0 引言

古构造应力场是指地质时期的构造应力场，它是地层中现存一切岩体构造变形(如断裂、褶皱、裂缝等)形成的直接因素。通过多种地质方法反演古构造应力场方位，并利用应力场转换来重建某一地区构造演化历史是目前古构造应力场反演的主要思路。反演古构造应力场的方法较多，常用的古构造应力场重建方法主要有通过统计分析构造形迹的走向和夹角，来判断主压应力或张应力方向。如常用玫瑰节理判断张裂隙走向进而对最大主压应力方向进行判断。另外利用初始共轭节理的夹角平分线方向，直纵弯褶皱轴面的方向等均可指示最大主压应力方向[1-2]。目前最为常用的古构造应力场方向方法为利用共轭节理确定，其在构造应力场反演中已经得到了有效的运用[3-4]。同时古构造应力决定了地层中裂隙、断裂的产生和发育情况[5-8]。对于煤层来讲，古构造应力控制着隔理的样式[9-10]，古构造应力的发育情况对煤储层的渗透率具有较大的影响[11-12]。因此开展古构造应力场的研究，对煤储层特征描述及煤储层渗透性分析具有重要的理论和实际意义[13-15]。本次研究以大宁—吉县地区古构造恢复为目的，通过现场采集割理数据，利用赤平投影方法统计分析了大宁—吉县地区最大主应力及最小主应力方向，并对研究区的古构造应力场进行恢复。

1 研究区概况

大宁—吉县地区位于山西吕梁山南部，行政区划属于吉县、大宁、蒲县三县县境，南跨乡宁县，北接隰县部分地段。研究区呈长方形，呈南北向展布，如图1所示。北以署益—隰县为边界，西部以割麦—曲峨为边界，南部以兰家河—曹井—明珠为边界，东南部和台头区相连接，东部为近南北向的紫金山断裂带。

  

图1 研究区地理位置示意图

大宁—吉县地区位于华北地台之上，属台地型构造盆地。从晚古生代、中奥陶末期、二叠系一直到三叠系后期、燕山期、喜马拉雅期，鄂尔多斯盆地的构造特征都在不断变化演化。其中下第三纪末发生了以断裂为主的喜马拉雅运动，使本区的构造进一步复杂化，出现了更多的断裂，构成了现代地貌的基本轮廓。

发现问题的一个月前，患者在吃晚饭时，不小心咬到了舌头，还出了血，他并没放在心上。几天后，他发现咬破的地方长出了一个溃疡，便用了些消炎药。但吃了十多天消炎药后，舌头上的溃疡不但没好转，还越来越大，越来越痛。到医院取活检，结果提示为：（左舌缘）高分化鳞状细胞癌。

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2 研究方法

2.1 主应力方向确定方法

根据节理统计和盆地内部褶皱分析等成果，均一致反映研究区自中生代以来先后主要经历了燕山期和喜山期构造应力场作用。

通过赤平投影的原理将每期共轭剪节理投影到研究区范围内，古构造应力场的最大主压应力轴(s1)与最小主压应力轴(s3)都位于共轭的两组剪节理的角等分线上，中间主压应力轴(s2)则和两组节理的交线重合。

  

图2 共轭剪节理、擦痕、主应力方位空间关系s1、s2—共轭剪节理；K—擦痕；σ1—最大主应力；σ2—中间主应力；σ3—最小主应力

2.2 古构造应力差值计算

计算古构造应力差值的方法较多，徐凤银等根据共轭剪节理与剪裂角之间的关系建立了下式[16]：

 

(1)

 

(2)

式中：σ1，σ3—分别为最大、最小主应力；s1—岩石的抗压强度；K—岩石的初始抗剪强度；θ—剪裂角。

例如：教师在对学生进行气候讲解的时候，可以对学生进行提问，让学生思考自己所在地区的气候特征，春夏秋冬四个季节的降水是怎样变化的，学生在教师的引导之下可以积极主动的进行问题的思考，能够更好地理解气候特征的相关知识。

(3)

利用以上公式结合表1，即可确定研究区的最大主应力差值。

 

表1 岩石物理力学性质

  

岩石名称抗压强度/MPa抗张强度/MPa抗剪强度/MPa泥岩8 310 631 43砂质泥岩21 474 515 19砂岩78 894 710 88灰岩94 082 94-5 8816 67

3 研究结果

3.1 研究区主应力方向

通过对大宁—吉县区野外露头节理裂隙观测，分出5组平面剪节理，其代表性产状分别为EW向(80～100°)、NNW(150～170°)向组、近SN向、NNE向(10～30°)和NEE向组(50～80°)和2组张性节理，分别是NW向(120～150°)和NE向(30～50°)，如图3(a)所示。节理倾向主要有以下：NNW向、近N向、NNE向、SEE向、SSE向、近S向、SW向和近W向或SWW向；倾角范围63～90°，平均72°，如图3(b)所示。

  

图3 研究区节理走向玫瑰花图，(a)节理倾向玫瑰花图，(b)倾角玫瑰花图

配套分析结果确定为两套共轭剪节理，即EW向(80～100°)和NNW(150～170°)向组，近SN向和NEE向组(50～80°)。节理组相互切割关系和错动关系主要指示最大挤压应力方向分别为北西—南东向和北东—南西向。在北西—南东向作用下形成北北东向或北东向挤压构造和北西向张性断裂，在北东—南西向作用下形成北东—南西向张性断裂。

研究显示，燕山期构造应力场在区内最发育，最大挤压应力方向为北西西—南东东向，平均产状为127∠13°，最小主应力轴产状为35∠8°，岩石破断角平均为57°，最大主应力与小主应力差值平均为21.3MP，如表2所示。

简化后得到最大主应力差值(σ1-σ3)的计算公式为：

3.2.1 燕山期古应力场特征

3.2.2 喜山期古应力场特征

  

图4 大宁—吉县区块节理极点等面积密度投影图

3.2 研究区古构造应力场恢复

共轭剪节理是极常见的小型构造形迹，数量多、分布广、野外观测容易。节理密度受到构造应力大小的控制。在构造应力集中的地带，如褶曲转折部位及断层带附近，节理的密度相对要大得多。共轭剪节理与主应力轴之间存在较好的对应关系如图2所示。配套后的两组共轭剪节理的锐角平分线指示当期构造应力场的s1方向，相应的其钝角平分线指示的是当期构造应力场的s3的方向，两组共轭剪节理的交线指示的是s2的方向。因此，利用足够数量观察点进行共轭剪节理统计所得到的三向主应力轴方位，可以较好的反应主应力方位的空间变化。

大宁—吉县区块内的背斜和向斜轴向主要为北东或北北东向展布，其中以北东或北北东向宽缓背斜、向斜构造为主，常呈等间距分布。褶皱构造所反映的构造应力场特征总体表现出最大主压应力方向为北西西—南东东向。

分期研究表明，指示北西—南东向的EW向(80～100°)或NWW向(100～120°)和NNW(150～170°)或近SN向组共轭剪节理和NW向(120～150°)张性断裂形成的时间最早，为第一期节理系；第二期节理系由近SN向和NEE向组(50～80°)剪节理和NE向(30～50°)的张性节理组成；其多被其他节理限制或错切其他节理，发育时间最晚。其中节理优势方位有三组：近NW-SE向、近EW向，以及NEE-SWW向，如图4所示。

各联邦机构的组织结构、任务和项目申请程序都不尽相同，且各机构的绝大部分经费以学科分类为基础对科研项目进行资助，即便部分联邦机构针对会聚项目拨付专项资金，其资助额度也有限且难以保持稳定。如果多个研究小组联合申请某一联邦机构的会聚项目，由于研究人员处于不同学术部门，很难权衡项目资金的划分；如果资助方涉及多个联邦机构，则更进一步增加了资金分配的难度。因此，要实现对会聚项目稳定、有效的资助，须对联邦政府机构现有资助形式进行大幅度调整，甚至颠覆现有规则[9]。

喜山期应力场最大挤压应力方向为北北东—南南西向，最大主应力轴统计平均方位为43∠8°，最小主应力轴产状为131∠7°，岩石破断角平均为50.6°，最大主应力与小主应力差值平均为18.1 MPa，如表3所示。

SMA是一种骨架密实型结构混合料，经大量实践证明，SMA型结构具有优异的高温稳定性，适合用于长大纵坡路段路面施工。本文所用SMA—16型级配矿料配比如表3所示。

 

表2 燕山期大宁—吉县区块共轭剪节理统计分析结果

  

点号节理组Ⅰ(°)节理组Ⅲ(°)σ1(°)σ2(°)σ3(°)岩石破断角β/(°)S1-S3/MPa1241∠85150∠86107∠496∠8516∠26223 64282∠82186∠88141∠298∠8244∠652185135∠82274∠81114∠1089∠8225∠45619 86260∠79336∠61113∠2784∠6224∠66123 17270∠82315∠85115∠589∠8515∠46728 48255∠74320∠87107∠4108∠8516∠45921 7975∠78329∠80113∠1092∠8023∠56526 410266∠85313∠64121∠3586∠6531∠305519 51260∠70313∠79101∠22104∠7612∠75720 513325∠8830∠88176∠1690∠8886∠34515 814320∠6456∠80194∠1471∠68102∠265318 516267∠82330∠86118∠1191∠8629∠35720 3平均127∠1335∠85721 3

 

表3 喜马拉雅期大宁—吉县区块共轭剪节理统计分析结果

  

点号节理组Ⅰ(°)节理组Ⅲ(°)σ1(°)σ2(°)σ3(°)岩石破断角β/(°)S1-S3/MPa3200∠79112∠8954∠12105∠68145∠114515 66260∠79336∠6166∠6105∠83146∠55117 67270∠82188∠7964∠10105∠80143∠64315 2975∠78355∠7438∠793∠80119∠124014 510266∠85313∠6441∠519∠85138∠25017 211258∠802∠8341∠1334∠87139∠2542013233∠8630∠8843∠2439∠76131∠15720 414334∠8056∠8015∠1105∠77105∠134114 815285∠83229∠8777∠427∠83166∠66122 916232∠89330∠8612∠336∠86107∠15820 918244∠85344∠7625∠7264∠85114∠124816 5519348∠81257∠8634∠498∠80124∠95921 5平均43∠8131∠750 618 1

3.3 研究区古构造应力场分析

通过以上共轭节理的统计和观测，为古构造应力场的分析提供了扎实的基础数据，根据分析做出大宁—吉县地区古构造应力场演化图。在燕山期，在应力作用下形成北北西向张性断裂和北西和近东西向的剪切断裂；与应力状态相匹配，形成北东向压性构造，研究区内呈北东展布的逆冲断层和其内部北北东向的宽缓褶皱，均是这次变形的结果，如图5所示。这期构造应力场发生与燕山运动中期，在山西省普遍存在。这也是研究区中生代以来最强烈的一次变形,野外地质调查、显微构造形迹、岩组分析、磁性组构分析结果均以反映该期构造应力场的信息为主。

在喜山期，在应力作用下形成北东向张性断裂和北东东和近南北向的剪切断裂，如图6所示。区内北东向断裂与该期应力场最小挤压应力迹线近于垂直，沿此方向应力松弛，导致前期挤压构造负反转，使区内发育了呈北北东向展布的正断层。近东西向或北东东—南西西)的剪切断裂在上述应力状态作用下，发生正断层活动。

  

图5 大宁—吉县区块燕山期构造应力迹线图

4 结论

(1) 通过野外节理实测结合赤平投影分析，节理组相互切割关系和错动关系主要指示最大挤压应力方向分别为北西—南东向和北东—南西向。

(2) 大宁—吉县地区主要经历了燕山、喜山两期古构造运动。其中燕山期构造应力场在研究区内最发育，最大挤压应力方向为北西西—南东东向，平均产状为127∠13°，最小主应力轴产状为35∠8°。喜山期应力场最大挤压应力方向为北北东—南南西向，最大主应力轴平均方位为43∠8°，最小主应力轴产状为131∠7°。

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图6 大宁—吉县区块喜马拉雅期构造应力迹线图

参考文献:

[1] 乐光禹，杜思清，黄继钧，等.构造复合联合原理:川黔构造组合叠加分析[M]. 成都:成都科技大学出版社，1996.

[2] Shi We, Zhang Yueqiao,Dong Shuwen, Wiesinger M，et al.Intra-continental Dabashanorocline， southwestern Qinling， central China[J].Journal of Asian Earth Sciences，2012(46):20-38.

[3] 刘顺，刘树根，李智武，等.南大巴山褶断带西段中新生代构造应力场的节理研究[J].成都理工大学学报( 自然科学版), 2005, 32( 4) :345-350.

[4] 刘树根，李智武，刘顺.大巴山前陆盆地—冲断带的形成演化[D].北京:地质出版社，2006.

[5] 叶建平，秦勇，林大扬，等.中国煤层气资源[M].徐州：中国矿业大学出版社，1998:13-15.

[6] 姜波，秦勇，琚宜文，等.煤层气成藏的构造应力场研究[J].中国矿业大学学报，2005, 34(5):564-569.

[7] Meng Zhaoping, Zhang Jincai, Wang Rui.In-situ stress, pore pressure, and stress-dependent permeability in the southern Qinshui basin[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2011(48):122-131.

[8] Chester R M, AMAR C B, Robert A K.Stress-dependent permeability and Porosity of coal[J].Rocky Mountain Association of Geologist, 1998:143-453.

[9] Kulander B R, Dean S L.Coal-cleat domains and boundaries in the Allegheny Plateau of West Virginia [J].AAPG Bull, 1993(77):1374-1388.

[10] Laubach S E, Marrett R A, Olson J E, et al.Characteristics and origin of coal cleat:a reviw [J].J.Coal Geol, 1998(35):175-207.

[11] Karacan C O, Okandan E.Fracture/cleat analysis of coals from Zonguldak Basin(northwestern Turkey) relative to the potential of coalbed methane production[J].J.Coal Geol, 2000(44):109-125.

[12] Condon S M.Fracture network of theFerron sandstone member of the mancos shale[J].J.Coal Geol, 2003(56):111-139.

[13] 陈飞，姜波，曾春林，等.大宁—吉县地区构造应力场研究及对煤层气分布的影响[J].中国会议，2007：104-109.

[14] 陈刚，赵庆波，李五忠，等.大宁—吉县地区地应力场对高渗区的控制[J].中国煤层气，2009,6(3):15-20.

[15] 姜波，汪吉林，屈争辉，等.大宁—吉县地区地应力特征及其对煤储层渗透性的影响[J].地学前缘，2016,23(3):17-23.

[16] 徐凤银, 张光超.相关节理及其在断层定量预报中的应用[J].矿业安全与环保, 1990(4):35-38.