田東棋盤灘節(jié)理構(gòu)造初探

◎ 姚杜琳，黎 新，劉干榮

田東棋盤灘位于田東縣城北西約40 千米的那拔鎮(zhèn)福星村靈岐河河灘上，因巖石被2 組近于垂直的節(jié)理分割成方塊狀，形似棋盤而得名，是廣西著名的風(fēng)景區(qū)和地質(zhì)遺跡保護(hù)區(qū)，目前已被開發(fā)為田東地質(zhì)公園的一個園區(qū)。棋盤灘長140～170 米，寬100～110 米，平面形態(tài)近梯形。研究小組運(yùn)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究方法，對棋盤灘節(jié)理進(jìn)行觀察，通過對節(jié)理的分組、分類、分期、配套等，利用節(jié)理的相關(guān)特性及共軛、次序等關(guān)系，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征，初步探討棋盤灘節(jié)理的形成過程及其與區(qū)域構(gòu)造的關(guān)系。

一、區(qū)域構(gòu)造特征

從大型構(gòu)造尺度上看，田東地區(qū)屬右江再生地槽桂西拗陷，主要發(fā)育石炭紀(jì)—中二疊世臺地相淺海碳酸鹽巖建造，晚二疊世深水硅泥質(zhì)巖建造，以及早中三疊世巨厚的槽型復(fù)理石、類復(fù)理石夾火山巖和碳酸鹽巖建造。印支運(yùn)動期間，受印度板塊俯沖的影響，在地槽回返的同時，該區(qū)主要形成以區(qū)域性線性復(fù)式褶皺為主的北西向構(gòu)造形跡，這是該區(qū)的主體區(qū)域構(gòu)造格架。印支晚期—燕山早期，在太平洋板塊對中國大陸板塊俯沖的影響下，該區(qū)形成北東（東）向（疊加）構(gòu)造形跡，主要是在前期北西向褶皺基礎(chǔ)上發(fā)生近橫向構(gòu)造疊加，表現(xiàn)為北東（東）向橫跨褶皺的發(fā)育和北西向褶皺軸向的偏轉(zhuǎn)。

在中型構(gòu)造尺度上，那拔鎮(zhèn)福星村一帶屬那恒—棋盤灘—那拔北向斜南東段，這是北西向大型復(fù)式褶皺內(nèi)部的一個次級褶皺。向斜核部為中三疊統(tǒng)百逢組下段（T2bf1），翼部依次為下三疊統(tǒng)石炮組（T1s）、上二疊統(tǒng)領(lǐng)好組（P3lh）、中二疊統(tǒng)四大寨組（P2s）。軸向北西300°～310°，向東至那拔北西逐漸偏轉(zhuǎn)為近東西向，乃至北東東向，呈現(xiàn)出中型尺度上的構(gòu)造疊加。向斜橫截面近屜形，轉(zhuǎn)折端較寬緩，巖層近水平，產(chǎn)狀160°～185°∠5°～6°，兩翼稍陡，南西翼產(chǎn)狀25°～32°∠36°～45°，北東翼產(chǎn)狀215°∠38°～55°。

二、節(jié)理的基本特征

棋盤灘位于箱形向斜轉(zhuǎn)折端（見圖1），出露百逢組下段近水平厚層—塊狀砂巖夾泥質(zhì)砂巖。棋盤灘節(jié)理主要有6 組（分別用英文字母作為其代號），基本上見于河灘上近水平的同一層塊狀砂巖中。

圖1 棋盤灘箱形向斜剖面示意圖

（一）北北東向剪節(jié)理（a 組）

北北東向剪節(jié)理是棋盤灘最為發(fā)育、最為醒目并構(gòu)成棋盤格子的節(jié)理之一（見圖2）。其分布均勻，走向22°～30°，近直立，產(chǎn)狀290°～300°∠75°～83°。節(jié)理面較平直，延伸較遠(yuǎn)且穩(wěn)定，長度幾十米至上百米。節(jié)理間距一般為1～1.6 米。節(jié)理末端見尖滅側(cè)現(xiàn)現(xiàn)象，各條節(jié)理之間多為右階斜列（見圖3），少數(shù)見左階斜列，沿節(jié)理具右旋剪切（見圖4）。除具有微量右旋錯動外，該組部分節(jié)理還見較明顯的右旋或左旋位移（以前者為主），錯距在幾厘米至幾十厘米之間，屬微斷層范疇（見圖5），這可能是受后期構(gòu)造變動影響而沿節(jié)理面產(chǎn)生調(diào)整所致。

圖2 被限制在2 條a 組節(jié)理之間且呈右階斜列的c 組節(jié)理圖

圖3 右階斜列的a 組節(jié)理及其間f 組節(jié)理圖

圖4 a 組、d 組共軛剪節(jié)理圖

圖5 沿a 組節(jié)理發(fā)育的右行微斷層圖

（二）北西向剪節(jié)理（b 組）

北西向剪節(jié)理也是棋盤灘上最為發(fā)育構(gòu)成棋盤格子的一組節(jié)理。其走向300°～310°，近直立，節(jié)理面較平直，延伸較長，一般長幾十米，但常為a 組和其他組節(jié)理錯開而呈不連續(xù)狀。節(jié)理間距多在0.6～1.4 米之間，節(jié)理之間偶見右階羽列現(xiàn)象。因證據(jù)不足，節(jié)理剪切旋向不詳。該組節(jié)理還有一個獨(dú)特的現(xiàn)象，即節(jié)理產(chǎn)狀在褶皺內(nèi)部呈現(xiàn)有規(guī)律變化的特征。在巖層近水平的北西向箱形向斜轉(zhuǎn)折端（棋盤灘），節(jié)理走向北西，近直立，而在向斜南西翼和北東翼，節(jié)理呈傾斜狀態(tài)，傾向與層理傾向相反，產(chǎn)狀分別為201°∠53°、40°∠56°。

（三）北北東向剪節(jié)理（c 組）

北北東向剪節(jié)理稀疏散布于棋盤灘中南部，走向10°～15°，較a 組略偏北，近直立，傾向與a組相反，產(chǎn)狀100°～105°∠70°～80°。節(jié)理面平直，規(guī)模不大，長幾米至幾十米，延伸穩(wěn)定，但平面上常被限制在2 條a 組節(jié)理之間，剖面上錯開a 組節(jié)理。節(jié)理間距較大，一般為幾米，局部見小規(guī)模低級別的該組節(jié)理呈稍密集分布。節(jié)理末端見尖滅側(cè)現(xiàn)現(xiàn)象，常呈右階羽列，具左行剪切（見圖6）。

圖6 c 組、e 組節(jié)理的互切關(guān)系圖

（四）北東東向剪節(jié)理（d 組）

北東東向剪節(jié)理走向60°左右，近直立，分布局限，僅見于棋盤灘北東福星村附近，節(jié)理面較平直，長幾米至幾十米，延伸較穩(wěn)定，局部稍密集，節(jié)理間隔幾十厘米，分布不均勻，具左行剪切特征。

（五）北北西向剪節(jié)理（e 組）

北北西向剪節(jié)理走向325°～335°，較b組節(jié)理略偏北，產(chǎn)狀45°～55°∠75°～80°，近直立，分布局限，稀疏散布于棋盤灘南—南東部，節(jié)理面較平直，出露長幾米，間距較大，一般為幾米，局部可見稍呈密集分布的小規(guī)模次級節(jié)理，具右行剪切特征。

（六）北西向張節(jié)理（f 組）

北西向張節(jié)理走向北西，與b 組節(jié)理近于平行，并常與之混生，節(jié)理面不規(guī)則，產(chǎn)狀變化較大，規(guī)模較小，分布不均勻，常被限制于2 條a 組節(jié)理之間（見圖7）。

圖7 右階右行的a 組節(jié)理與f 組節(jié)理關(guān)系圖

三、節(jié)理的分期與配套

研究小組根據(jù)各節(jié)理間的切割、限制等關(guān)系，結(jié)合相關(guān)構(gòu)造，進(jìn)行節(jié)理分期和配套。

（1）b 組北西向剪節(jié)理均為a 組、c 組、d 組、e 組這4 組節(jié)理所切割，為該區(qū)最早期的節(jié)理。

（2）c 組北北東向剪節(jié)理和f 組北西向張節(jié)理均為a 組節(jié)理所限，形成應(yīng)晚于后者。f 組部分節(jié)理的成因與北西向褶皺和a 組節(jié)理密切相關(guān)，推測其形成稍早于c 組節(jié)理。

（3）a 組北北東向剪節(jié)理和d 組北東東向剪節(jié)理（后者較稀少）在棋盤灘北東福星村附近呈X 形交叉，二者互相（微量）切割，具有相反的剪切旋向（前者為右旋，后者為左旋），且相向運(yùn)動的兩象限的頂角發(fā)生鈍化，表明其是同時產(chǎn)生的一對共軛剪節(jié)理，由此可依剪切旋向推導(dǎo)出構(gòu)造應(yīng)力場的應(yīng)力方向，即最大主應(yīng)力σ1 為北東—南西向，最小主應(yīng)力σ3 為北西—南東向，中間主應(yīng)力σ2 近直立。

在棋盤灘南部，c 組北北東向剪節(jié)理與e 組北北西向剪節(jié)理呈X 形相交，二者具互切關(guān)系，剪切旋向相反（c 組為左旋，e 組為右旋），應(yīng)為同時形成、具有統(tǒng)一力學(xué)關(guān)系的一對共軛剪節(jié)理。由剪切旋向反映出的構(gòu)造應(yīng)力場主應(yīng)力方向與前期不同，即σ1 為北北西—南南東向，σ3 為北東東—南西西向，σ2 近直立。

綜上所述，該區(qū)節(jié)理主要分為4 期，并初步配成2 對共軛剪節(jié)理，先后次序?yàn)椋孩賐 組北西向剪節(jié)理；② a 組、d 組共軛剪節(jié)理組合；③部分f 組北西向張節(jié)理；④ c 組、e 組共軛剪節(jié)理組合。

四、初步討論

（1）棋盤灘以a 組北北東向剪節(jié)理和b 組北西向剪節(jié)理最為發(fā)育，二者延伸穩(wěn)定，間隔相近，基本直交，將巖石切成棋盤格子。這些格子排列在近南北方向上較規(guī)整，在近東西方向上有所錯位，這是由于b 組節(jié)理被較新的a 組和其他節(jié)理（或微斷層）錯開。這些錯動有時難見系統(tǒng)的對應(yīng)錯開點(diǎn)，錯位規(guī)律性不易讀出，這可能與a 組、b 組節(jié)理經(jīng)歷過后期較多的構(gòu)造變動而呈現(xiàn)出位移的多次性和復(fù)雜性有關(guān)。

（2）b 組節(jié)理為區(qū)內(nèi)其他各組節(jié)理所切錯，反映了其是該區(qū)形成最早的節(jié)理。鑒于其產(chǎn)狀隨北西向褶皺的彎曲而呈現(xiàn)規(guī)律性變化，可以設(shè)想一個簡單的旋轉(zhuǎn)操作，將褶皺兩翼巖層以樞紐為旋轉(zhuǎn)軸（沿擠壓的反方向）旋轉(zhuǎn)展平，這時兩翼原本傾斜的b 組節(jié)理將變成直立而走向不變，完全與轉(zhuǎn)折端的節(jié)理平行。這種巖層展平后節(jié)理產(chǎn)狀歸于相同的情形，表明b 組節(jié)理形成時巖層仍處于水平狀態(tài)，而此時應(yīng)為北西向褶皺發(fā)生前的印支造山初期。b 組節(jié)理因資料尚欠缺，且未能配套，其成因與區(qū)域構(gòu)造的關(guān)系不詳。目前推測其或是印支初期某次構(gòu)造變形的產(chǎn)物，或是所謂的“萌芽節(jié)理”，這有待于進(jìn)一步研究。

（3）a 組、d 組共軛剪節(jié)理是北西向褶皺內(nèi)部的2 組交叉狀斜節(jié)理，其銳角平分線（代表擠壓或σ1 方向，也是節(jié)理間巖塊的相向運(yùn)動方向）基本垂直褶皺軸面，與褶皺巖層縮短方向基本一致。其共軛關(guān)系反映了存在一個主壓應(yīng)力為北東—南西向的構(gòu)造應(yīng)力場，這個應(yīng)力場與形成印支中期北西向褶皺的應(yīng)力場具有相似的應(yīng)力配置，極可能屬同一構(gòu)造應(yīng)力場或具演化關(guān)系。這些跡象反映了a 組和d 組組合與區(qū)域北西向褶皺之間，不僅在時空上密切相關(guān)，而且在運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)背景上也存在較強(qiáng)的規(guī)律性聯(lián)系，或是在印度板塊對歐亞板塊俯沖的背景下，印支中期北西向主體褶皺發(fā)育過程中或其后期，當(dāng)巖層抬升至較淺層次、發(fā)生脆性變形時形成的小型斷裂構(gòu)造形跡。

（4）c 組、e 組共軛剪節(jié)理組合的形成晚于a 組、d 組組合。由于棋盤灘靠近那拔箱形向斜北西向軸跡向北東東偏轉(zhuǎn)的部位，因此屬疊加褶皺發(fā)生作用的范圍。代表擠壓或σ1 方向的共軛節(jié)理銳角平分線呈北北西—南南東向，也是節(jié)理間巖塊相向運(yùn)動方向，其與北東東向疊加褶皺軸跡基本垂直，與褶皺巖層的縮短方向基本平行。由于c 組、e 組組合剪切旋向推導(dǎo)出的應(yīng)力狀況與形成該區(qū)印支晚期—燕山早期北東東向疊加褶皺的應(yīng)力狀況相似，因此極可能屬同一構(gòu)造應(yīng)力場。這些跡象表明 c 組、e 組組合在時空、成因上與區(qū)域北東東向疊加褶皺有較明顯的規(guī)律性關(guān)聯(lián)，或是在印支晚期—燕山早期，太平洋板塊對中國大陸低角度俯沖的背景下，疊加褶皺后期脆性變形的產(chǎn)物。

（5）a 組節(jié)理由于形成較早，可能會受后續(xù)構(gòu)造變動的影響，部分節(jié)理面出現(xiàn)明顯位移而形成微斷層。這些后期微斷層的位移以右行為主，左行次之。其原因可能是在北西向褶皺晚期或褶皺期后，因北東—南西向擠壓應(yīng)力不均勻?qū)е聨r層產(chǎn)生彎曲，使剛形成不久的a 組節(jié)理通過位移進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，結(jié)果造成不同部位的節(jié)理相對位移幅度參差不齊，出現(xiàn)既有左行，又有右行的位移特征。此外，后期微斷層的左行滑動，也有可能與稍后（印支晚期—燕山早期）發(fā)生的北東東向疊加構(gòu)造有關(guān)，因?yàn)閍 組節(jié)理與c 組節(jié)理方向相近，先產(chǎn)生的a 組節(jié)理勢必受到產(chǎn)生c 組、e 組共軛剪節(jié)理組合的構(gòu)造應(yīng)力場的作用，形成與c 組節(jié)理相同的左行錯動。

（6）f 組北西向張節(jié)理雖非主流，但成因多樣。首先，其作為褶皺轉(zhuǎn)折端縱張裂隙的可能性是存在的，原因是箱形向斜近水平轉(zhuǎn)折端變形較弱，在彎滑褶皺作用中不會產(chǎn)生較強(qiáng)的張應(yīng)力，且先產(chǎn)生的b 組北西向剪節(jié)理會充當(dāng)減壓空間而承擔(dān)縱張裂隙的作用，釋放掉部分張應(yīng)力，使新裂隙不易產(chǎn)生。其次，f 組節(jié)理常限于2 條側(cè)列的a 組節(jié)理之間，其成因在一定程度上可能與剪節(jié)理或微斷層的側(cè)接效應(yīng)派生的張應(yīng)力有關(guān)。在2 條規(guī)模較大并可能有微斷層影響的a 組節(jié)理末段區(qū)域，因具有右階側(cè)列、右行剪切的特征，在其疊合部位存在一定的拉張作用，一旦張應(yīng)力超過巖石抗張強(qiáng)度的極限，可能就會在2 條a 組節(jié)理之間形成與之近于垂直的張裂隙。最后，部分f 組裂隙可能即為后期平行b 組節(jié)理發(fā)育的風(fēng)化裂隙。因此，在f 組節(jié)理與區(qū)域構(gòu)造關(guān)系上，除風(fēng)化成因，無論是作為縱張節(jié)理，還是側(cè)列剪節(jié)理派生的張節(jié)理，其或是褶皺作用的產(chǎn)物，或在成因關(guān)系上與a 組節(jié)理一脈相承，都與區(qū)域北西向褶皺相關(guān)。

（7）構(gòu)成棋盤的a 組和b 組節(jié)理粗看像一對共軛剪節(jié)理或X 交叉節(jié)理，持此觀點(diǎn)者較多。但依上述分析，a 組和b 組節(jié)理為錯開關(guān)系（a 組錯開b 組），不是同時形成，且無法用剪切旋向進(jìn)行匹配，故二者不能進(jìn)行配套，不是統(tǒng)一構(gòu)造應(yīng)力場的產(chǎn)物，不具有共軛關(guān)系。

五、建 議

棋盤灘節(jié)理主要見于北西向箱形向斜轉(zhuǎn)折端，其發(fā)育與印支晚期—燕山早期主要構(gòu)造作用背景相關(guān)。b 組節(jié)理形成于印支早期。a 組、d 組共軛剪節(jié)理和多數(shù)f 組節(jié)理可能與印支中期區(qū)域性北西向褶皺的形成相關(guān)。c 組、e 組共軛剪節(jié)理組合可追溯到印支晚期—燕山早期的區(qū)域性北東向疊加褶皺。成就棋盤灘的主要是a 組和b 組節(jié)理，其數(shù)量眾多，分布均勻，長而穩(wěn)定，間距相當(dāng)，近于直交，構(gòu)成一個形象、壯觀，集科研價值、美學(xué)價值于一體的天然棋盤。

研究棋盤灘節(jié)理不僅有助于構(gòu)造地質(zhì)研究，也有利于地質(zhì)遺跡保護(hù)和地質(zhì)公園建設(shè)。下一步的建議：地質(zhì)公園的開發(fā)建設(shè)與地質(zhì)研究緊密結(jié)合，在分析節(jié)理特性及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，重視節(jié)理與相關(guān)地層、構(gòu)造、地貌等方面的研究，加強(qiáng)節(jié)理與區(qū)域構(gòu)造關(guān)系的探索，為精準(zhǔn)厘定棋盤灘節(jié)理及其他地質(zhì)現(xiàn)象的性質(zhì)，正確闡述地質(zhì)作用過程，探討桂西北地區(qū)印支期—燕山期的構(gòu)造演化打下堅實(shí)基礎(chǔ)。