羌塘盆地构造应力场初步分析.pdf

第 l2卷第 3 期 2 0 0 6年 9月 地 质 力 学 学 报 J O UR N AL O F GE O ME C HA NI C S V0 1 1 2 No 3 S e p 20 0 6 文章编 号：1 0 0 6 6 6 1 6( 2 0 0 6 )0 3 0 3 6 3 - 0 8 羌塘盆地构造应力场初步分析 黄 继钧 ，李亚林 ( 成都理工大学地球科学学院，成都6 1 0 0 5 9 ) 摘 要 ：地处青藏 高原腹地 的羌塘 盆地 构造 以 E W 向褶皱和逆 ( 冲)断层及 N W 向、N E向平移断层为主，偶见 N W 向、N E向褶皱和近 S N 向正 断层。据构造 组合 分析、构造解析研究、数理计算及有限单元法模拟 ，盆地构造变形应力场最大主应 力方位 以近 S N向为主，伴有 N ws E向、N E s w 向和 近 E W 向。表 明 自印支运 动以来长期处于 S N向强 烈挤压 ，伴 随间歇性 ( 或派生)N E S w、N ws E和 近 E W 向挤 压 。 关键词 ：青藏高原；羌塘盆地；构造应力场 中图分类号 ：O 2 4 1 8 2 ，T E l2 1 2 文献标识码 ：A 1 羌塘盆地构造格架 羌塘盆地位于青藏高原腹地羌塘一 昌都地块 中西段 ，其北 以拉竹龙一金沙江缝合带为界 与可可西里一 巴颜喀拉地块毗邻 ；其南 以班公湖一怒江缝合带为界与拉萨地块毗邻。盆地 基底由元古宙变质岩系组成 ，盖层由中泥盆统一第三系构成。盆地内可划分为中部隆起 、羌 南坳陷和羌北坳陷三个一级构造单元。隆起和坳陷内被次一级凸起和凹陷复杂化 。盆地 内 褶皱和断 裂构 造 较发 育。褶皱 以 E W 向为 主，偶 见 N W 向、N E向 和近 s N向；断层 以 N ww近 E W 向逆 ( 冲)断层、N ws E向、N E s W 向平移断层为主及少数 s N向正断层。 羌北坳陷基底具三凸四凹特征，盖层构造具明显 的 E W 向分带性，自北而南可划分为北部边 缘逆冲推覆断褶带 、北部复背斜带 、中部复向斜带 、南部复背斜带 ，南部边缘逆冲推覆断褶 带 。 2 盆地构造应力场特征 地壳上现今构造形迹都是地质历史时期构造运动的产物和历次构造运动 的综合反映，其 本身的几何特征 、力学性质、组合规律反映了形成时的构造应力场 的特征。 2 1 盆地褶皱构造反映的应力场 盆地褶皱按其方向绝大数为 N ww一近 E W 向，偶见 N E向 、N W 向和近 s N向。根据野 收稿 日期 ：2 0 0 5 0 3 2 5 基金项 目：“ 藏北 沱沱河地 区新生代伸展构造特征与长江源水系的形成”项 目 ( 4 0 2 0 2 0 2 2 )资助 。 作者简介 ：黄继钧( 1 9 4 0 ) ，男，教授 ，从事构造变形 、构造应力场及控岩控 矿理论研 究。 维普资讯 3 6 4 地质 力 学 学报 2 0 0 6 外实测两翼产状 叫 Q 。 、叫 ： Q ( 叫为倾 向、Q为倾角) ，利用赤平投影 和公式 求 出 褶曲形成时应力状态。其中 口 。 方向为近 s N向、倾角近水平 ，偶见 N ws E向、N E s w 向 和近 E W 向；O “ 2 近水平 ， 近直立 ( 图 1 ) 。显示运动轴直立，为纵弯褶皱。 根据盆地褶皱两翼岩层面产状及层面上擦痕产状 ( 侧伏向和侧伏角)利用赤平投影求得 褶皱形成时应力状态 ， 。 方向同样近于 s N向、倾角近水平 ( 图 1 ) 。 根据全盆地褶曲反演形成时的应力状 态产状经电算结果 表明， 。 的方位主要为 N N E 一 近 s N向 ，且接近水平 ；d 方向主要为 N ww一近 E W 向 ，基本上也接近水平 ；口 基本直立。 这表明盆地主变形期以 N N E 一近 s N向水平挤压为主。s N向发生收缩应变 ，E W 向伸长 。褶 皱运动轴直立向上，为纵弯褶皱。 2 2 盆地断层反映的应力场 盆地内断层较发育 ，主要为 E W 向逆 ( 冲)断层 ，N W 向、N E向平移断层和少数近 s N 向正断层。断层经历多次活动 。每次活动都将对断层本身的形态特征 、力学性质进行一次改 造 ，并在断裂破碎带及两侧围岩 中留下相应的构造痕迹。 根据野外观测收集到的断层产状 、断裂破碎带的断层角砾、构造透镜体 A B 面产状 、 断层上下盘岩石中派生构造 ( 裂隙、牵引褶曲及断面擦痕)产状用赤平投影求得断层形成时 或重新活动时应力状态 ( 表 1 ) ，表明盆地主要经受过 N N W 向、近 s N向及 N N E向水平挤压 ， 偶有近 E W 向挤压 ( 图 2 ) 。这与由褶皱求得的应力状态一致 。 现场调查盆地断层面上常见两组擦痕 ，工组近于上冲，向南西侧伏，侧伏角 8 O 。 ，反映 口 。 为 1 6 0 o 2 0 。 ，I I 组 向2 8 0 。 方向侧伏，侧伏角 lO 。 ，示上冲反扭 ，反映 口 为 4 O 。 1 2 。 。 工组 被 组掩盖，表明 N Ws E向挤压早于 N E s W 向挤压 。 2 3 盆地节理反映的应力场 盆地坳陷中节理较发育 ，经地层复平后 ，按倾 向和倾角可分为 8组分别用 I、 、 代表 ( 表 2 ) 。并根据切割关 系充填物特征、发育程度 、力学性质及两盘运动特 征，分期 配套为 4组压扭性共轭 “ X ”节理。其成生或重新活动顺序为 一 和 I一 一 一 一 一一 I一 。 根据共轭 “ x ”节理优势产状 Q 。 、叫 ： Q ( 叫为节理倾 向、Q为节理倾角 )用赤 平投影方法和公式 求得主应力方位分别为近 s N向、N Ws E向、N E s W 向和近 E W 向 ( 表2 ) ，盆地坳陷中三叠系肖茶卡组、侏罗系、第三系康托组、唢呐湖组之间为角度不整合 接触 。各构造层组中节理发育情况基本一致 ，表明盆地内不同时代变形时受力状况基本一 致，这进一步说明羌塘盆地主变形期为燕山、喜山期。 3 羌塘盆地主变形期构造应力场反演 3 1 羌塘盆地主变形期边界条件 羌塘盆地主变形期为燕山晚期一喜山中期 。此期间羌塘盆地北 以拉竹龙一金沙江缝合带 与可可西里一巴颜喀拉地块毗邻 ，南以班公湖一怒江缝合带与刚底斯一念青唐古拉地块 ( 拉 萨地块 )毗邻，处于南北刚性地块夹持之下。其内部具隆坳 、和 N E向、N W 向和 E W 向断 层切 割 。 维普资讯 第 3 期 黄继 钧等 ：羌塘盆 地构造应 力场 初步 分析 3 6 5 璐 等 R 避 憔 崭 氍 。 霹 璃 厦州 霹璃 粒 叫 馘州 ” 叫 睬 廿 卿 翎 非 昧 卑 如 裂 l 磊岛写一 o u 专口 【 p I a IJ 皇 口 写 苦 0 g 【 l n 轰 l 0 r暑 I d 释 逍 母 祭屋 捐辣椒 【 豇 维普资讯 3 6 6 地质 力 学 学报 碗 咄 豁 旧 撂 魍 饕 醯 辎 蔷 副 昧 龆 剖 ， 吉 ，笸 士 H 舞 臻 若 蒜 0 嚣 畲g S菩 * 蠹 囊 譬 咄 酱 啦 漕 1 醯 誊 旧 岳 I I H 褥D I I 田 皇 量 口菩 I I 【 p 一 拦 0 鲁 s 1 I r I毋 嘎 昌J 0 u o I 售 l a 维普资讯 第 3期 黄继钧等：羌塘盆地构造应力场初步分析 3 6 7 蛙基 州 甘 求 蛙 收 僻 求 v b 雹 蛰 毡 艇 m 懈 b 需 足 椒 鹭 剐 篓 f 陋 ， 尉 古 厘 弘 椒 倒 l 精 证 篓 1 胬 隐 1 i 司 ； b 删 l 蛩 幅厘 蟊 椒 篓 o l o 莹 9 2I 辎 b 标 厘 椒 n b 篓 l 甄 蛙 帮 I 坠 r 。 幅厘 隐 删椒 嗵 嗵 嗵 喽 嗵 嗵 l 嗵 l 珊 l 嗵 l 雉 豁 豁 豁 豁 豁 豁 嗵 l 搭 豁 豁 l 搭 扈 窟 暑 器 瘩 扈 豁 豁 赴 豁 豁 豁 旺 椒 * 扈 雹 摩 陋 窿 蠼 碟 燕 粗 疆 嚣 醭 足 _ 稆 蔼 璀 觥 * 姑 靼 昌 一 蛊 写 曩一 o 昌 驾 I I1 富昌 茸 嚣 目 基吣 曼 -I _【 怡葵 谢蛊崔 岖罾 蔷 箍璺 蜂帐1【 维普资讯 3 6 8 地质 力 学 学报 表2 羌塘盆地节理反映的应力场 T a b l e 2 S t r e s s s ta t e r e fle ct e d b y j o i n t s o f t h e Q i a n g t a n g b a s in 应力状态 期次 节理配套 1 0“ 2 0 “ 3 Il一 l 1 1 3 。 1 5 。 2 7 5 。 7 5 。 2 0 o 3 。 I 2 一 2 8 0 。 1 5 。 1 0 5 。 6 5 。 1 4 。 3 o l一 l 2 3 5 。 4 0 。 6 2 。 5 O 。 3 2 7 。 5 。 2 一 2 5 6 。 4 o o 2 3 5 o 5 0 3 3 0 。 3 。 l一 1 l2 0 。 1 O 。 2 8 5 。 8 0 。 3 0 。 5 。 2 一 2 2 9 5 。 2 o o 1 2 2 。 7 0 2 5 。 5 。 Il一 l 3 5 8 2 0 。 1 7 7 o 0 8 8 。 2 0 o I 2 I 2 一 2 1 7 9 。 l5 。 5 。 7 5 。 2 6 7 5 。 I 1I 1 一 l l9 。 2 O 。 1 9 0 。 7 0 。 2 8 5 。 3 。 I l 2 一 2 1 9 0 。 2 0 。 8 。 7 0 。 2 舳。 l。 ( 分子代表 主应力方位角、分母 代表 主应力倾角) 由前面构造研究得知 ，羌塘盆地主变形期主要受由南 向北 的主动挤压及北部被动阻挡 ， 整体处于 s N向挤压环境。 3 2 羌塘盆地主变形期最大主应力 ( 口 ， ) 、最大剪应力 ( f 。 )和应变能 ( ) 在计算羌塘盆地主变形期应力场过程中，平面有限元计算外加力 只考虑构造力，即 S N 向挤压力。设主变形期盆地南面边界受力 P=5 0 MP a ，并取砂岩弹性模量 ( 据陶振宇 ，1 9 7 6 ) 为 21 0 MP a ，泊松 比为 0 3 8 ；灰岩弹性模量为 41 0 MP a ，泊松 比为 0 2 6 ；断层岩弹性模 量为 7 1 0 MP a ，泊松 比为 0 3 0 。将断层作为盆地 内部变形边界。求得 ，最大主应力 盯 最 图3 羌塘盆地主变形期 。 等值线 图 F ig 3 C o n t o u r s o f d 1 d u rin g t h e ma i n d e f o r ma t i o n p e rio d i n t h e Q ia n g t a n g b a s in 维普资讯 第 3期 黄继钩等：羌塘盆地构造应力场初步分析 3 6 9 图4 羌塘盆地主变形期 r 等值线图 F i g - 4 C o n f o u m o f r d u rin g t h e ma i n d e f o r m a t i o n p e rio d i n the Qi a n g t a n g b a s in 图5 羌塘盆地主变形期应变能 ( )等值线图 F i g 5 C o n t o u r s o f c u d u r i a n g t h e ma in d e f o r ma t i o n p e n i o d in t h e Qi a n g t a n g B a s in 由图 3可见 ，盆地主变形期最大主应力等值线沿 E W 向呈带状展布，隆起 区主应力值大 于坳陷压 ；坳陷区边缘主应力大于内部。在北羌塘坳陷白滩湖一多格错仁一带 ，甜水河一确 旦错一诺拉岗1 3 一带，雪源湖一黑砂石沟一东湖一带为低值区。南羌塘坳陷毕洛错一雅根香 一 带为低值区，这与前面所讨论的盆地变形改造强度区划相一致。 由图 4可见盆地主变形期最 大剪应力 r 等值线展布较复杂 ，北 羌塘坳陷南北边缘 r 等值线呈 E W 向展布。在坳陷区总体显示为若干菱形低值 区被 N E向和 N W 向狭长线状高值 区分隔，在吐波错 、多色岭 、白滩湖 、东湖、双泉湖一黑砂石沟及温泉等区域为低值区，沿 N W 向和 N E向断裂带 为狭长线状高值带。在南羌塘坳 陷总体近 E W 向展布，总体显示南 高 维普资讯 3 7 0 地质 力 学 学报 北低 ，同样 ，毕洛错一雅根香错一带近 E W 向低值区。 由图 5可见羌塘盆地主变形期应变能等值线总体呈现 E W 向带状分布。盆地南北边界及 内部一级构造单元边界地带应变能较高 。北羌塘坳陷内部主变形期应变能展布比较复杂 ，在 E W 向带状分布的总背景之中，出现多个被狭长线状高等值线带分隔的近菱形的低应变能等 值线分布区域。黑砂石沟 、白滩湖、玉瓶湖等地为最低值区域 ；错尼一吐波错、多色岭 、甜 水河 、劳 日特错一错居 日等地为次低值 区；南羌塘坳陷中部毕洛错一雅根香错一带应变能也 较低 。低应变能地区变形相对弱，环境稳定 ( 安静) ，有利油气储积。 参 考 文 献 1 马宗晋 ，张家声 ，汪一鹏 青藏高原 三维变形运动 学的时段 划分和新构 造分区 J J 地质 学报 ，1 9 9 8 ，7 2( 3 ) 2 1 22 2 7 2 黄继钧 羌塘盆地基底构造特征 J 地质学报 ，2 0 0 1 ，7 5( 3 ) ：3 3 33 3 7 3 黄继 钧，伊海生 ，林金辉 羌塘盆地构造特征及油气远景初步分析 J 地质科学，2 0 0 4 ，3 9( 1 ) ：1 1 0 4 刘肇 昌 地质构造分析中的数学计算 J 地球学报 ，1 9 8 6( 2 ) ：3 74 3 5 黄继钧 纵弯叠加褶地区应力场研究 J 地质科 学，2 0 0 03 5( 2 ) ：1 4 01 5 0 6 黄继钧 广西凤凰山银矿 区构造应力场 、应变场分析 J 地质力学学报 ，2 0 0 1 ，7( 1 ) ：92 2 ANAL YS I S OF TI I E S T RUCT URAL S TRES S F I ELD oF T HE QI A NGT A N G B AS I N H U A N G J i j u n ，L I Y a li n ( D e p a r t m e n t o fG e o l o g y ，C h e n g d u u n i v e r s i t y o fT e ch n o l o g y，C h e n g d u 6 1 0 0 5 9 ) Ab s t r a ct ：E W- t r e n d in g f o ld s a n d r e v e r s e d ( t h r u s t )f a u lt s a n d N Wa n d N E t r e n d in g s t rik e - s lip f a u lt s p r e d o m in a t e in t h e Q i a n g t a n g b a s in in t h e in t e rio r o f t h e Q i n g h a i- T ib e t a n P l a t e a u ，a n d o cca s io n a lly N W a n d NE t r e n d in g f o ld s an d n e a r l y N S t r e n d in g n o r mal f a u lt s my b e f o u n d B a s e d o n t h e s t r u ct u r al co mb in a t i o n a n al y s is ， s t ruct u r al a n al y s is ， ma t h e ma t ica l cal cu la t i o n an d fi n it e e le me n t mo d e lin g， it is