Question

古构造应力场的研究

Answer 1

古构造应力场的研究主要包括两个方面:其一是主应力轴方位的测定;其二是古应力值的测定。下面介绍主应力轴空间方位的测定。

(一)利用褶皱和断层进行测定

在宏观上，褶皱、褶皱带、逆断层、逆断层带均能反映与它们的走向相垂直的水平挤压应力的存在，即在此方向上有最大主应力。正断层在平面上与最小主应力垂直，走滑断层在平面上与主应力斜交。但是，同一褶皱不同部位的应力状态与主应力轴并不相同;同一褶皱或断层可能是多期构造应力场的产物，而各期构造应力场的主应力方向可能不同。有的构造应力能够形成褶皱或断层，而有的则不能。纯粹的正断层、逆断层、走滑断层是少见的，一条断层常具有多种性质。岩体在变形的不同阶段可派生出不同的局部构造应力场，而这些局部构造应力场与区域性构造应力场常不相同。因此，利用褶皱和断层测定主应力轴方向是粗糙的。

(二)利用共轭剪节理进行测定

两组共轭剪节理面的交线平行于中间主应力轴σ₂，最大主应力σ₁和最小主应力σ₃平分两组共轭剪节理的夹角。共轭剪节理在自然界数量大、分布广，利用足够数量的剪节理测量点上所获得的三个主应力轴方位，就能反推出主应力轴空间方位的变化。

利用共轭剪节理确定主应力轴的研究工作应遵循以下三方面的原则:

(1)在野外工作时，应注意研究并鉴别节理的性质、旋向和是否有共轭关系，以确定σ₁的方位，而不是在室内资料整理时主观决定。其原因有两方面:一是因为呈共轭关系的两组剪节理的σ₁并非总是按库仑－莫尔准则位于小于90°的剪裂角象限中。确定σ₁方位的可靠依据只能是节理性质、剪切动向及其相互关系，这些特征必须通过野外实地观测才能得到。二是某一地区可能有不同时期、不同方式和方向的构造应力场形成的共轭节理系叠加在一起。此外，由于节理发育往往具有一定程度的等间距性，共轭的两组节理只能在一些特定的位置才能同时出现。因此，若有两套或更多套共轭节理同时分布在一个区域内，在选点测量时一定要分清不同的共轭组合关系。

(2)必须正确区分区域构造应力场所形成的共轭节理系和局部构造应力场所形成的共轭节理系。这样才能既掌握全局的构造应力状态，又掌握局部构造所反映的局部应力场的变化;从而清晰地建立不同级别的构造及其相互间成因联系的整体概念，才不致陷于混乱之中。

(3)必须把不同时期构造应力场所形成的节理区别开来。不同地质时期构造应力场的主应力轴方位可以发生变化，所产生的共轭节理系也就不同。因此只有利用各种方法和标志来确定共轭节理的形成时代，方能追溯构造应力场的演变历史。现将共轭节理形成时代的判断方法简述如下:

◎根据两套共轭节理系之间的切割关系判断它们的相对时代的早晚。被切割者形成早于切割者。

◎利用早期或晚期平面共轭节理判断它们的形成时代。将倾斜岩层在赤平投影网上转平后，节理产状也会发生相应变化。据此，可以区分早期平面共轭节理与晚期平面共轭节理。早期平面共轭节理反映的是沉积岩层堆积以后，岩层呈水平或准水平状态，直到岩层受褶皱或断层掀斜之前的地质时代中构造应力场的作用;晚期平面共轭节理则为岩层受褶皱或断层而被掀斜之后的应力场作用的产物。结合区域角度不整合及构造运动的资料，可以把形成这两种节理的地质年代确定在较小的时间范围内。

◎利用“地层过滤法”确定节理形成的年代。较早时代的应力场所产生的节理不会在较新时代的地层中出现;较新时期的应力场所产生的共轭节理系却有可能在较老的地层中出现。比较新老地层中的节理系，老地层所特有的节理是新地层形成前的产物，新老地层所共同具有的节理则是新地层堆积以后的产物。这种鉴别方法形象地称为“地层过滤法”。

◎根据充填在共轭节理中岩脉的年龄确定节理的形成时代。填充有岩脉的共轭节理，其形成时间必然比岩脉的年龄老，至少两者是同一时期形成的;切过岩脉的共轭节理，其形成年代必然比岩脉新。当火成岩脉年龄确定时，被岩脉填充的和切过岩脉的节理的相对形成时间也就可以确定。

在上述各方面研究的基础上，进行大量节理产状的测量和统计，以便从统计的共轭节理产状中求得σ₁、σ₁、σ₃的方位，尽量使所获得的数据保持正确，避免人为的或其他因素影响。

(三)利用构造缝合线进行测定

缝合线是碳酸盐岩层中常发育的一种构造。缝合线实际是缝合面，是一种有强烈起伏的由正锥和倒锥组合起来的面。锥轴的高从不到1mm至十几厘米，在横剖面上呈锯齿状(图3－31)。缝合面是压溶作用的产物。由于岩石中原始边界形状的某些不平整，压应力会在一些点上集中，在压应力集中处，碳酸盐矿物的溶解度增大，岩石柱溶解流失，由面形成缝合面。其锥轴的方向就是σ₁的方向。

图3－31 缝合线剖面

缝合线可以分为垂直缝合线和水平缝合线。垂直缝合线的锥轴与层面垂直，缝合面与层面平行。形成垂直缝合线的压力来自上覆岩层的重载荷或升降运动造成的压力。因此，只是一部分垂直缝合线是成岩期生成的，另一部分垂直缝合线是构造成因的。水平缝合线的锥轴水平或倾斜，缝合面与层面垂直或斜交。形成水平缝合线的压力是由构造应力造成的，所以它显然是构造成因的。因此，水平缝合线和构造成因的垂直缝合线统称为构造缝合线。