三清山地区古应力测量和分析

1、申请A大学学士学位论文A大学学士学位论文江西三清山地区古应力测量和分析XXX指导教师:DGA专业名称：地质科学学位授予单位和日期:A大学200*年*月海洋地质学院200*年*月*日目录江西三清山地区古应力测量和分析海洋地质XXX指导老师DGA【摘要】古应力重建是研究区域构造演化的一个重要方法。三清山地区位于秦岭造山带的 南缘，先后受到秦岭造山带、龙门山和大巴山等构造的控制。本文根据野外露头，重点研究 三清山地区发育的三大主要断裂带（大河一杨坝一竹坝断裂、正源一水磨一上两一官坝断裂、 牟家坝断裂），对断层面的古应力标记、产状进行详尽的观测，并利用Angelier等提出的古 应力分析方法及相关的配

2、套软件对野外实测数据进行分析，作出古应力图，恢复出该地区的 构造演化。结果显示，本区发育三组不同性质的断裂。在印支-燕山期，本区主要是受到秦 岭巨型推覆构造控制，在南北向挤压应力的作用下，发育了一组顺层滑动的逆断裂；在喜马 拉雅期，由于龙门山推覆构造的影响，区域上受到北西南东向的挤压作用和北东-南西的拉 伸作用而发育有一系列走滑断层;最晚期的正断裂体现出来的拉张作用推测与本区推覆构造 形成后期的滑脱作用有关。【关键词】断裂带野外测量 古应力分析 三清山【Abstract Paleostress reconstruction is an important way to research reg

3、ional tectonic evolution. Micangshan locates at southern part of Qinling orogenic belt, and its tectonic frame is mainly controlled by Qinling orogenic belt, Longmenshan and Dabashan. This paper focus on three faults zones （i.e. Dahe-Yangba-Zhuba fault, Zhengyuan-Shuimo-Shangliang-Guanba fault and M

4、ojiaba fault） in this area. Detailed paleostress measurement was done first in field work. The measured data were then processed and plotted following the paleostress analysis method given by Angelier. The results show that there are three groups of faults in this area. In Indosinian-Yanshan period,

5、 this area is mainly controlled by Qinling giant nappe structure and a group of inverse faults along the strata plane were formed under the SN strike stress. In Himalayan period, under the influence of Longmenshan nappe structure, a group of strike-slip faults was formed in this area. The last group

6、 of faults, which is also the latest, was supposed to be related to the decollement process of the nappe structure in this area.Keywords Fault Zone Field Measurement Paleostress Analysis Sanqingshan目录目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 1引言1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Doc

7、ument 1.1研究的目的和意义11.2研究现状11.3研究思路1 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 2区域地质概况1 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.1地层12.2构造背景12.4地质发展史2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 3古应力恢复的原理和方法2 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.1断层及其分类2 HYPERLINK l bookmark31 o Current Docume

8、nt 3.2断层盘上的标识2 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 4三清山地区古应力测量及分析3 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 4.1野外工作概况和实测数据34.2古应力分析3 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 5三清山地区古应力测量分析所揭示的区域构造意义4 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 6结论和建议46.1结论及认识46.2工作建议4 HYPERLINK l bookmark53 o C

9、urrent Document 致谢4 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 主要参考文献i文字说明1引言1.1研究的目的和意义目前，盆山耦合研究已成热点。盆地与山岭在构造上的密切关系是人们研究盆山耦合的 重要方面，盆地与造山带在构造上的耦合主要表现在构造应力场的同一性与空间上的连续性, 即挤压造山带与前陆盆地耦合，伸展造山带与裂陷盆地耦合，走滑造山带与走滑盆地耦合，而 连锁断层系则为耦合机制的关键。本论文来自于中石化股份有限公司南方勘探开发分公司委托大学承担的科研项目江西 地构造演化及其对油气控制作用研究。作为该项目盆地演化与区域构造和毗邻造山带

10、之间 的耦合关系的重要研究内容之一，拟通过对造山带的古应力重建工作，尤其是造山期后的构 造后活动的分析，来揭示秦岭造山带（西部）中生代以来的应力和构造演化规律。1.2研究现状要促使物体发生变化，必须有什么的作用（力）导致地表形态发生变化的力量主要来自两 个方面，一是内力作用，二是外力作用。内，外力作用对地表形态的影响有的是经过漫长时期缓 慢进行的，有的却是在瞬间完成。1.3研究思路在干旱地区的许多地形的形成如蘑菇石的形成与流水的侵蚀过程相类似大家都感受过 风沙天气，特别是北方地区，这种现象更普遍.在干燥地区，由于近地面的风含沙粒较多,磨蚀力 较强,使岩石形成顶部大,底部小的蘑菇状外形，称为”风

11、蚀蘑菇”.而含有大量沙粒的气流，当风 速减少时沙粒沉积形成沙丘.沙丘可埋没村舍，道路，牧场，带来流沙危害.2区域地质概况2.1地层自从六十年代后期地层压力预测被提出以后，已经发展出许多预测方法，但其中应用最 广泛的方法是Eaton（伊顿）法，其它方法多有区域上的局限性。如法国Elf Aquitaine公 司所发表的压力预测手册即采用Eaton法。美国德州农工大学（Texas A&M university）的 压力预测课程只教授伊顿法。伊顿法在理论上符合物理意义，在应用上切实可行。多年的 经验证实，伊顿法适用于所有沉积地层，它已在世界范围内得到广泛的应用。2.2构造背景地层包括各个不同地质年代所

12、形成的沉积岩、变质岩和岩浆岩。地层形成的历史有先有 后，一般说来，先形成的地层在下，后形成的地层在上，越靠近地层上部的岩层形成的年 代越短。在地层的形成过程中，生物也不停地从低级阶段向高级阶段进化发展。当某一时期 的生物死亡后，就被掩埋在土壤之中，经过地质历史的变迁，它们以化石的形式保留在原来 的地层中。于是，不同时期的地层便有不同的化石相对应，这样，地质学家就可根据化石的 种类、形态来判断地层的新老关系，区分出各种不同地质年代的地层结构。比方说，在今 天的大海里生存着许多海生动物，每种海生动物对生活环境（如温度、光照、水深等）都文字说明有不同的要 求。如果我们今天在远离海洋的太行山某一地层中

13、发现了与现代类同的海生动 物的化石及海洋沉积物，那么可以肯定，在那久远的过去，这里必然是一片汪洋大海，并 可由此推断出当时海洋的一些大致情况。事实也正是如此，我国北宋时代的著名科学家沈 括，在他所著的梦溪笔谈一书中，记述了他当年考察太行山和浙江雁荡山时，都在山地 的崖壁间发现了许多卵石和螺蚌壳化石，从而证明这些地方古时候曾被大海所淹没。2.4地质发展史地质年代名称。显生宙（Phanerozoic Eon）的第一个代，距今约5.7亿年至2.3亿年前，占显 生宙时期的2/3。包括早古生代的寒武纪、奥陶纪、志留纪和晚古生代的泥盆纪、石炭纪、 二叠纪。早古生代是海生无脊椎动物的发展时代，如寒武纪的节肢

14、动物三叶虫、奥陶纪的笔 石和头足类、泥盆纪的珊瑚类和腕足类等。最早的脊椎动物无颚鱼也在奥陶纪出现。植物以 水生菌藻类为主，志留纪末期出现裸蕨植物。在晚古生代，脊椎动物开始在陆地生活。鱼类 在泥盆纪大量繁衍，并向原始两栖类演化。石炭纪和二叠纪时，两栖类和爬行类已占主要地 位。植物也进入依靠抱子繁殖的蕨类大发展时期，石炭纪和二叠纪因有蕨类森林而成为地质 历史上的重要成煤期。古生代的地壳运动和气候变化深刻影响自然环境的发展。早古生代的 地壳运动在欧洲称加里东运动，在美洲称太康运动，在中国又称广西运动。此时古北美、古 欧洲、古亚洲、冈瓦纳古陆及古太平洋、古地中海都已形成。晚古生代地壳运动在欧洲称海 西

15、（华力西）运动，在北美称阿勒盖尼运动，在中国又称天山运动。经过古生代地壳运动， 世界许多巨大的褶皱山系出现，南方的冈瓦纳古陆和北方的劳亚古陆联合在一起，形成泛古 陆（联合古陆）。晚古生代在冈瓦纳古陆发生了大规模的冰川作用，大冰盖分布于古南绪0 以内的今南非、阿根廷等地，该冰川作用期即地质历史上的石炭一二叠纪大冰期。古生代的 地层总称古生界。3古应力恢复的原理和方法3.1断层及其分类对遭受脆性变形（尤其是断裂作用）的岩层进行古构造应力恢复是进行地壳构造变形历 史和动力学研究的重要手段之一.对带有擦痕线理的断层进行大量观测，不仅便于精确描述 断层几何学,而且还可使地球上部脆性地壳的构造模式与应力状

16、态相关联，从而再现构造应 力场在时空上的演化特征.对脆性构造研究中的断层滑动分析与古应力恢复这一方法的研究 历史与现状、原理假设、数学方法以及如何把反演结果与野外地质认识相结合进行构造变 形期次的研究进行了介绍和评述，并指出这种方法不仅有利于认识盆地与造山带在构造应力 场上的同一性，而且有利于从动力学上去探讨盆山之间的关系，在目前盆山耦合的构造研究 中有其自身的优越性。3.2断层盘上的标识首次将广泛分布于北美西部科迪勒拉造山带中一套独特的伸展构造和岩石组合命名和 定义为变质核杂岩.与一般设想相反，该”变质核杂岩”术语并非是指整个造山带的变质核或轴 带，而只是指科迪勒拉造山带东部位于各个山脉中心

17、（或核）内所见的变质岩区.+,-./和 2&3%4!指出,东科迪勒拉造山带，从加拿大到墨西哥西北大约山脉两翼的上盘岩石,通常是 未变质表壳岩层及其基底.虽然最初认为变质核杂岩的成因与伸展作用有关，但其伸展作用的文字说明 性质和几何特征并不清楚,存有很大争议.在自然杂志上发表的盆岭区中的低角正断层 伸展成因的推覆构造一文在概念上突破了对科迪勒拉变质核杂岩的成因认识在该文中，提 出这一类断层是缩短低角逆冲断层的伸展对应构造.这些断层现一般称为拆离断层，其大规模 位移可将韧性剪切(糜棱岩化)的下盘岩石相对上盘非糜棱岩化并遭受了强烈脆性破裂拉伸 的岩石向上运移.后来，在80年代发表的许多论文扩展和修改

18、了的成因模式.科迪勒拉造山带 中缓倾正断层及包含它们的变质核杂岩的认识很快导致其它山系中变质核杂岩的发现中国 境内首批确认的拆离断层及相关变质核杂岩包括高喜玛拉雅的藏南拆离系北京北部的河防 口拆离断层及云蒙山变质核杂岩和中蒙边界上的亚干变质核杂岩。4三清山地区古应力测量及分析4.1野外工作概况和实测数据三叠系为灰白色长石细砂岩与灰黑色泥岩，页岩互层，夹可采煤层和煤线，砂岩单层厚 23m,地层总厚186412m .侏罗系为砂岩，泥岩夹煤层，煤线.白垩系下统志丹群为一套砂岩和 泥岩地层，连续沉积，由老向新依次为洛河组(K11)，华池组(K1hc)，环河组(K1h).洛河组(K11)主 要出露于志丹

19、县刘坪以东,岩性为棕红色块状长石砂岩，中细粒结构，铁钙质胶结，疏松，具大型 交错层理，厚280350m.华池组(K1hc)主要出露于工作区北部吴旗县马营以下至志丹县旦八 的洛河河谷两侧及两侧支沟中下游，杏子河及两侧支沟中下游，岩性为浅棕红色长石砂岩夹薄 层泥岩，厚110170m.环河组(K1h)主要出露于工作区北部洛河及支沟中，岩性为棕红色，灰绿 色泥岩，页岩及粉细砂岩，铁钙质胶结，厚150390m.第三系上新统岩性为深红，棕红色粘土岩, 砂质粘土岩，厚080m.。第四系风成黄土广泛分布，沟谷中分布有冲洪积层.4.2古应力分析工作区内主要含水岩组有冲洪积松散层组成的孔隙含水岩组及白垩系孔隙裂隙

20、含水岩 组.松散层含水岩组分布于南部富县洛河及其较大支沟中.冲积含水层顺河发育，岩性为含泥 砂卵砾石层，结构松散,孔隙率较大,但含泥量大,透水性能较差，单井出水量多小于50 m3/d.分 布在工作区北部的白垩系含水岩组，是白垩系天环向斜贮水构造东部缓翼的一部分.从东部志 丹县到西部吴旗县，地层由老到新依次出露，地下水在地层出露区为潜水;往西洛河，华池组地 层整体依次缓慢西倾，埋深逐渐增加，上覆含水岩组逐渐变厚，构成承压水.地下水矿化度由低 到高变化.环河，华池含水岩组潜水区含水层厚度50390m,水位埋深11.4533.04m,最深达90m. 矿化度0.222g/L,水化学类型主要为HCO3-

21、Mg Na和SO4 Cl-Na Mg型水.向西过渡为承压水区, 水位埋深2088.87m,吴旗县城附近华池组含水岩组顶板埋深100120m,底板埋深为 230250m,含水层厚度110150m，单井出水量小于200m3/d,渗透系数0.350.46m/d，矿化度 1.82g/L，水化学类型主要为Cl SO4-Na Mg型水.洛河含水岩组在东部潜水区，含水层厚度在 100270m，钻孔涌水量一般200400m3/d,矿化度0.440.6g/L，水化学类型主要为HCO3-Na Ca Mg型.承压水区含水层厚度280350m，在深埋区(顶板埋深300m)承压水头埋深67171m，单 井涌水量3001

22、500 m3/d,矿化度1.982.6g/L，水化学类型为SO4 C1-Na,C1 SO4-Na型水.文字说明5三清山地区古应力测量分析所揭示的区域构造意义结合三清山地区构造演化特点18-19,可以将上述古应力分析进行总结，得出以下基本 认识：大河一杨坝一竹坝断裂上的观测点记录的逆断裂层面多与地层的层理相一致，显示 了一种顺层滑动，受到一个近南北向的挤压作用(NQL010)，推测发生在印支-燕山期，在 南北挤压应力场作用下，使整个三清山地区进入盆山转化阶段，主要是受到秦岭巨型推覆构 造控制之下，而行成东西向的推覆构造。三大断裂上的观测点共同记录有的走滑断裂的存在，且大体上受到北西-南东向的 挤

23、压作用，分析该断裂发生在逆断裂之后，结合区域地质的发展，推测与走滑断裂形成于喜 马拉雅期，龙门山推覆构造影响下发育北东向推覆构造，叠加在印支-燕山期的东西走向的 断裂，最终形成一大型复杂的推覆构造带，该区属于龙门山推覆构造的前缘影响带。最晚期的正断裂表现为北北东-南南西向上的的区域拉张作用，分析拥有这组正断 裂的NQL010和NQL018的特殊位置，即NQL010位与三清山隆起的南部，NQL018位于汉 南隆起的南部，可以猜测是和推覆隆起后的滑脱作用有关。6结论和建议6.1结论及认识通过对露头不同类断裂共同的断裂面上断裂早晚关系的分析，得出逆断裂最早发育、 走滑断裂其次，最后发育有正断裂。三大类断裂同时存在于NQL010点，而NQL013和NQL017只发现有走滑断裂的 露头，NQL018和NQL021两靠近的点位主要发现有走滑和正断裂，几乎各个点位都有走滑 断裂的存在，足以说明走滑断裂在该区的主导地位。6.2工作建议整个古应力分析过程缺少对断裂绝对年龄的分析，建议今后开展此项研究。本论文主要是分析三清山地区的古应力，缺少与临区的对比分析，使得分析结果存 在一定的局限性，建议今后利用此方法开展区域上的古应力分析研究。致谢本论文在导师D教授细心指导下开展的，整个过程中给我莫大的支持，关心和指导；在 野外工作中，在G老师的带领下，