、②往往成對出現(xiàn)，彼此交切但錯位不明顯，但切錯的兩組節(jié)理中先后次序不固定，表明NW與NWW走向的節(jié)理組很可能是一組共軛節(jié)理。與節(jié)理分布圖相對照（如圖4），圖2（a）（b）（c）中NW走向節(jié)理落入投影網(wǎng)的SW域的范圍內(nèi)（研究區(qū)第1組節(jié)理），而NWW走向節(jié)理則落入SW域或NW域范圍內(nèi)（研究區(qū)第3組節(jié)理），因此，節(jié)理分組的1、3兩組為另一對共軛節(jié)理。

圖4 節(jié)理分期配套產(chǎn)狀投影與節(jié)理分組的對應(yīng)關(guān)系（上半球）

4 構(gòu)造應(yīng)力場的演變

節(jié)理分期配套確定的NW與NE向中陡傾節(jié)理體系自身均為共軛節(jié)理組合，兩組共軛節(jié)理系均表現(xiàn)出銳夾角偏小的特點。共軛節(jié)理作為統(tǒng)一應(yīng)力場作用下的構(gòu)造產(chǎn)物，與主應(yīng)力之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系。一般來講，主應(yīng)力中的σ1對應(yīng)于共軛節(jié)理的銳角平分線，而最小主應(yīng)力σ3對應(yīng)于共軛節(jié)理的鈍角平分線，中間應(yīng)力σ2則對應(yīng)于共軛節(jié)理的交線。按主應(yīng)力的空間方位組合，一般有正斷型、逆斷型和走滑型三種應(yīng)力狀態(tài)類型，各種類型的主應(yīng)力方位如圖5所示。測區(qū)內(nèi)節(jié)理分期配套確定的共軛節(jié)理的赤平投影分析表明，NW向中陡傾節(jié)理形成于NW向的構(gòu)造擠壓應(yīng)力環(huán)境，而NE向中陡傾節(jié)理體則形成于NE向構(gòu)造擠壓應(yīng)力環(huán)境。但主應(yīng)力狀態(tài)分析表明，NE與NW向節(jié)理的最大主應(yīng)力σ1的方位均在鉛直方向，真正起平面擠壓作用的應(yīng)該是最小主應(yīng)力σ3，因此NW與NE節(jié)理系均形成于為正斷型應(yīng)力環(huán)境當中（圖6）。

（a）正斷層型；（b）逆斷層型；（c）平移斷層型

圖5 共軛節(jié)理與主應(yīng)力方位關(guān)系的立體圖和赤平投影圖

圖6 不同期次節(jié)理的主應(yīng)力方位解析

從區(qū)域構(gòu)造背景來看，北山地區(qū)晚古生代末期已進入板內(nèi)構(gòu)造時期，為二疊系花崗巖系裂谷作用下巖漿侵位的產(chǎn)物，由于下部地幔隆起作用，顯示出地殼熔體和造山晚期花崗巖的特點[11]。這與本次節(jié)理分期配套確定的早期NW向共軛節(jié)理系的主應(yīng)力狀態(tài)相吻合，說明花崗巖侵位以后較長時間內(nèi)，仍然保持并延續(xù)了這種裂谷型或正斷型應(yīng)力作用環(huán)境，因此形成了最大主應(yīng)力近于垂直、最小主應(yīng)力呈NE向水平擠壓作用下的NW向陡傾節(jié)理體系。其后，板內(nèi)作用發(fā)生消長調(diào)整，最小主應(yīng)力由NE向偏轉(zhuǎn)向NW向，形成了最大主應(yīng)力近于垂直、最小主應(yīng)力呈NW向水平擠壓作用下的NE向陡傾節(jié)理體系，因此NE向陡傾節(jié)理系多切錯早期的NW向陡傾節(jié)理組。

NE向陡傾節(jié)理形成之后，板內(nèi)構(gòu)造作用再次調(diào)整，主應(yīng)力狀態(tài)由正斷型向走滑型轉(zhuǎn)換，最大主壓應(yīng)力呈NE-SW向，最小主應(yīng)力呈NW-SE向，顯示了中生代以來裂谷作用下巖漿侵位的隆升趨勢已基本上消失，NE向水平擠壓成為本區(qū)最主要的應(yīng)力作用方式，并由水平擠壓初期的走滑型應(yīng)力環(huán)境很快過渡到逆斷型應(yīng)力環(huán)境，而NE向的擠壓作用則一直持續(xù)至今。

5 結(jié)束語

綜上所述，初步推斷研究區(qū)內(nèi)節(jié)理的形成演化及構(gòu)造應(yīng)力場變化主要經(jīng)歷了以下三個階段：（1）NW向中、陡傾節(jié)理體系形成階段：中生代以來，本區(qū)繼承了二疊紀花崗巖侵位的裂谷型應(yīng)力環(huán)境，在最大主應(yīng)力垂直、最小主應(yīng)力水平且呈NE-SW向擠壓作用下，形成NW向中、陡傾節(jié)理體系；（2）NE向中、陡傾節(jié)理體系形成階段：板內(nèi)作用調(diào)整導(dǎo)致最小主應(yīng)力由NE轉(zhuǎn)向NW，形成最大主應(yīng)力垂直、最小主應(yīng)力呈NW-SE向擠壓作用下，形成NW向中、陡傾節(jié)理體系。該階段與第①階段的應(yīng)力狀態(tài)總體處于張性裂谷環(huán)境的貫性活動持續(xù)階段，因此也是大量巖脈的產(chǎn)出階段。（3）NW向中緩傾節(jié)理體系形成階段：巖漿侵位的慣性作用消失，應(yīng)力環(huán)境轉(zhuǎn)化為NE-SW向的水平擠壓，并由水平擠壓初期的走滑型應(yīng)力環(huán)境很快過渡到逆斷型應(yīng)力環(huán)境，形成了NW向的中緩傾節(jié)理體系。

參考文獻

[1]王駒，蘇銳，陳偉明，等.中國高放廢物深地質(zhì)處置[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25（4）：649-658.

[2]王駒，陳偉明，蘇銳，等.高放廢物地質(zhì)處置及其若干關(guān)鍵科學(xué)問題[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，25（4）：801-812.

[3]П·Н·尼可拉耶夫，張之一.裂隙統(tǒng)計分析和重建構(gòu)造應(yīng)力場的方法[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，1980，03，54-62.

[4]徐開禮，朱志澄.構(gòu)造地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1984.

作者簡介：李亞偉（1982-），男，湖北省荊州人，供職于核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，工程師，博士，研究方向為高放廢物地質(zhì)處置。