Advances in Geosciences地球科学前沿, 2013, 3, 97-105
doi:10.12677/ag.2013.32014 Published Online April 2013 (https://www.doczj.com/doc/6518628387.html,/journal/ag.html)
Tectonic Stress Field Character and Balanced Cross Section of Guangping Thrust in Southeastern Fujian*
Sen Wang1, Liangji Lv1, Da Zhang1, Quansheng Lin1,2, Yaoyao Zhang1, Xu Zhang1,
Yuan Yuan1, Yongjun Di1, Linkuo Zhang1
1State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing
2The Western Geological Party of Fujian, Xiamen
Email: wangsen20062006@https://www.doczj.com/doc/6518628387.html,
Received: Feb. 24th, 2013; revised: Mar. 11th, 2013; accepted: Mar. 24th, 2013
Copyright ? 2013 Sen Wang et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre-stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract: With the backward method of the stress filed about the conjugate joints and the theory of balanced cross sec-tion, the writer analysed the kinematic characteristics and the deformation degree of the Guangping thrust. In accor-dance with the survey of conjugate joints in the quarts sandstone of Lindi formation in 9 places, we draw a conclusion that the direction of the maximum compressive principal stress is NW-SE; the balanced cross section of the coal district shows that strata shortened at a rate of 38.4%, and that shortening is the result of the thrust moving. Combined with the basic characters of nappe structure and the regional tectonic analysis, the thrust moved from northwest to southeast un-der the action of the regional compressive stress and result in a large scale of shortening. The above results indicated that the lithosphere of southeastern Fujian, as well as southeastern China experienced strong compressional deformation from the later Mesozoic, and moved with a large scale and a long distance from northwest to southeast.
Keywords: Southwestern Fujian; Guangping Thrust; Tectonic Stress Field; Balanced Cross Section; Shortening Rate
闽西南广平推覆构造应力场特征
及平衡剖面研究*
王森1，吕良冀1，张达1，林全胜1,2，张垚垚1，张旭1，袁远1，狄永军1，张林阔1
1中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京
2福建省闽西地质大队，厦门
Email: wangsen20062006@https://www.doczj.com/doc/6518628387.html,
收稿日期：2013年2月24日；修回日期：2013年3月11日；录用日期：2013年3月24日
摘要：本文采用共轭剪节理应力反演方法及平衡剖面复原原理分析了闽西南广平推覆构造的运动学特征及变形缩短程度。通过对分布于广平推覆体林地组石英砂砾岩中9个测点的共轭剪节理测量结果分析，得出形成推覆构造的构造应力场最大主压应力为NW-SE向；通过对煤田勘探剖面开展平衡剖面研究，估算出由于推覆构造导致的地层缩短率为38.4%；结合推覆构造基本特征及区域构造综合分析，推断广平推覆构造在区域挤压应力作用下由NW向SE运动，并造成地层大幅缩短。以上结果表明闽西南及其所在的中国东南大陆岩石圈自晚中生代以来经历了强烈挤压变形，形成了自NW至SE向运移且规模巨大的推覆构造。
关键词：闽西南；广平推覆构造；构造应力场；平衡剖面；缩短率
*资助项目：中国地质调查局地质调查项目“武夷山成矿带中生代推覆构造与铜多金属找矿方向研究”(编号：1212010813064)和“武夷山植被覆盖区成矿地质背景研究与成矿要素综合推断”(编号：1212010070203)。
1. 引言
闽西南地区地处华南大陆东南缘，自早元古代以来，该区经历了华夏古陆的形成、裂解，新元古代与扬子古陆聚合，早古生代区域隆升以及晚古生代裂陷盆地形成等重要构造演化阶段。特别是中生代以来，该区经历了强烈的构造热事件，其中中侏罗世晚期以来由于东亚岩石圈板块汇聚[1]而形成显著的推覆构造，使该区早期形成的地层层序及位置发生了强烈改造，并形成相应的岩浆与成矿作用。闽西南地区推覆构造普遍发育,其中广平推覆构造是福建境内发育最完整，面积较大的一个推覆构造，其南北长大于20 km，东西宽大于12 km。区内多期构造演化及不同阶段岩浆活动等复杂的特征引起了地质学者的广泛关注，并建立了一系列几何学、运动学、动力学模式[2-5]。陶建华[2]通过大量的野外调查及煤田勘探资料，认为广平推覆“岩席”鳞次栉比，为叠瓦状构造，并伴有平卧或斜歪向斜构造。关玉祥等[3]根据外来岩系分布规律和原地岩系褶皱构造特征，认为广平推覆构造运动方向由NW向SE推覆，并且外来岩系的推覆距离大于100 km。周珍奇[4]认为广平推覆构造主要经历了海西期陆内裂陷、早印支期伸展滑脱–挤压变形滑动、晚印支期向斜构造发育、早燕山早期裂陷、晚燕山期逆冲推覆构造等阶段，并讨论了推覆构造的形成和演化。
然而，由于研究区构造变形复杂，以及中生代以来多期次岩浆叠加改造，导致推覆构造结构和变形等特征发生较大改变，增加了该区推覆构造的研究难度。对闽西南广平推覆构造特征的研究仍然存在如下问题：1) 直接的推覆构造证据由于受后期构造变形的改造而较为缺乏；2) 由于该区不同层次推覆构造发育以及后期岩浆等叠加改造，导致推覆构造变形缩短量的估算存在较大差别，需根据新的野外调查及勘探资料进一步细化。
本文运用构造应力场测量方法及平衡剖面原理，通过详细的野外地质调查及井田勘查资料，对广平推覆构造应力场方向进行分析，并估算了地层缩短量，在此基础上，探讨闽西南地区推覆构造动力学背景。
2. 区域地质概况
闽西南地区在构造上处于欧亚大陆板块东南缘，濒临太平洋板块，为环太平洋中、新生代巨型构造–岩浆带陆缘活动带的一部分[6]，是全球构造–岩浆活动最活跃的地区之一。广平推覆构造位于闽西南凹陷带中部，大田–龙岩凹陷东北边缘，主要发育中深层次推覆构造，局部伴随拆离(滑脱)、褶皱拆离构造。广平推覆体与永安、清流、宁化等诸多推覆体共同构成了闽西南推覆构造带。
闽西南地区除了缺失志留系及下泥盆统地层外，其它地层均有发育，尤以晚古生代–早中代地层发育为特色[7]。其中，上古生界–中下三叠统地层分布广泛，侏罗系陆相火山岩呈孤岛状沿断陷盆地分布。上古生界–中下三叠统以浅相、海陆交互相沉积为主，从老至新有上泥盆–下石炭统(D3-C1)粗碎屑岩，上石炭统船山组–下二叠统栖霞组(C3c-P1q)灰岩、硅质岩，下二叠统文笔山组–中三叠统(P1w-T2)海陆交互相含煤细碎屑岩、浅海相含钙细碎屑岩。
区内NE向褶皱发育，主要有大帽山背斜、广平–龙岩复式向斜、太华–长塔复式背斜以及大田复式向斜等。这些褶皱轴面以NE向展布为主，次级褶曲比较发育，并且局部可见倒转褶皱。大田广平倒转向斜轴向NE，向北渐转向NW，出露长约20 km，翼间角在20?~40?之间，向斜被NE向断裂破坏导致出露不完整。区内断裂构造以NNE、NE和SN向为主，属于政和–大埔、永安–晋江断裂带的组成部分。此外，沿上古生界不同地层界面(如D3-C1与C3c-P1q、Pt3my 与C3c-P1q、P1q与P1w、P1t等)普遍发育的缓倾斜推覆构造和层间滑脱断裂破碎带，往往造成地层大量重复或缺失，并成为十分有利的控矿容矿构造。在平面上，断层呈醒目的圆弧状展布，受地形限制多呈蛇曲状展布(图1)。
区内岩浆活动强烈，以中生代酸性–中性侵入岩体及岩脉为主，岩体的形态及展布特征明显受推覆构造控制。此外还发育NE向展布的混合岩浆花岗岩(如本区西侧的湖源岩体、新桥岩体、龙凤场岩体等)，均为无根岩体，属于广平推覆体的一部分，并且明显受推覆构造控制。
3. 推覆构造基本特征
广平地区推覆构造广泛发育，在空间上外来岩系以大面积“飞来峰”形式直接覆盖在原地岩系之上，
Figure 1. The geologic map of Guangping thrust 图1. 广平一带推覆构造及区域地质略图
两者呈断层接触，并且外来岩系之间仍存在多组推覆构造界面。推覆构造之外来岩系为上元古界–下古生界片岩、变粒岩等以及不整合其上的上泥盆–下石炭统地层，并包括侵入于以上地层的加里东期混合花岗岩、白云母花岗岩。原地岩系呈半构造窗形式出露于广平、桃舟、大竹林一带，位于低洼地带，由上泥盆统–下三叠统溪口组及侏罗系下统梨山组地层组成，并以煤系地层强烈褶皱、倒转平卧褶皱发育并伴生小型逆冲、顺层断裂构造为特征。沿上古生界不同地层岩性界面普遍发育缓倾斜逆冲断层，如D3-C1与C3c-P1q、Pt1my与C3c-P1q等之间的界面[8]。在空间上，广平推覆构造整体上呈NE-SW向延伸，受地形控制
呈弧形展布，弧顶指向SE。
剖面显示[6]，广平推覆构造由一系列产状相近的低角度逆冲断层及夹于其间的薄层岩席组成，局部伴随滑脱构造，以发育复杂倒转、歪褶皱为特征。断层面在近地表产状较陡，沿断裂面向下逐渐变缓，总体上表现为“犂状”产出。推覆构造断面倾向NW，倾角10?~30?，并且沿走向、倾向波状起伏。原地岩系和外来岩系这两套构造层在区内呈上下岩片重叠，共同构成了双重推覆构造带[6]。由于逆冲推覆侧向挤压作用，推覆岩席沿不同地层界面发生滑动，一方面造成了部分地层的大量缺失，另一方面造成地层的强烈褶皱，其中以广平龙凤场倒转向斜较为典型。广平推覆体南西侧龙凤场硫、多金属矿区勘探资料表明[3]，区内发育一倒转向斜，其核部由下二叠统童子岩组(P1t)和文笔山组(P1w)地层组成，两翼为上石炭统船山组–早二叠统栖霞组(C3c-P1q)地层，褶皱轴面倾向NNW，北东翼地层倒转。
4. 推覆构造应力场特征
闽西南地区早中生代存在着指向SE的大规模逆冲断层系[9]，推覆构造形成于区域挤压应力场，因此必然导致其所卷入地层发生构造变形，如褶皱、次级断裂、节理、劈理等，其中共轭剪节理特征可以反映推覆构造形成时的挤压应力状态[10]。研究区推覆构造外来岩系及原地岩系共轭剪节理分布不均匀，以外来岩系下石炭统林地组石英砂岩中最为发育，究其原因可能与林地组脆性程度较高有关。除此之外，共轭剪节理在该区较为发育，远离推覆体的其它地方明显不发育，表明林地组共轭剪节理与推覆构造关系密切。通过测量林地组共轭剪节理产状，可以揭示广平推覆构最大主应力分布特征，进一步为广平推覆构造运动学方向研究提供可靠依据。
4.1. 测量原理
构造应力场是指在一个空间范围内构造应力大小和方向的分布状况[11]，构造应力场研究是在确定各地质点的应力状态基础上，研究一定区域范围内各个构造活动时期的构造应力状态分布。为了测量一个地区某一构造运动时期的应力状态，通常用同一应力场作用下形成的共轭剪节理的产状计算出三个主应力轴的空间方位。根据构造地质学理论[12]，同一构造应力场形成的节理与主应力轴方位具有以下几何关系：一对共轭剪节理的交线平行于中间应力轴σ2的方向，共轭剪节理的锐角等分线通常平行于最大主应力轴σ1的方向，σ3垂直于共轭剪节理锐角平分面。
4.2. 共轭剪节理测量
林地组地层作为广平推覆体的主要组成部分，岩性为厚层石英砂砾岩、石英砾岩、石英砂岩，局部夹有粉砂岩、泥岩。岩石物理性质表现为硬度高、能干性强，并且易发生脆性变形。经野外调查发现林地组地层局部发育共轭剪节理，节理面平直光滑且延伸较远，两组节理相互切割，为同期形成。
通过野外地质观察，在广平地区9个观测点(图1)共测量了73对共轭剪节理。在构造位置上，取样点位于广平倒转向斜弧东南部；在层位上，均取自于下石炭统林地组石英砂岩、砂砾岩。运用赤平极射投影方法[12]，可以计算出每一对共轭剪节理三维空间的最大主压应力轴(σ1)的方向位(表1)，然后根据最大主压应力方向绘制出具有优势方位的玫瑰花瓣图，其分布特征如图2所示：南西测区(A-B区)共轭剪节理的产状整体上倾向SSW、NNE向，最大主压应力σ1优势方位为NNE-SSW向，并且近似垂直弧形推覆体弯曲段；南部测量区(C-G区)位于弧形推覆体的最大弯曲
Figure 2. Diagram showing the direction of the maximum com-pressive principal stress of each fixed point from A to I 图2. A~I观测点最大主压应力(σ1)方向玫瑰花图
Table 1. Attitudes of the conjugate joints and the maximum principal stress directions
表1. 测区共轭剪节理产状及最大主应力数据
位置 编号产状1 产状2 σ1 位置编号产状1 产状2 σ1
237 38 ∠
30554 ∠
12983
12440 ∠
A 1 ∠
19038 ∠
3351 ∠
2 210∠30 34∠46 32∠8 39 150∠42 289∠66 62∠62
3 171∠32 18∠56 8∠12 40 84∠25 283∠45 276∠10
4 255∠14 46∠51 53∠19 41 98∠28 276∠32 277∠2
5 195∠31 25∠59 21∠14 42 179∠24 313∠47 329∠12
6 218∠25 41∠4
7 40∠11 E 43 151∠42 329∠31 150∠6
7 258∠14 30∠61 40∠25 44 175∠25 316∠84 114∠55
8 212∠41 20∠31 207∠5 45 150∠43 324∠14 149∠15
9 246∠58 357∠25 224∠19 46 167∠32 318∠74 111∠64
10 229∠41 32∠47 40∠3 47 178∠43 303∠73 78∠52
11 231∠32 53∠59 236∠76 48 160∠45 315∠68 89∠69
12 215∠28 32∠83 209∠62 F 49 235∠56 94∠25 248∠16
13 209∠26 47∠53 41∠14 50
246∠62 104∠26 258∠19
14 279∠22 35∠50 55∠16 51
235∠63 107∠41 8∠60
15 194∠37 29∠43 22∠3 52
216∠73 90∠17 228∠30
16 235∠47 31∠53 145∠76 53
130∠40 335∠60 199∠73
17 197∠18 27∠62 24∠22 54
106∠31 296∠54 292∠12
18 215∠45 29∠46 131∠87 55
115∠41 212∠69 245∠18
19 221∠43 26∠40 214∠2 56
105∠35 258∠68 46∠68
20 227∠42 28∠36 218∠3 57 96∠25 227∠73 22∠58
24824
23669 ∠
21 224∠44 28∠35 217∠5 58 ∠
9724 ∠
22 164∠46 41∠53 14∠4 59 73∠26 333∠65 309∠24
B 23 111∠41 3∠54 331∠8 60
182∠21 329∠59 339∠20 24
112∠31 324∠63 175∠68 61
174∠34 251∠59 288∠19 25
306∠57 97∠40 174∠72 G 62 305∠51 132∠18 307∠17 26
294∠65 336∠14 281∠36 354∠52 103∠32 326∠12 63
C 27 182∠37 302∠80 85∠49 64
325∠74 323∠31 327∠52 28
321∠54 344∠32 288∠34 240∠74 319∠87 8∠10 65
29
239∠75 297∠72 179∠3 66 94∠25 320∠63 306∠20 D 30 170∠10 307∠85 119∠51 67
335∠55 98∠38 311∠10 31
319∠39 103∠56 118∠9 164∠24 307∠90 107∠52 68
32 165∠25 312∠84 112∠56 69
286∠51 110∠62 317∠84
33 65∠80 306∠14 76∠35 H 70 58∠52 85∠19 41∠32
34 204∠19 60∠80 255∠56 71 24∠69 194∠24 212∠67
35 171∠45 309∠53 329∠4 I 72 322∠35 58∠53 92∠12
36 151∠38 336∠30 153∠4 73 304∠46 72∠41 279∠3
37 164∠34 281∠61 305∠16
部位，最大主压应力(σ1)整体上为NW-SE向，在不同部位应力方向有所差异，可能因推覆构造弧顶部分挤压强烈、变形复杂或岩石力学性质各向异性所致，但总体上为NW-SE向，尤以D、E和G区较为明显。在推覆构造弧形顶端位置，运用最大主压应力方向来指示推覆构造的运动方向显得更有说服力；东部测区(H-I区)可观测的共轭剪节理产状较少，最大主压应力(σ1)分别为NE和 EW向，总体上近似垂直于弧形弯曲部位。总的看来，推覆构造不同部位的最大主压应力方向垂直于弧形弯曲部分，总体上为NW-SE向。
5. 平衡剖面分析
推覆构造形成于区域挤压环境，并造成所卷入地层大幅缩短，地层缩短量反映了推覆构造形成时的挤压强度和运动规模。应用平衡剖面技术估算造山带地壳的缩短量[13]，为广平推覆构造运动学特征提供了更有力的依据。平衡剖面技术是一种遵守几何守恒原则而建立的地质剖面的正、反演方法[14]，并且作为构造演化恢复的一种重要手段，为构造定量化解释开辟了道路。通过野外地质调查，并结合区内苏桥、龙凤场井田钻孔剖资料分析，对广平推覆构造进行地层缩短率计算，并对其运动规模进行讨论。
5.1. 平衡剖面原理
平衡剖面技术是根据物质守恒原理提出的[15]。平衡剖面是可以恢复到原始沉积地层状态的变形剖面，它是一条可以接受的、合理的剖面。平衡剖面的制作
应遵守以下原则[16,17]：1) 变形前岩石体积(或面积)基本不变，即在岩石变形过程中没有物质的流入与流出，或体积损失很小；2) 变形前后岩层的厚度和总长度保持不变；3) 变形前后各标志层长度一致。
5.2. 剖面选取与制作
研究区主要构造线为NE-SW向延伸，根据剖面线与主体构造线方向垂直的原则，以广平地区近东西向的苏桥、铭溪井田18线钻井剖面(图3)为基础，制作了一条长8525 m的剖面M-N(图1)。限于研究区多期变形的叠加以及大量侵入岩的分布，要编制完整的平衡剖面还很困难。本文选取林地组和栖霞组地层作为标志层，运用面积守恒原则对剖面M-N进行复原(图1)。
区内地层特征表明，下石炭统林地组(C1l)地层以石英砾岩、砂砾岩为主，下二叠统栖霞组(P1q)为一套含燧石条带灰岩，顶部常有厚几米至几十米的硅质岩。这两套地层相对硬度高、能干性强，在挤压变形中不易发生韧性流动变形。而其他地层如童子岩组、文笔山组等相对软弱，沿地层薄弱带易发生顺层流动的塑性变形。鉴于以上特点，选取能干性较强的林地组和栖霞组地层作为标志层。
5.3. 地层缩短率估算
钻孔剖面显示(图3)，龙凤场井田为一个倒转斜歪向斜，其中倒转翼(NW翼)受推覆构造改造导致大部分地层缺失，而正常翼保存比较完整。勘探资料表明，
下石炭统林地
组石英砾岩
新元古界麻
源群变质岩
印支期白云
母花岗岩
下二叠统童
子岩组泥岩
下二叠统文笔
山组细砂岩
下二叠统栖霞
组灰岩
下侏罗统梨
山组泥岩
上二叠统翠
屏山组泥岩
煤线
110
L i
L f N
M
J1l
M' ΔL
0 1km
N'
600
200
?200
?600
?1000
?1400
?1800
Figure 3.Balanced cross section and palinspastic map of Guangping thrust
图3.广平推覆构造剖面与复原图
龙凤场钻孔底部为倒转向斜正常翼的童子岩、文笔山组地层，为正常沉积序列，并且变形不明显，因此推测钻孔底部为原始正常层序沉积地层。区域地质资料表明[18]，广平地区林地组地层厚度为302.0 m栖霞组地层厚度为220.4 m，代表推覆构造发生前的原始地层厚度。根据绘制好的剖面，运用CorelDRAW软件对各主要岩层进行面积测量，并计算出所有岩层的总面积A(表2)。现以林地组作为标志层进行地层缩短量计算，根据变形前后标志层的面积(A)保持不变的原则，已知林地组地层变形前厚度(T)，可以计算出其原始地层长度(L i)：
L i = A/T = 4180571 m2/302 m = 13875 m
因此，地层缩短量为：
ΔL = L f? L i = 8525 ? 13875 = ?5350 m
因此，地层缩短率为：
S% = ΔL/L = (L f? L i)/L i = ?38.4%
在复原过程中，为了检验平衡剖面恢复的准确性和合理性，另外选取了栖霞组(P1q)地层作为标志层进行对比，按照上述计算方法得出地层缩短率为?38.6%。
岩石学特征表明，林地组石英砂岩和栖霞组含燧石条带灰岩均具有相对强的能干性及抗压强度，相对其它层位(如P2cp、P1t、P1w等)变形较弱，不易发生顺层压缩及褶皱等变形，地层厚度相对稳定。结合以上计算结果，两套标志层缩短量比较接近，在误差允许的条件下标志层缩短量保持一致，推覆构造总体缩短率为38.4%~38.6%。
6. 讨论
6.1. 运动学方向讨论
根据推覆构造逆冲断层的展布方向、褶皱形态、原地岩系与外来岩系分布特征，并结合区域构造综合分析，我们认为广平推覆构造由NW向SE运动。证据如下：区内主要逆冲断层线整体上为NE-SW向延伸，并且呈弧形展布(图1)，弧顶指向SE；广平推覆
Table 2. The shortening rate of guiding bed of Guangping thrust 表2. 广平推覆构造标志层缩短率计算数据表
主要标志层 面积A
(m2)
厚度
T(m)
原始长度
(m)
缩短量
(m)
缩短率
(%)
林地组(C1l) 4,180,571 302.0 13,845 ?5320 ?38.43栖霞组(P1q) 3,057,714 220.4 13,875 ?5350 ?38.57构造以发育褶皱为特色，为一巨大褶皱推覆体[2]，区内褶皱轴面总体上倾向NW、NNW，向NW倾斜，并且与主滑动面相关的次级断层、劈理带、牵引褶皱均反映了由NW向SE方向的推挤作用；广平推覆构造的外来岩系为上元古界麻源群(Pt3my)和不整合在其上的上泥盆统–下石炭统地层，与福建西部的地层特征具有极高的相似性[18]，并且福建西部以逆冲岩系为主，并发育“构造窗”，而向东则逐渐过渡为“飞来峰”(图1)，表明推覆构造外来岩系可能来源于西部。
勘探剖面显示[6]，逆冲断面倾向NW、NNW，断面产状地表较陡，向深部逐渐变缓，表现为“犁状”，这些特征表明推覆体运动方向指向SE。龙凤场57线地质剖面显示[3]，原地岩系倒转向斜是不对称的：东翼地层倾角较陡，地层相对变薄，次级断裂和小褶皱比较发育；西翼地层产状比较平缓，构造变形相对简单，并且倒转向斜轴面倾向NE。以上特征表明，推覆构造运动方向为自NW向SE运动。
根据应力场方向测量原理，对发育于推覆体之林地组中的共轭剪节理进行了测量与分析，认为广平推覆构造形成于NW-SE向挤压应力场。根据9个测区最大主应力(σ1)方位玫瑰花瓣图显示(图2)，区内挤压应力以NW-SE向为主，不同部位应力场方向有所差异，可能为推覆构造弧形弯曲所致，但是各区段最大主压应力整体上垂直于弧形推覆体。测区南部区段(C- G区)位于推覆构造弧形顶端位置，除F区应力场方向比较分散之外，其他区均反映了推覆构造NW-NE挤压方向。东南区段(A-B区)最大主压应力近NS向，垂直于局部NE-SW向展布的地层及构造线，表明推覆构造在斜侧断坡压力不均匀。北东区段(H-I区)受弯曲弧段影响，主压应力整体为NEE-SWW向。根据以上特征，认为弧形推覆岩席顶端部位最能直观反映推覆构造应力场特征，对位于弧顶区段C-G测区分析发现，最大主压应力方位玫瑰花图和等密度图(图4)具有明显的NW-SE优势方位。林地组作为广平推覆体的主要组成部分，其中发育的共轭剪节理是区内特有构造，在远离推覆构造区域不发育，因此林地组共轭剪节理反映了推覆构造形成时的挤压特征。
广平推覆构造属于闽西南推覆构造的组成部分，其形成和演化受闽西南地区板块构造动力学控制。晚三叠时的印支运动，华南板块与杨子板块碰撞并且褶
Figure 4. Diagram showing the direction of the maximum compressive principal stress of the fixed points near the coping of the arc nappe
structure
图4.推覆构造弧顶部位(C-G区)最大主压应力方位玫瑰花瓣和等密度图
皱造山[8,19]，印支期以东西向构造为主的特提斯构造域向燕山早期以NE向构造为主的滨太平洋构造域转换[20]，从中–晚侏罗世古太平洋板块开始向亚洲板块俯冲，直接导致了东亚晚侏罗世大陆内部的广泛变形和陆内造山[21]。采自推覆构造断裂带并且与其展布一致花岗斑岩脉的锆石测年结果显示，该岩脉形成于距今142 ± 1 Ma(吕良冀等，尚未发表)，该岩脉是伴随推覆构造结束的同时侵入，为同期构造花岗岩脉，代表了推覆构造年龄上限。该年龄与广泛认为的大约145 Ma古太平洋板块向欧亚板块NW方向的俯冲达到高潮[22]非常相近。陶建华[2]根据与广平推覆构造有成因联系的龙凤场多金属矿石铅同位素年龄测定，认为广平推覆构造发生于印支期末。以上特征说明，推覆构造形成时代和运动方向均与区域上板块构造的演化相吻合，表明推覆构造是在区域NW-SE向挤压应力场作用下形成，并且沿推覆面向SE运动。
6.2. 地层缩短量讨论
广平推覆构造发生于印支期末，形成于燕山早期，定位于燕山晚期[2]，并且以燕山早期的逆冲为主[6]。晚侏罗世太平洋板块向东亚的俯冲[1]，导致福建大陆边缘遭受NW-SE向的强烈挤压，并造成地层大幅缩短。推覆构造所卷入地层的缩短量不仅反映了地层压缩程度，也间接反映了推覆构造的运动规模，现以平衡剖面缩短量计算为基础，对广平推覆构造的地层缩短特征及形成规模进行讨论。
由于区内推覆构造广泛发育，构造变形复杂，目前对闽西南推覆构造地层缩短量的研究仍然处于薄弱环节。陈爱根[23]根据层长守恒原理，对宁化湖村、永安大湖和大田广平推覆构造进行地层缩短率估算，认为这些地区推覆构造的地层缩短率分别为45%、41.6%和37.3%，可见闽西南地区从西向东地层缩短率依次减少，因此可以推断广平推覆构造可能为整个闽西南推覆构造带的前缘部分，并且指示推覆构造由西向东运动。根据野外地质调查及井田钻孔剖面资料，运用面积守恒原理对广平推覆构造地层缩短量进行估算，显得更精确。我们选自苏桥–铭溪井田NWW 向的一条长为8525 m剖面MN(图1)，并选取下石炭统林地组作为标志层，经剖面复原估算出地层缩短量为5350 m，缩短率为38.4%。由于本条剖面共有10个实际钻孔控制，并选取栖霞组作为标志层进行对比，故认为推覆构造缩短量估算是比较合理、可靠的。
地层缩短量表明，广平推覆构造的运动规模是比较大的，并且外来岩系可能是闽西南凹陷的西部边缘或更远的地区向东南方向推移而来[3]。地层学研究表明[18]：出露于东部的震旦系下古生界地层，与NW部的岩性组合特征基本相似，把东部的外来岩系恢复到其原来位置，最东边的“飞来峰”和最西边的“构造窗”就是最小推覆距离[24]，可以估算出推覆构造的运动距离大于100 km。陈爱根等[9]根据湖村、大湖和广平地区地层缩短量，并取45%作为闽西南地区地壳的平均缩短量，估算出建宁到大田这一区段地层缩短量为120 km，暗示了推覆构造之规模巨大。广平地区晚古生代以来地层缩短由古太平洋板块向华南板块之下俯冲所产生，并在强烈的挤压应力场下沿推覆构造界面由NW向SE发生大规模运动，推覆构造地层缩短率与其基本特征及其构造变形程度相吻合。
7. 结论
根据推覆构造空间展布、结构组成、应力场分布
等特征，并结合井田勘探资料，经系统分析认为广平推覆构造的运动学方向由NW向SE运动，并且导致所卷入地层发生不同程度的变形。在野外地质调查和区域构造综合分析基础上，运用共轭剪节理测量计算出广平地区最大主压应力方向为NW-SE向。广平推覆构造形成于区域挤压应力场，其形成和演化主要经历了印支期末和燕山期。在以上认识基础上结合煤田勘探剖面开展平衡剖面研究，计算出广平推覆构造地层缩短量为5350 m，缩短率为38.4%，说明广平推覆构造是一个长距离运移且规模巨大的推覆构造，其形成机制受中国东部中生代构造环境制约。
参考文献 (References)
[1]董树文, 张岳桥, 陈宣华等. 晚侏罗世东亚多向汇聚构造体
系的形成与变形特征[J]. 地球学报, 2008, 29(3): 306-317. [2]陶建华. 闽西南地区东部逆冲推覆构造及形成机制[J]. 福建
地质, 1987, 6(4): 249-270.
[3]关玉祥, 黄耀明, 陶建华. 初论福建推覆构造[J]. 福建地质,
1989, 8(1): 14-34.
[4]周珍琦. 闽西南地区推覆构造形成的动力学机制——以广平
推覆构造为例[J]. 石油实验地质, 2007, 29(2): 128-132.
[5]陶建华. 福建推覆构造研究与找矿突破[J]. 福建地质, 2008,
27(2): 105-124.
[6]陶建华, 陈福龙. 福建推覆构造研究[J]. 石油实验地质, 2006,
28(3): 259-263.
[7]张达, 高天钧, 吴淦国等. 武夷–台湾走廊带成矿作用、深部
过程与资源潜力[M]. 北京: 地质出版社, 2006: 1-165.
[8]张达, 吴淦国, 狄永军等. 闽西南中生代推覆构造对铁矿床
控矿特征研究[J]. 矿物学报, 2011, S1: 128-129.
[9]陈爱根, 吴正文. 闽西南地区推覆构造格局及其演化[J]. 中
国区域地质, 1996, 4: 335-343.
[10]万天丰. 古构造应力场[M]. 北京: 地质出版社, 1988: 22-144.
[11]万天丰. 构造应力场研究的新进展[J]. 地学前缘, 1995, 2(1/2):
226-235.
[12]何绍勋. 构造地质学中的赤平极射投影[M]. 北京: 地质出版
社, 1979: 173-176.
[13]J. R. Hossack. The use of balanced cross-sections in the calcula-
tion of orogenic contraction: A review. Journal of the Geological Society, 1979, 136(6): 705-711.
[14]陈伟, 卢华复, 施央申. 平衡剖面计算机模拟及其应用[M].
北京: 科学出版社, 1993: 1-195.
[15] C. D. A. Dahlstrom. Balanced cross sections. Canadian Journal
of Earth Sciences, 1969, 6: 743-757.
[16] D. Elliott. The construction of balanced cross-section. Journal of
Structural Geology, 1983, 5(2): 101-136.
[17]宋鸿林. 平衡剖面及地质意义[J]. 地质科技情报, 1985, 4(1):
18-28.
[18]福建省地质矿产局. 福建省区域地质志[M]. 北京: 地质出版
社, 1986: 1-166.
[19]王桂梁, 刘登桃, 姜波等. 福建天湖山区推滑叠加型滑脱构
造模式[J]. 中国科学, 1995, 25(1): 85-92.
[20]吴淦国, 张达, 陈柏林等. 中国东南大陆中生代构造域的转
换及其与成矿的关系——以闽西南地区为例[J]. 地球科学,
2000, 25(4): 390-396.
[21]张岳桥, 董树文, 李建华等. 华南中生代大地构造研究新进
展[J]. 地球学报, 2012, 33(3): 257-279.
[22] D. Zhang, W. C. Liu, G. G. Wu, et al. Magnetic fabric and em-
placement of the Fenghnangshan Pluton, Tongling, Anhui Prov-
ince, East-Central China. International Geology Review, 2008, 50(11): 994-1007.
[23] A. Chen. Mirror-image thrusting in the South China Orogenic
Belt: Tectonic evidence from western Fujian, southeastern China.
Tectonophysics, 1999, 305(4): 497-519.
[24]朱志橙. 逆冲推覆构造[M]. 武汉: 中国地质大学出版社,
1989: 92-101.
构造地质学总复习 第一章绪论 地质构造指组成地壳的岩层或岩体在内、外动力地质作用下发生变形和变位，如褶皱、节理、断层、劈理以及各种线理和面理构造等。 构造地质学研究地质构造的一门分支学科，主要研究由内动力地质作用形成的各种地质构造。构造尺度主要指地质构造的规模。 构造反转：是指早期为一个张性或张扭性的盆地后期转变为压性或压扭性构造盆地（正反转）。盆地由伸展沉降转变为挤压上隆，正断层转变为逆断层的现象。反之，则称为负反转构造。 构造地质学的研究对象与内容是什么？ 答：地质学的研究对象是地壳或岩石圈的地质构造。构造地质学主要研究内动力地质作用所形成的各种地质构造的形态、产状、规模、形成条件、形成机制、分布和组合规律及其演化历史，并进而探讨产生地质构造的地壳运动方式、规律和动力来源。 构造地质学的研究方法。 答：研究方法处常规的地质研究方法外，还有以下几方面：（１）地质制图；（２）显微构造与组构的几何分析；（３）实验构造地质学（模拟实验）。 构造地质学的研究意义。 答：构造地质学的研究意义理论上在于阐明地质构造在空间上的相互关系和时间上的发育顺序，探讨地壳构造的演化和地壳运动的规律及其动力来源；而实践意义在于应用地质构造的客观指导产生实践，解决矿产分布、水文地质、工程地质、地震地质及环境地质等方面有关的问题。 第二章 岩层由两个平行或近于平行的界面所限制岩性基本一致的层状岩体叫做岩层，由沉积作用形成的岩层叫沉积岩层。 层面识别: 岩石成分，结构，颜色变化原生层面构造 倾向层面上与走向垂直并沿斜面向下所引的直线叫真倾斜线，倾斜线在水平面上的投影线所指的方向，就是岩层的真倾向，简称倾向。 倾角层面上真倾斜线与其在水平面上的投影线的夹角。 视倾向在层面上凡与该点走向线不直交的任一直线均为视倾斜线，其在水平面上投影线所指的倾斜方向，叫视倾向或假倾向。 视倾角视倾斜线和它在水平面上的投影线之间的夹角，叫视倾角或假倾角。 真倾角岩层的倾斜线及其在水平面上的投影线之间的夹角就是岩层的倾角，又称真倾角。 真厚度真厚度是指岩层顶、底面之间的垂直距离。 视厚度在与岩层走向斜交的剖面上或在与岩面不垂直的任何方向的非直立剖面上测得的顶、底界线之间的垂直距离都是视厚度。 “Ｖ”字形法则倾斜岩层露头界线分布形态较复杂，表现为与地形等高线呈交切关系，并有一定规律，即当其横过沟谷或山脊时，均呈“Ｖ”字形态，根据岩层产状、地面坡向和坡度角不同，“Ｖ”字形形态也有所不同，这种规律称为“Ｖ”字形法则。 露头宽度岩层顶、底面出露界线之间的垂直距离。 整合接触上、下地层在沉积层序上没有间断，岩性或所含化石都是一致的或递变的，其产状基本一致，它们是连续沉积形成的。 不整合接触上、下地层间层序有间断，先后沉积的地层间缺失了某些地层。 角度不整合上、下地层间既缺失地层，产状又不相同。 平行不整合上、下地层间既缺失地层，但产状基本相同。 沉积岩判别岩层的顶底面 答：(1)斜层理：“上截下切”；（２）粒级层序：又叫递变层理从底到顶粒度由粗变细递变（３）波痕：对称型浪成波痕。原型还是其印模都是波峰尖端指向岩层的顶面，（４）泥裂：又称干裂或示底构造，剖面上呈“Ｖ”字型，其尖端指向底。还有雨痕、冰雹痕及其印模，冲刷痕等，古生物化石的生长和埋藏状态 水平岩层有哪些特征？ 答：（１）地层未发生倒转的前提下，地质时代较新的岩层叠置在较老岩层之上，当地形切割轻微时，地面只出露最新岩层，如地形切割强烈，较老岩层出露于河谷、冲沟等低洼处，较新层分布在山顶或分水岭上；（２）出露和分布形态完全受地形控制，出露界线在地质图上表现为与地形等高线平行或重合而不相交；（３）其厚度就是该岩层顶底面标高和底面标高之差；（４）出露宽度受岩层厚度及地面坡度的影响。 不整合的识别及其理论意义和实践意义 答：（１）地层古生物方面：上、下地层间缺失某些地层或化石带；（２）沉积方面的标志；上、下两套地层在岩性和上岩相上截然不同，两套地层间往往有古侵蚀面，并保存着古风化壳、古土壤或与之有关的残积矿床等。上覆地层的底层常有由下伏地层的岩石碎块、砾石组成的底砾岩。（３）构造方面：上、下两套地层产状不一致，构造变形强度不同，褶皱、断裂情况也各异；（４）岩浆活动和变质作用方面： 理论上，地层不整合是研究地质发展历史及鉴定地壳运动特征和时期的一个重要依据，也是划分地层单位的之重要依据之一，有助了解古地理古环境变化；实践上，不整合面及其上下相邻岩层中，常形成铁锰磷及铝土矿等沉积矿床；是构造上的薄弱带，有利于岩浆及含矿溶液活动，有利于形成交代和充填矿床；对油、气、水的储集也具有重要意义。另工程上可作为稳定性评价的条件之一。 简述角度不整合的特征及构造意义。 角度不整合的特征为：不整合面上下两套地层不仅有地层缺失，而且产状不同，褶皱形式和变形程度不同，断裂构造发育程度和性质不同，上、下两套地层的变质程度和岩浆活动也有明显差异。(5分) 构造意义为：角度不整合代表一次以水平运动为主的构造运动。第三章应力分析 应力单位面积上附加内力称应力。 主应力剪应力为零的面上作用的正应力为主应力。 应力状态经受力物体内任意点各个截面上的应力总和称应力状态。 应力场任一物体或岩体中都存在着一个与该点对应的瞬时应力状态，一系列点的瞬时应力状态组成的空间称应力场。 构造应力场指地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态。 应力椭球体当主应力σ1>σ2>σ3,且符号相同时,就可根据一点的主应力矢量为半径作出一个椭球体,该椭球体代表该点的全应力状态, 称应力椭球体。 应变椭球体设想物体和岩石变形前内部某一点为一小圆球体,变形后这个圆球体就会变为椭球体,该椭球体称为应变椭球体。 变形当物体受力后，其内部各点之间相互位置的改变称变形。它的形状或体积发生改变，或者同时发生改变。 均匀变形指岩石的各个部分的变形性质、方向和大小都相同的变形。 非均均变形指岩石各点部分变形的方向、大小和性质不同的变形。 应变物体变形程度的量度。 线应变指物体内某一方向单位长度的改变量。 剪应变90°内角度的变化量. 剪应变：变形前互相垂直的两条直线，变形后其夹角偏离直角的量为角剪切应变（或简称角剪应变），其正切为剪应变。 剪裂角最大主应力轴σ1与剪切破裂面之间的夹角. 共轭剪切破裂角当岩石发生剪切破裂时，包含最大主应力轴σ1象限的共轭剪切破裂面之间的夹角。 单剪应变是一种特殊的恒定体积的均匀变形，它是由物体中质点沿彼此平行的方向相对滑动而成。应变椭球体中两个主轴质点线方位，在变形前后是不相同的，故又称旋转变形。 纯剪应变是一种均匀变形，应变椭球体中两个主轴的质点线，在变形前后具有同一的方位，沿应变主方向的质点线没有发生旋转，故又称无旋转变形。 递进变形在同一动力持续作用的变形过程中，如果应变状态发生连续的变化，这种变形称为递进变形。 蠕变指在应力不增加的情况下，随着时间的增长变形继续缓慢增加的现象。松弛指当应变保持不变时，随时间的增长应力逐渐减小的现象。 盐丘：由于盐岩和石膏向上流动并挤入围岩，使上覆岩层发生拱曲隆起而形成的一种构造。 什么叫变形？变形程度如何量度？ 答：物体受力作用后，其内部各点间相互位置发生改变称为变形。变形可以是体积的改变，也可以是形状的改变，或二者均有改变。 物体变形程度用应变来度量，即以其相对变形量来度量。 影响岩石变形的主要因素 答：（１）力的大小、方向和性质；（２）岩石的力学性质；（３）变形的环境条件，包括围压、温度、溶液和孔隙压力；（４）时间。 影响岩石力学性质的因素有哪些？ 答：围压因素，温度因素流体因素时间因素。 时间对岩石力学性质与变形有什么影响？ 答：时间对岩石的力学性质与变形有三个方面的影响：（１）快速施力与缓慢施力对岩石变形的影响；（２）重复受力对岩石变形的影响；（３）蠕变与松弛对岩石变形的影响。 什么叫构造应力场？其研究意义如何？ 答：构造应力场是指地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态。构造应场中应力的分布和变化是连续而有规律的。研究构造应力场的目的秒在于揭示一定范围内应力的分布和变化和规律，及其对区域地壳运动的方式、方向及区域构造发育的制约关系，推断可能在何处出现的某种构造等。 地应力在什么情况下易集中? 答：当岩体或岩层内存在早期断裂再次发生构造变形时，在早期断裂附近，特别是在断裂带的拐点、端点、分枝点、错列点和待交汇点最容易出现应力集中。 第四章褶皱 皱褶里卡德：直立水平、倾伏，斜歪水平倾伏，平卧，斜卧，竖直。 兰姆赛：1a顶薄b平行c过度2相似3顶厚。 背形褶皱层层序不明，或层序倒转，或变形面不是层理面而是其它构造面，则将向上弯曲的叫背形。 轴面又称枢纽面，指相邻褶皱面上的枢纽联成的面。 轴迹轴面与地面或任一平面的交线。 槽线向斜或向形的同一褶皱面的各横剖面上的最低点为“槽”，它们的联线为槽线。 倾伏角线状构造的倾伏角是指在直立面上量得的该构造线与它的水平面投影线间的夹角。 侧伏角是指在线状构造所在的构造面上量得的该构造线与与构造面走向线之间的锐夹角。 等倾斜线指褶皱层的上、下褶皱面倾角相等的切点的联线。 同沉积褶皱在岩层形成的同时逐渐变形而形成的褴皱。 底辟构造地下高韧性岩体如岩盐、石膏、粘土或煤层等，在构造力的作用下，或者由于岩石物质间密度的差异所引起的浮力作用下，向上流动并挤入上覆岩层之中而形成的一种构造。穹窿岩层自褶皱的脊向四周作放射状倾斜的背斜。构造盆地岩层从四周向中心倾斜。 隔档式褶皱由一系列平行的背斜和向斜相间组成，其中背斜是紧闭的，而向斜较开阔。 隔槽式褶皱由一系列平行的背斜和向斜相间排列的褶皱组成的，其中向斜较紧闭，而背斜较开阔。 滑脱构造沉积盖层顺基底剪切滑动所形成的隔档式或隔槽式褶皱称滑脱构造。
地质构造应力场分析方法与原则 发表时间：2019-01-04T10:34:05.383Z 来源：《基层建设》2018年第34期作者：郭建锐[导读] 摘要：构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。 赤峰市利拓矿业有限公司内蒙古赤峰市 024000摘要：构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。本次研究针对地质构造应力场的测量方法水力压裂法、井壁崩落法、磁组构法进行分析，并对地质构造应场力分析原则进行阐述，继而进一步丰富构造应力场的理论。 关键词：地质构造；构造应场力；应场力引言：构造应力场就是在一个空间范围内构造应力的分布。构造应力场是作用在地壳某一地区内部的和由于这一地区某种变形的构造单元的发育而出现的应力总和。应力场是一种物理场，它和其他物理场，如重力场、电滋场、位势场等一样，也是物质存在的一种形式。场不是空间，而是在空间范围内某个物理量的按势分布。随着时间的变化，场内各点的强度和方向也将发生变化。构造应力场是地球动力学重要组成部分，是地壳动力学的主体部分，其研究对于构造分析研究、地震分析预报、工程抗震等领域都有着十分重要的理论和实践意义。 1.地质构造应力场概述 构造应力场概念是由我国地质学家李四光率先提出的。1947年李四光提出用构造形迹反推构造应力场，并研究各种不同力学性质的构造形迹与应力方向、应力作用方式之间的相互关系。1940年格佐夫斯基也提出研究构造应力场，并把用赤平投影求主应力轴方向的方法引进构造应力场的研究。1950年一1996年国内外地质工作者结合地震地质的研究工作开展了构造应力测量，经多年努力，通过野外与室内实测证实了构造应力的存在，并探索、研究了行之有效的构造应力测量技术方法，完善了构造应力测量的理论基础，建立了可靠的测量技术方法和数据处理系统。万天丰（1999）、武红岭（1999，2003）等将矿场构造应力场研究的方法延伸到盆地构造研究领域，取得了人量的研究认识和资料，极大地丰富了构造应力场研究理论，也为盆地构造应力场研究积累了丰富的地质认识和方法。1970年构造应力场的研究有长足进展，逐渐深入到地质学的多个领域。1980年以后，构造应力场问题越来越受到国内外地质学界的重视，研究内容多涉及板块、大陆，大洋地区的构造应力场。1990年以来，全球大陆与海洋科学钻探计划开始研究现今构造应力和古应力状态和岩石圈动力学问题。 2.地质构造应力场分析方法 构造应力场研究的主要内容是在确定各地的点应力状态（应力方向和应力大小）的基础上，研究在一定区域范围内各个构造活动时期的构造应力分布特征。古应力测量可通过构造形迹分析法、古地磁法、节理测量法来确定古构造应力作用方向，利用声发射法。晶格位错法等可确定古地应力值的大小（导致地层变形时的最大水平古应力）。现今应力测量可利用震源机制解法、水力压裂法、井壁崩落法等来确定现今构造应力最大主应力方向，利用声发射法、经验公式法可确定现今地应力大小。 2.1.1水力压裂法 水力压裂测量地应力的方法首先在美国发展起来，1977年B.Haimson在井深5.1Km处进行了水力压裂地应力测量。我国学者葛洪魁（1998）、康红普（2014）均在研究中采用水力压裂测量法进行验证。水力压裂（Hydraulic fracturing）地应力测量是通过在井眼周围地层中诱发人工裂缝来获取地应力的一种方法，测试精度受多种因素的影响，如测试层位筛选、施工仪器设备、施工方案的选择以及测试数据的分析等。 2.1.2井壁崩落法 井壁崩落椭圆法的理论依据为崩落椭圆是由地壳内的构造应力场形成的，所以二者之间存在确定的关系。它的基本原理是，由于地壳内存在水平差应力，致使钻井壁形成应力集中，在垂直于最大水平主应力（压应力为正）方向的井壁端切向应力最大，当该处切向应力达到或超过岩石的破裂极限强度时，即发生破裂，从而形成井壁崩落椭圆。1970年加拿大Bell在研究阿尔伯达油田四臂井径测量的地层倾角测井资料后，发现井眼扩大方向与区域内的最小水平主应力方向平行，Gough等也发现了这种现象。1985年，Zoboek使用井下电视观测证实了Boll的发现，并与B.Haimson等人对井眼崩落机制进行研究，说明了井壁崩落法是测量水平主应力方向的可行方法。shulnberger测井公司研究应用测井资料解释地层压力问题，并用于解释石油工程中的地层破裂压力、地层坍塌压力及油层出砂等问题。这种用测井资料解释地应力剖面的方法，己经能够解决石油工程中的许多问题。 2.1.3磁组构测量法 磁组构是指磁性颗粒或晶格的定向排列或组合，其实质是岩石磁化率各向异性。岩石磁化率各向异性是指岩石的磁化强度随方向的变化性质，包括感应磁化率各向异性与剩余磁化率各向异性。GrahamJ.w（1954）提出，儿乎所有岩石都可以观测到磁各向异性。研究表明，岩石的磁化率一般表现为磁化率数量椭球的形状和方向。椭球可以反映岩石内部铁磁性颗粒长轴的主要分布方向，与沉积搬运和充填方式、岩浆岩流动构造、变质岩类型和变质程度、页理、线理、褶皱轴方向等存在一定对应关系，是地史时期定向应力和温度作用的结果，是岩组分析和有限应变测量的重要手段之一。 3.地质构造应力场分析原则 3.1时间局限性原则 一般认为根据不同构造形变的切错和叠加等关系可以确定构造应力场的分期，即相对活动次序。可以根据组成构造形变的最新地层时代和角度不整合面之上的最老上覆地层的时代，来确定构造应力场作用的大致时间。如果有地层或侵入体同位素年代的资料时，构造应力作用的时间可以确定得更准确些。即使如此，构造应力作用的时间还是不可能确定得十分精确。 如果已知组成某一构造形变的最新地层年代和侵蚀了构造形变的不整合面之上的最老上覆地层的年代，构造形变肯定是在不整合形成期间发生的；但两个沉积地层的年代之间，发生了许多变化：老地层沉积之后要下沉、硬结成岩；受构造应力作用后造成构造形变；隆起遭受剥蚀；地壳重新下降，接受新的沉积。可以看出在整个不整合的形成过程中造成构造形变的构造应力作用只局限在一个较短的时间内。如果再考虑到同位素年代的不精确性（由于采样、测试方法等原因），要准确测定构造应力作用的时间实际上目前还难以实现。 3.2空间动态性原则
第一章研究区概况 第一节区域地质概况 一、区域构造特征 溱潼凹陷位于江苏省中部的苏北盆地，行政区划属江苏省姜堰市、泰州市、兴化市、东台市、江都市的部分地区。构造上属于苏北～南黄海盆地东台坳陷的一个次级构造单元（三级构造单元），位于东台坳陷区吴堡低凸起与泰州凸起之间，整体呈北东东向展布（图1-1-1）。北以吴堡～博镇断裂为界，东南部与泰州凸起以断层相接，西连江都隆起，东接梁垛低凸起，西北部与吴堡低凸起以斜坡相连，东北方向较开阔，过梁垛与白驹凹陷、海安凹陷相连，西南部较狭窄，是凹陷的收敛部位。面积约1200km2，新生界最大厚度约6000m。溱潼凹陷是一个在新生代拉张背景下形成的典型的南断北超的箕状凹陷，下第三系为南断北超、南深北浅的半地堑盆地结构，其上发育上第三系、第四系坳陷。 图1-1-1 溱潼凹陷区域构造图（据华东石油局，2002，简化） 溱潼凹陷自南向北划分为断阶带、深凹带、斜坡带三个构造带，其中斜坡带又可分为内斜坡带、坡垒带和外斜坡带（图1-1-2）。南部断阶带西南起姜小庄，东北至小凡庄，全长约60km，整体走向北东，部分被近东西向（个别为近南北向）断层错断。南部断阶带断裂系统十分发育，除有控制凹陷边界的大断层（Ⅱ级断裂）外，尚发育有次一级控制着构造和地层沉积特征的主干断层（Ⅲ级断裂），在平面上断裂走向大都以北东东向为主，少部分为北
东向。主干断层断距1000～2000m，剖面上表现为同沉积断层，在纵向上断开阜三段或阜一段，甚至泰一段。沿主干断层往往发育一系列同向北掉的次级正断层，断距小于500m，形成阶状结构，局部断层断距在40～200m，断层垂直断距在平面上具有两头小，中间大的特点，在阜宁组内断层上陡下缓，最大水平断距4000m以上。根据阶状结构的发育特征，可分成东段、中段和西段，自西向东分布有莫庄、祝庄、草舍和红庄四个断块体。在断阶带东段次级断层不甚发育，主要为一阶结构，主干断层下降盘发育有次一级羽状断裂，组成数个墙角状断块构造，已发现溪南庄油田和红庄油（气）田。中段是断阶带最复杂的断块，因次级断层的发育造成二阶甚至三阶状结构，沿次级断裂派生出来的断层极为发育，由此形成多个局部构造，在此段的高断阶上地层遭剥蚀程度较高，目前已发现草舍、陶思庄、角墩子、储家楼、洲城、祝庄、淤溪等7个油田。西段主要为三阶结构，勘探程度相对较低。 图1-1-2 溱潼凹陷南北向剖面图 深凹带沿港口－储家楼－时堰一线发育，其轴线与断层平行，在凹陷内发育北西向构造高点带，其中规模较大的有草舍－戴南－史家堡构造高点带，将深凹带分为时堰、储家楼两个深凹。深凹带内新生代地层发育齐全，厚度在5500m以上，历次构造运动表现不明显。北西向展布的负向构造带与各凹陷叠加地区是油气生成最主要地区，这种负向构造带与各凹陷叠加地区是油气生成最主要的地区，而且叠加作用加剧了各凹陷的沉积沉降，使这些交汇地区的生油岩厚度变大，埋藏加深，母质变好，温度、压力加大，生油气强度增高，成为油气生成的最主要地区。该带又是整个溱潼凹陷的油源所在地。各深凹的深浅、大小与断阶的规模呈正相关，轴向与主干断层平行。且深凹的位置多发育于断阶带两组不同方向断层的结合部。两深凹之间发育有构造高带。 斜坡带位于叶甸、边城、史家堡一线以北，可分为内斜坡带、坡垒带、外斜坡带。内斜坡带为斜坡带靠临深凹带的部分，发育一系列向深凹方向下掉的南掉正断层，下构造层地层在该带北部具逐渐减薄的趋势，而戴南组则在该带减薄甚至尖灭，已发现戴南、台南、兴圩、
第一章 1.（1）构造叠加：已变形的构造又再次变形而产生的复合现象。 （2）构造置换：岩石中的一种构造在后期变形中或通过递进变形过程被另一种构造所代替的现象。 2.构造变形的六种基本类型。 （1）伸展构造：水平拉伸应力或垂向隆升导致的水平拉伸应力下形成的构造。（裂谷、地堑-地垒、盆-岭构造、变质核杂岩等） （2）压缩构造：水平挤压形成的构造(褶皱、逆冲断层) （3）升降构造：岩石圈地幔物质垂向运动，导致地壳的上升和下降，区域性的隆起和拗陷(山系、高原；盆地) （4）走滑构造：顺直立剪切面水平方向（走向）滑动或位移形成的构造 （5）滑动构造：重力失稳引起的重力滑动构造（大型的平缓断层） （6）旋转构造：陆块绕轴转动形成的构造 各有特性，存在交叉和过渡 第二章 1.（1）真倾角与视倾角：倾斜平面上的倾斜线与其在水平面上的投影线之间的夹角为倾角，即在垂直倾斜平面走向的直立剖面上该平面与水平面间的夹角。视倾线与其在水平面上的投影线间的夹角称视倾角（假倾角）。 （2）倾伏向与倾伏角：某一直线在空间的延伸方向，即某一直线在水平面上的投影线所指示的该直线向下倾斜的方位，即倾伏向。直线的倾斜角，即直线与其水平投影线间所夹之锐角。 （3）岩层的面向：面向是指成层岩层顶面法线所指的方向，是成层岩系中岩层由老变新（由底面至顶面）的方向。 （4）砂岩墙：是碎屑岩墙的一种，是穿插贯入于沉积岩等岩石中的板状和脉状砂岩体。（5）平行不整合：又称假整合，主要表现是不整合面上下两套地层的产状彼此平行一致，但因时代间断而地层缺失。 （6）角度不整合：主要表现为不整合面上下两套地层间不仅有地层缺失，而且产状不同，褶皱形式和变形强弱程度不同，断裂构造发育程度和性质不同，上下两套地层的构造方位不同，上下两套地层的变质程度和岩浆活动也常有明显差异，上覆地层的底面切过下伏构造和不同时代地层的界面。 2.简答。 （1）确定岩层面向的原生沉积构造的标志。 交错层理：前积纹层的顶部多被截切，与层系面呈高角度相交，下部常逐渐变缓收敛，与地面小角度相交或相切 递变层理：单层中，从底面到顶面粒度由粗变细。递变层理的顶面与其上一层的底面常是突变的，没有明显的界面。 波痕:沉积物表面由于水和空气流动而形成的波状起伏不平的形态。（粉砂岩、砂岩、碳酸盐岩） 层面暴露标志:未固结的沉积物暴露在水面之上时，其表面会留下各种成因的暴露标志。（泥裂、雨痕） 生物标志 底面印模 p14 （2）“V”字形法则。
课时授课计划 掌握弯曲应力基本概念； 掌握弯曲正应力及弯曲剪应力的计算；掌握弯曲正应力的强度计算； 掌握弯曲剪应力强度校核。
I D (d
根据[M]，用平衡条件确定许用外载荷。 在进行上列各类计算时，为了保证既安全可靠又节约材料的原则，设计规范还规定梁内的最大正应力允许稍大于[σ]，但以不超过[σ]的5%为限。即 3、进行强度计算时应遵循的步骤 （1）分析梁的受力，依据平衡条件确定约束力，分析梁的内力（画出弯矩图）。（2）依据弯矩图及截面沿梁轴线变化的情况，确定可能的危险截面：对等截面梁，弯矩最大截面即为危险截面。 （3）确定危险点 （4）依据强度条件，进行强度计算。 第三节梁的剪应力强度条件 一、概念 梁在横弯曲作用下，其横截面上不仅有正应力，还有剪应力。 对剪应力的分布作如下假设： (1)横截面上各点处剪应力均与剪力Q同向且平行； (2)横截面上距中性轴等距离各点处剪应力大小相。 根据以上假设，可推导出剪应力计算公式： 式中:τ—横截面上距中性轴z距离为y处各点的剪应力； Q—该截面上的剪力； b—需求剪应力作用点处的截面宽度； Iz—横截面对其中性轴的惯性矩； Sz*—所求剪应力作用点处的横线以下(或以上）的截面积A*对中性轴的面积矩。 剪应力的单位与正应力一样。剪应力的方向规定与剪力的符号规定一样。 二、矩形截面横梁截面上的剪应力 如图所示高度h大于宽度b的矩形截面梁。横截面上的剪力Q沿y轴方向作用。 将上式带入剪应力公式得： 上式表明矩形截面横梁截面上的剪应力，沿截面高度呈抛物线规律变化。 在截面上、下边缘处y=±h/2,则=0；在中性轴上，y=0，剪应力值最大，
名词解释 第一章绪论 地质构造：组成地壳的岩层或岩体在内、外动力地质作用下发生的变形，从而形成诸如褶皱、节理、断层、劈理以及其他各种面状和线状构造等。 第二章沉积岩层的原生构造及其产状 层理:通过岩石成分、结构和颜色在剖面上的突变或渐变所显现出来的一种成层构造。 有：平行层理，波状层理，斜层理 几个概念：岩层、沉积岩层、层面（顶面、底面）、厚度、原生构造。 岩层与地层概念的区别 岩层的产状要素 走向：岩层面与水平面相交的线叫走向线。 倾向：岩层最大倾斜线在水平面上的投影方向。 倾角：岩层最大倾斜线与水平面的夹角。 整合：上、下两套地层层序没有间断。 不整合：上、下两套地层层序有间断，有地层缺失 1.平行不整合：表现为上、下两套地层的产状彼此平行，但在两套地层之间缺失了一些时代的地层。 2.角度不整合：上、下两套地层之间既缺失部分地层，产状又不相同 第三章地质构造分析的力学基础 外力：对于一个物体来说，另一个物体施加于这个物体的力，有面力和体力。 内力：是同一物体内部各部分之间的相互作用力。分固有内力和附加内力。 应力：作用于单位面积上的内力。 应力场：一系列点的瞬时应力状态 均匀应力场、非均匀应力场 构造应力场：地壳内一定范围内某一瞬时的应力状态 规模上：局部构造应力场、区域构造应力场、全球构造应力场 时间上：古构造应力场、现代构造应力场 应力轨迹：表示构造应力场中主应力和最大剪应力的作用方位的应力迹线 应力集中：在均匀应力场中局部的应力异常增大现象 应力集中一般出现在以下部位： 断裂的端点、拐点、分枝点、错列点和待交会点及空洞周围等。 光弹实验和数值计算可以显示出应力集中现象。 均匀变形：岩石的各个部分的变形性质、方向和大小都相同的变形称为均匀变形。 非均匀变形：岩石各点变形的方向、大小和性质变化的变形称为非均匀变形。 线应变：单位长度的改变量 横向线应变/纵向线应变=泊松比泊松比<=0.5 弹性变形：岩石在外力作用下发生变形，当外力解除后，又完全恢复到变形前的状态，这种变形称为弹性变形。 微观机制：岩石内部质点位移后获得一定的位能，外力解除后，可发生弹性变形回复或弹性回跳。 塑性变形（剩余变形或永久变形）：当应力超过岩石的弹性极限后，即使再将应力解除，变形的岩石也不能完全恢复其原来的形状，这种变形称塑性变形。
截面应力验算 4.6.1使用荷载作用阶段计算 （1）混凝土法向应力验算 此阶段为有预加力和全部恒载作用的阶段，通常是跨中截面上缘可能出现最大压应力和下缘最大拉应力（或最小应力）。 计算公式如下： s p g js g js y j y s W M M W M W M A N 021++ + - = σ s p g js g js y j y s W M M W M W M A N 021---+= σ 式中：N y 、M y —由有效预加力产生的预加内力； W js 、W jx —分别为对上、下缘的净截面抵抗矩； W 0s 、W 0x —分别为对上、下缘的换算截面抵抗矩； W g1、W g2—分别由第一期、第二期恒载产生的弯矩； M p —由活载产生的弯矩，有组合Ⅰ和Ⅲ的两种情况； 混凝土法向应力验算： 按规定，载使用荷载使用下，混凝土法向压应力极限值如下： 荷载组合Ⅰ： 0.5R a b =14MPa （见表10） 荷载组合Ⅲ： 0.6R a b =16.8MPa 在使用荷载（组合Ⅰ）作用下，全预应力梁截面受拉边缘由预加力引起的预压应力必须大于或等于由使用荷载引起的拉应力，即σh ≥0通过各截面上下缘混凝土法向应力计算，其结果表明受拉区（组合Ⅰ）都未出现拉应力，最大压应力为11.336MPa ，故符合上述各项规定。
（2）混凝土主应力验算 此项验算包括混凝土主拉应力和主压应力，对前者验算主要为了保证主梁斜截面具有与正截面同等的抗裂安全度，而验算后者是保证混凝土在沿主压应力方向破坏时也具有足够的安全度。计算混凝土主应力时应选择跨径中最不利位置截面，对该截面的重心处和宽度急剧改变处进行验算，所以选择1号梁的变化点截面，对其上梗胁、净轴、换轴和下梗胁等四处分别进行主应力验算： a.剪应力计算 计算公式： τ=τ g1 +τ p+g2 -τy 式中：τ—由使用荷载和弯起的预应力钢束在主应力计算点上产生的混凝土剪应 力； τ g1—第一期恒载引起的剪应力， 其中载截面净轴（j-j ） 上τg1= b I S Q j j j g -1； 在换轴（o-o ）上τ g1 = b I S Q j o o g -1； τ p+g2 —活载及第二期恒载共同引起的剪应力，其中在净轴（j-j ）上 j j b p g g p S I Q Q -++= 022τ；在o-o 上的o o b p g g p S I Q Q -++= 022τ； Q p —活载剪力，有（汽-20+人群）和挂-100两种情况； τy —预加力引起的剪应力，由钢束锚固时产生的和σs Ⅱ损失产生的剪应力 组合而成； 各项剪应力计算和组合情况见表22所示。 b.主应力计算 按规定，当只在主梁纵向有预应力时，计算公式为： 22)2 ( 2 τσσσ+-= hx hx zl 22)2 ( 2 τσσσ++= hx hx za 式中：σhx —预加力和使用荷载在计算主应力点上产生的混凝土法向应力，按σhx =σh ±σ计算； σh —在计算主应力点上由预加应力（扣除全部应力损失）产生的混凝土 法向应力，由钢束锚固时产生的和σs Ⅱ损失产生的法向应力组合而成
第四章弹性杆横截面上的切应力分析 § 4-3梁横力弯曲时横截面上的切应力 梁受横弯曲时，虽然横截面上既有正应力，又有切应力。但一般情况下，切应力 对梁的强度和变形的影响属于次要因素，因此对由剪力引起的切应力，不再用变形、物理和静力关系进行推导，而是在承认正应力公式（6-2）仍然适用的基础上，假定剪应力在横截面 上的分布规律，然后根据平衡条件导出剪应力的计算公式。 1.矩形截面梁 对于图4-15所示的矩形截面梁，横截面上作用剪力F Q。现分析距中性轴z为y的横线aa1 上的剪应力分布情况。根据剪应力成对定理，横线aa1两端的剪应力必与截面两侧边相切， 即与剪力F Q的方向一致。由于对称的关系，横线aa i中点处的剪应力也必与F Q的方向相同。 根据这三点剪应力的方向，可以设想aa i线上各点切应力的方向皆平行于剪力F Q。又因截面高度h大于宽度b,切应力的数值沿横线aa i不可能有太大变化，可以认为是均匀分布的。基于上述分析，可作如下假设： 1）横截面上任一点处的切应力方向均平行于剪hj力F Q。 2）切应力沿截面宽度均匀分布。 图4-15 图4-16 基于上述假定得到的解，与精确解相比有足够的精确度。从图4-16a的横弯梁中截出dx 微段，其左右截面上的内力如图4-16b所示。梁的横截面尺寸如图4-16c所示，现欲求距中性 轴z为y的横线aa1处的切应力。过aa1用平行于中性层的纵截面aa2C1自dx微段中截出 一微块（图4-16d）。根据切应力成对定理，微块的纵截面上存在均匀分布的剪应力。微块左右侧面上正应力的合力分别为N1和N2，其中
y 1dA 。 A * 由微块沿x 方向的平衡条件 这样，式（4-32）可写成 N 1 I dA A * My 1 dA Ms ； z A * I z (4-29) N 2 II dA (M dM)y 1dA A * A * I z (M dM)。 * ^n^Sz (4-30) 式中，A 为微块的侧面面积， （ii ）为面积 A 中距中性轴为 y i 处的正应力， 将式 N 1 N 2 （4-29）和式（4-30）代入式 dM * nr S z bdx 0 4-31)，得 bdx 0 dM S ； dx bI z (4-31) 因 F Q , dx ，故求得横截面上距中性轴为 y 处横线上各点的剪应力 * F Q S Z bn (4-32) 式（4-32）也适用于其它截面形式的梁。式中， F Q 为截面上的剪力; I z 为整个截面 对中性轴z 的惯性矩；b 为横截面在所求应力点处的宽度; S y 为面积A *对中性轴的静矩。 对于矩形截面梁（图4-17），可取dA bdy i ，于是 * S z y i dA A 2(h y 2) 电( h! y 2) 上式表明，沿截面高度剪应力 4-17 ）。 按抛物线规律变化（图 在截面上、下边缘处，y= ± h , =0；在中性轴上，y=0， 2 切应力值最大，其值为 ■ 1 1 r 尸蛰 T *17 A" y 图 4-17 * S z 0,得
构造应力：地壳构造运动在岩体中引起的应力。 1）一般情况下地壳以水平挤压运动为主。所以，构造应力主要是水平压应力；2）构造应力分布很不均匀，主应力的大小和方向往往变化很大； 3）岩体中的构造应力有明显的方向性，通常，σ2 ≠σ3； 4）岩体中的构造应力普遍存在如下规律：最大水平应力>最小水平应力 >垂直应力； 5）构造应力在坚硬岩层中出现一般较普遍。 复合式衬砌指的是分内外两层先后施作的隧道衬砌。在坑道开挖后,先及时施作与围岩密贴的外层柔性支护(一般为喷锚支护)，也称初期支护，容许围岩产生一定的变形，而又不致于造成松动压力的过度变形。待围岩变形基本稳定以后再施作内层衬砌（一般是模筑的），也称二次支护。两层衬砌之间，根据需要设置防水层，也可灌筑防水混凝土内层衬砌而不做防水层。 地铁：the subway 火车：train 动车：bullet train 隧道：tunnel 福建的典型土壤是红壤和赤红壤，土壤脱硅富铝化作用和生物物质循环均较活跃，风化淋溶强烈，铁的游离度较高，使得土壤呈现红色。由于它的土壤状况良好，而且又有着温和的气候，是一个水果之乡，由于红壤属于酸性土壤，适合种植茶叶，所以茶叶是福建的传统特色产品，茶叶总产居全国第一，乌龙茶就是在福建栽培出来的。 上海地区土壤其酸碱性质多为中偏碱性，其中强碱性土壤分布在东部沿海新垦区，面积约占0.93%酸性土壤仅在上海西部残丘和洼地有零星分布，面积仅占0.07‰绝大部分地域的土壤PH值约在7.0-8.5之间，这类土壤面积约占80.2%多分布在上海的中西部地区。 读研原因（reasons for my choice） There are several reasons. I have been deeply impressed by the academic atmosphere when I came here last summer.In my opinion,as one of the most famous ******in our country,it provides people with enough room to get further enrichment.This is the first reason. The second one is I am long for doing research in ******throughout my life. It's a pleasure to be with my favorite ******for lifetime.I suppose this is the most important factor in my decision. Thirdly,I learnt a lot from my *****job during the past two years.However,I think further study is still urgent for me to realize self-value.Life is precious.It is necessary to seize any chance for self-development,especially in this competitive modern world. In a word,I am looking forward to making a solid foundation for future profession after two years study here. 研究生期间的计划（plans in the postgraduate study）
《应力场分析与裂缝预测》教学大纲 （2004年制定，2012年第二次修改） 课程名称：应力场分析与裂缝预测 课程英文名称：Stress Field Analysis and Fracture Prediction 课内学时：32 课程学分：2 课程性质：学位课开课学期：每学年第一学期 教学方式：课堂讲授考核方式（考试/考查）：考试 大纲执笔人：曾联波主讲教师：曾联波 师资队伍：曾联波、童亨茂、陈书平 一、课程内容简介 《应力场分析与裂缝预测》是地质学专业和资源勘探与地质工程专业硕士研究生的一门专门课程。讲授古、现应力场和储层裂缝的研究方法及其在油气勘探与开发中的应用，包括应力与应力场的基础概念、古构造应力场分析方法、现今地应力测量方法、裂缝的基础知识，裂缝定量预测方法、古应力场在油气勘探中的应用、现今地应力和裂缝在低渗透油气田开发中的应用。本门课程为32学时，2学分。 二、课程目的和基本要求 课程的目的是培养学生掌握古、今应力场分析与储层裂缝预测的基本理论和方法分析油田应力场分布及进行储层裂缝预测的基本能力。《应力场分析与裂缝预测》课程涉及构造地质学、地质力学、储层地质学、岩石力学、石油地质学和油气藏工程等多方面的基本知识，要求学生系统学习了大学本科地质类专业的构造地质学、固体力学、石油地质学和储层地质学等课程。 学完本课程后，应达到以下基本要求： 1．了解应力、应力场和裂缝的基本概念及基本分布特征； 2．掌握古应力场研究方法及进展，并能运用这些基本方法分析油田古应力场分布和指导油气勘探； 3．掌握现今地应力测量方法，并能运用这些方法分析低渗透油气田的地应力分布和指导油气田开发。 4. 掌握储层裂缝的研究和预测方法，并能运用这些方法研究和预测低渗透储层裂缝的分布规律。 三、课程主要内容 §1. 应力场分析和裂缝预测的基础知识（4学时） §1.1应力、应力场和裂缝的基本概念。 §1.2应力场和裂缝研究的基本内容与方法。 §1.3应力场分析和裂缝预测的研究现状与发展趋势。 §1.4应力场分析和裂缝预测的研究意义。 §2. 现今地应力测量方法（4学时） §2.1现场地应力测量方法。 §2.2岩心地应力测量方法。 §2.3测井地应力分析方法。 §2.4地应力的分布规律及影响因素 §3. 古构造应力场分析方法（6学时） §3.1古构造应力方向分析方法。
科技信息2011年第27期 SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION 华北地区构造应力场研究 李富涛1孟昭焕2贾宝刚1 (1.山东省煤田地质局物探测量队山东泰安271021；2.莱芜市国土资源局山东莱芜271100) 【摘要】本文结合相关数据、模型和软件分别利用重力场、重力垂线偏差与构造应力场的内在关系式对华北地区陆地构造应力值进行了计算，通过对相关数据结果进行对比分析，总结并得出了华北地区重力总水平梯度、构造应力场和研究方法本身的一些规律和特征。 【关键词】重力场；重力水平梯度；垂线偏差；构造应力 0引言构造应力场是地球动力学研究领域一个重要的组成部分。由于我 们不能直接测量得到浅层地表以外的岩石圈构造应力场，一些学者于 是另辟蹊径，以可以直接测量得到的相关区域重力数据为参考，通过 研究构造应力场与重力场之间的内在关系的方法而最终获得构造应 力场数据。在这方面，典型的代表人物有游永雄、向文、方剑等。游永雄 曾利用重力场研究了包括华北地区在内的多个地区的构造应力场情 况，本文即利用近似方法专门针对华北地区东经[106°，124°]、北纬[31° 43°]范围的大陆构造应力场进行更加细致地研究[1]，以期使得对该区 域构造应力场及其变化规律和研究手段本身认识得更加详尽。 1 重力和垂线偏差场转换构造应力场公式1.1利用重力场计算华北地区构造应力场 游永雄推导了重力场转换构造应力场的公式即[2]：Δσxx ＝g ρx ，y m g x （1）其中，Δσxx 代表构造应力；g 为正常重力；f 为引力常量；ρx ，y 为均衡 改正的单位均衡柱体密度；ρm 为地幔密度；g x 为重力总水平梯度，其水 平分量Δg x 和Δg y 值可用下面公式计算[2][3]： Δg x ＝－1＋∞－∞乙＋∞－∞乙（x－x＇）Δg z ［（x－x＇）2＋（y－y＇）2＋H 2］32dx＇dy 'Δg y ＝－12π＋∞－∞乙＋∞－∞乙（y －y ＇）Δg z ［（x－x＇）2＋（y－y＇）2＋H 2］ 32dx＇dy 乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙'（2）Δg z 是得到的重力异常值，x＇和y '是流动坐标，遍及整个测量区 域，H 是空间延拓高度， 积分面积可以有限化和离散化，以适应计算，本文即以离散化后 2度范围为积分区域来计算。 求g x 的值的计算式为：g x =(Δg x )2+(Δg y )2 姨（3）1.2利用重力垂线偏差计算构造应力场公式 利用垂线偏差计算构造应力场公式如下[2]： Δσxx ＝-g 24πf ρx ，y ·u ρm ·ρ （4）式中，u 代表重力垂线偏差；ρ=206265rad ·s 。 u 的值根据下式计算[4]：u =（ξ2+η2） 1/2（5）其中，ξ为南北垂线偏差（垂线偏差子午圈分量）；η为西东垂线偏 差（垂线偏差卯酉分量）。 2 计算华北地区构造应力场2.1利用重力场计算华北地区构造应力场 本文利用华北地区5′×5′分辨率的DTM 数据、360阶重力场模型 EGM96并借助于PALGrav1.0软件[5]求得该区域布格重力异常值Δg z ， 然后计算得到重力总水平梯度g x 。在此基础上，再利用重力延拓知识[6]， 并根据式（1）分别计算得到了华北地区地表、20公里和40公里深度 处的构造应力值。以下分别是该区5′×5′分辨率DTM 图、重力总水平 梯度图和地表、20公里、40公里深度构造应力场图。 2.2利用重力垂线偏差计算华北地区构造应力场 利用上述同样DTM 数据、重力场模型和软件计算南北垂线偏差 ξ和东西垂线偏差η，然后计算重力垂线偏差u 。根据公式（4）进一步 计算得到该区构造应力值。以下分别是利用垂线偏差计算得到的华北 地区重力总水平梯度图和地表构造应力场图。3分析和讨论 图1华北地区DTM 图（单位：m ）图 2 华北地区重力总水平梯度矢量图（单位：E ） 图3华北地区重力总水平梯度等值线图（单位：E ）图4华北地区地表构造应力场矢量图（单位：MPa ） ○科教前沿○
地壳动力学在石油开发中的应用 ———(四)构造应力场与石油勘探 安 欧 (中国地震局地壳应力研究所 北京 100085) 摘要 本文综述了构造应力场在石油勘探中的应用,包括油田应力测算、成藏构造分析、裂缝分布估测、有利应力区划等,这些正是分析形成油藏的诸因素,用地壳动力学的理论对认识石油生、运、储系统以及油藏的形成帮助我们找到更多的高产油田。 一、油田应力测算 11构造应力场测量 (1)古构造应力测量 要分析测区石油在地质时期的生成、运移、储集规律,须测量该时期的古构造应力场。裂面擦痕法可用来测量古构造应力场中主应力大小和方向。若地区的地形高差小,剪裂面上的擦痕产状受后来构造运动的影响不大,则由区内露头和定向岩心上同一地质时期形成的剪裂面上擦痕方向的统计,可求得裂面形成时期构造应力主分量的方向和大小。 把地理坐标系O 2X YZ 的原点O 取在剪裂面上,X 轴向东,Y 轴向北,Z 轴铅直向上(图1)。图1 岩体剪裂面上盘单位滑动矢量方向在下盘裂面上的几何表示剪裂面的方位用单位法向矢量n 表示,n 在水平面上投影的指向为倾向,用与X 轴的夹角θn 表 示,从X 轴到此投影以逆时针方向为正;n 与水平 面的夹角
相关主题
文本预览