西秦岭北缘漳县地区上新统砾岩构造节理特征及构造应力场分析

陆宏宇，郭进京，吉 夏，王凯旋，张 琛，赵海涛，刘重庆

（天津城建大学 地质与测绘学院，天津 300384）

构造节理是脆性上地壳岩石最普遍的构造形迹，是特定区域构造应力场作用下形成的构造破裂，常常以两组共轭形式出现.特定时代岩石地层体中构造节理几何组合形式和运动学分析是区域构造变形期次划分及其构造应力场反演的主要途径之一[1].西秦岭北缘构造带是青藏高原东北缘重要的构造边界之一，也是重要的地震活动断层带之一[2-4].西秦岭北缘漳县地区不仅近东西向区域性断层发育，而且分布有不同时代的中—新生代陆相红层地层，这些红层地层中不同性质、不同方位的多期构造节理或小型断层非常发育，这为研究该区域构造变形历史和构造应力场特征及演变提供了良好条件.本文以角度不整合在渐新统—中新统含盐红层地层之上的上新统韩家沟砾岩中构造节理为主要研究对象，通过对其中发育的构造节理观测和统计分析，揭示了其两期不同的构造变形及构造应力场作用过程，为认识西秦岭北缘上新世以来构造演变过程和探讨印度—欧亚板块碰撞汇聚的远程构造响应提供了新的科学依据.

1 区域地质背景

西秦岭北缘构造带漳县段，主要由一系列近东西向断层和由断层所夹持的不同时代的地层块体所组成的构造带（见图1）.出露地层包括下古生界李子园群、泥盆系、石炭系和二叠系等造山带地层和白垩系、渐新统—中新统和上新统等陆相红层地层[5].其中渐新统—中新统含盐红层地层角度不整合在下伏造山带老地层之上，而上新统韩家沟砾岩则以近水平或缓倾斜角度不整合覆盖在下伏渐新统—中新统含盐红层盆地之上（见图1）.上新统砾岩主要由岩性单调的巨厚层—厚层的巨砾—中砾砾岩组成，特征性的丹霞地貌与周围的其它时代地层的地貌相区分，总厚度360余米.下部砾岩以棱角状、次棱角状、分选差的洪积砾岩为特征；中部砾岩砾石磨圆度有所提高，中砾和细砾含量有所增加；上部则以含有磨圆度较高的巨砾的中砾-细砾砾岩和砂砾岩为特征[6].砾岩内部沟壑或大陡壁面的方向主要为近南北向、北东向、北西向和东西向，其中南北向和北东向最为显著，这与其中发育的小型断层或构造节理面相吻合.

图1 西秦岭北缘漳县地区地质概况

2 上新统韩家沟砾岩构造节理统计分析

漳县地区上新统韩家沟砾岩的层理面多呈近水平或缓倾斜，总体向南东或北西倾，但倾角较小，一般不超过20°.砾岩层中构造节理发育良好，通过对这套砾岩中构造节理观测和统计，获取了20组构造节理数据（见表1）.结果表明，砾岩中走向主要发育四个方向的构造节理，即南北向、近东西向（282°）、北东向（42°）和北西向（330°），如图2所示.其中南北向和近东西向节理近直立，倾角在75°～85°之间，而北东向和北西向节理倾角相对较缓，在55°～65°之间.通过对节理面上擦痕线理、阶步和砾石错断等运动学标志观测，发现南北向节理呈右旋，而近东西向则呈左旋，具有共轭节理组合特征；北东向节理呈左旋，而北西向呈右旋，构成第二组共轭节理组合.第一组南北向和近东西向共轭节理，特别是南北向节理控制了砾岩层中最为发育的南北向沟谷，而北东向和北西向则控制了砾岩层中次级沟谷.南北向节理明显截切了北东向和北西向节理.因此，北东向和北西向共轭节理为第一期变形，而南北向和近东西向共轭节理为第二期变形.

表1 韩家沟砾岩共轭节理和构造应力分析数据

图2 上新统韩家沟砾岩节理走向玫瑰花图

3 上新统韩家沟砾岩变形的构造应力场分析

利用共轭构造节理反演构造应力场是构造应力场分析的有效方法[7-12].最经典的理论依据为安德森模式，即岩石在三轴构造应力作用下形成的X型共轭节理.其最大主压应力σ1方向总是与共轭节理锐夹角等分线一致，中间主压应力σ2方向平行于共轭节理交线，而最小主压应力σ3方向与共轭节理钝夹角等分线一致[13].但野外实际观测中发现有些共轭破裂的剪切滑动方向所指示主压应力σ1并不与共轭破裂的锐夹角等分线一致，相反却与钝夹角等分线一致[14].因此，不应简单地把X型剪节理的锐夹角等分线方向作为主压应力σ1方向，而应仔细分析共轭剪节理的互相错切的关系和相对位移方向，判断压缩区与伸张区，以确定主应力方向，即最大与最小主应力轴分别位于压缩区与伸张区的等分角线上[1].另外，野外实际研究中多期构造变形形成多组共轭节理也给节理分期配套和利用构造共轭节理反演构造应力场造成了很大的困难.因此，正确、合理地识别、分期、配套相同期次的具有指向意义的共轭剪节理直接关系着古构造应力场的反演正确与否[15].但具体到本文研究的上新统韩家沟砾岩，由于地层基本水平，仅发育两套共轭节理，并且不同方向节理剪切滑动方向清楚.根据滑动方向确定的主压应力方向都与共轭节理锐夹角等分线一致，所以本研究用吴氏网投影技术[16]，对每个观测点节理数据进行了处理，获得共轭角和三个主应力方向（见表1及图3-4）.结果表明：韩家沟砾岩发育的两套共轭节理指示其两期构造变形，第一期变形的最大主应力方向近SN向，最小主应力方向近东西向；第二期变形的最大主应力方向为N 33°E，最小主应力方向为N 55°W；两期变形的中间主压应力都显示出陡倾伏或近直立，有可能指示了这两期变形都具有区域挤压走滑应力场的特征.

图3 上新统韩家沟砾岩典型共轭节理极射赤平投影及主应力分析

图4 上新统韩家沟砾岩主压应力极点

4 结论

西秦岭北缘漳县地区上新统砾岩发育有南北向、近东西向、北东向、北西向四组构造节理.其中北东向和北西向两组构成第一期共轭节理，指示了近南北向挤压构造应力作用.而南北向和近东西向两组节理构成第二套共轭节理则指示了北北东向挤压构造应力作用.从第一期到第二期构造变形，构造应力场主压应力方向有一个约33°顺时针旋转，这可能指示了上新世以来西秦岭地块曾经发生了顺时针旋转而导致主压应力方向的偏转.