鄂尔多斯盆地构造应力场特征及其构造背景

收稿日期 : 2005 - 09 - 14;改回日期 : 2005 - 12 - 04 基金项目 :国家重大基础研究前期研究专项项目 (2002CCC01400) ;国家重点基础研究发展项目 (973项目 ) (编号 2003CB214601). 第一作者简介 :徐黎明 (1962 - ) ,男 ,在读博士生 ,高级工程师 ,主要从事油气勘探地质综合研究.
点应力状态 (实线代表最大主应力方向 ,虚线代表最小主应力方向 ) F ig. 2 M ap show ing the Indosin ian tecton ic stress f ields of O rdos Ba sin
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和石英变形纹资料 ,分析了鄂尔多斯盆地周缘地区 印支期古构造应力场 (表 2) 。由表 2 可知 ,鄂尔多 斯东缘地区主压应力轴方位呈 NNE2SSW ,北缘地区
测点
σ1 σ2 σ
3
泾阳口镇 12°∠11°
σ2≈σ3
乾县铁佛南北村
14°∠16° 221 °∠72 ° 109°∠7°
扶风法门方山
194 °∠9 ° 320 °∠76 ° 102 °∠12 °
岐山曹家沟 19°∠18°
111 °∠18 °
凤翔长青南湾
189°～203°∠45°- 23° 54°～100°∠59°- 69° 288°～293°∠19°- 21°
加里东旋回的早期拉张阶段 ( ∈2 - O2 ) (林畅 松等 , 1995;汤锡元等 , 1992) , 主要表现为盆地南侧 秦祁海槽和贺兰坳拉槽的形成 ,鄂尔多斯盆地南缘 具被动大陆边缘特征 ,属陆缘海环境 。盆地北侧为 处于扩张时期的中亚 - 蒙古海槽 ,也以拉张沉降为 主要形式 。在上述拉张应力作用下 ,盆地的主要变 形是沉降 。中奥陶世晚期 , 盆地南侧的秦祁洋盆向 北俯冲而北侧的中亚 - 蒙古洋盆向南俯冲 ,在南北 两侧水平挤压力作用下 ,华北克拉通开始隆升 ,整体 遭受了长期的风化剥蚀 , 这 种构造作用持续到早石炭世 末 。在志留纪末期 , 秦岭 陇西 - 中祁连微型板块 、柴 达木板块与华北 - 阿拉善板 块相继碰撞 ,产生了巨大侧 向水平挤压力 。在此板块运 动构造背景下 , 盆地近东西 向的挤压作用是次要的 , 而 近 SN 向 的 挤 压 是 主 要 的 。 从而在鄂尔多斯盆地形成了 近南北向的区域性的挤压构 造应力场 ,这与横亘中国中 部呈近东西向展布的祁连 北秦岭加里东构造带形成有 关 ,并在鄂尔多斯南缘地区 形成了一些近东西向的压性 构造 (周鼎武等 , 1994; 李江 涛 , 1996) 。
征 (图 2) 。由图 2可看出 ,鄂尔多斯西北缘青铜峡 乌达一带 , 最大主压应力方位呈 NW 2SE向 ,这应与 处于南北挤压状态的阿拉善刚性地块向东滑移挤压 有关 。但是其主压应力方向与图中所反应的主应力 方向并不重合而是有一定角度 ,这可能与鄂尔多斯地 块古生代以来的旋转 (吴汉宁 , 1993;马醒华等 , 1993) 有关 ;吴旗 - 延川以南的鄂尔多斯盆地南部地区最大 主压应力方位呈 NE或 NNE方向 ,这与西南缘印支期 古六盘山弧形构造带的形成有关 (L iu, 1998;张进等 , 2003, 2004) ;吴旗 - 延川以北地区 ,印支期最大主压 应力方位呈近 SN方向 ,它主要受控于蒙古 - 兴安地 区的印支再造山运动 (任纪舜 , 1989) 。 王润三等 ①曾利用岩层中方解石的 e2机械双晶
通过观察研究发现喜马拉雅期构造应力场主要 是形成 NE和 NW 两组共轭剪节理和 NNE 方向的 张节理 ,并使先前 (喜马拉雅期之前 )形成的 NNE、 NE和 SN 向的挤压性剪节理发生构造性质的反转 , 转变成为张节理 ,近 EW 向 、NW 向 、NWW 向的剪节 理转变成为压剪性质 。燕山期构造应力场主要形成 NNE、NE和 SN 向的挤压性剪节理及近 EW 向 、NW 向 、NWW 向的剪节理 ,并使先成 (燕山期之前 ) 的 NW 和近 EW 向剪节理发生构造性质反转 ,转变成 为张剪节理系统 。印支期主要形成 NNW 向和 NEE
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百度文库
第 30卷
向两组裂缝系统 ,但由于边界条件的不同 ,在盆地的 不同构造部位形成了不同方向的裂缝系统 。同时还 发现喜山期形成的节理不发育充填物 ,而印支期与 燕山期形成的节理有方解石充填 。在此基础上对盆 地不同期次构造应力场形成的节理进行区别 、筛选 和测量 (每一组节理测量数据不小于 30 个 ) ,对所 测量的产状利用吴氏网进行校正 , 消除由于地层倾 斜造成的偏差 ,并进行主应力轴解析 ,求出主应力轴
1. 1 加里东期古构造应力场 加里东期古构造应力场可通过该时期形成
的宏观和微观构造特征分析来进行 。 在盆地南缘陇县 - 铜川之间 (主要是泾阳 、
乾县等地 )普遍可见二叠系高角度不整合于下 古生界和前寒武系不同层位之上 ,期间缺失志 留系 - 石炭系 。不整合面之上的上古生界及其 以上地层变形以宽缓褶皱为主 ,而不整合面以 下的下古生界褶皱 、冲断变形强烈 ,并伴有劈理 化和轻微区域变质作用 。下古生界的各种构造 形迹均呈近 EW 或 NWW 向展布 ,反映加里东期 南缘地区近 SN 向或 NNE 向的挤压应力场状 态 。从秦岭到鄂尔多斯盆地本部构造变形强度 逐渐减弱 ,反映了盆地南缘从南而北构造应力 场依次减弱 ,这是祁连 - 秦岭板块与华北板块 碰撞所致 。
0 引 言
鄂尔多斯盆地位于中国大陆的中部 (图 1 ) ,是 一个多旋回沉积型克拉通类盆地 ,矿产资源十分丰 富 (潘爱芳等 , 2005) 。盆地古生代以来经历了多次 重大构造事件的影响 ,在不同时期形成了不同特征 的构造应力场 。关于鄂尔多斯盆地构造应力场的研 究 ,前 人 作 过 不 同 程 度 的 研 究 工 作 (汤 锡 元 等 , 1988, 1992;中国煤田地质总局 , 1996; 张泓 , 1996 ) , 本文在前人研究成果基础上 ,通过大量野外节理和 断层产状的观测以及构造形成序列或期次的重新确 定 ,进一步分析了不同期次构造应力场 ,并探讨了各 期次应力场形成的板块构造背景 。
和王薇 , 2003) ,文中没有给予定性 。
1 加里东期古构造应力场及其 形成的构造背景
图 1 鄂尔多斯盆地构造单元图 1 - 盆地边界 ; 2 - 构造单元界线
F ig. 1 M ap show ing the tecton ic un its of O rdos Ba sin
(1. 西北大学地质学系 ,陕西 西安 710068; 2. 长安大学资源学院 ,陕西 西安 710054)
摘 要 :通过大量断层和褶皱的野外观测以及构造形成序列的确定 ,同时考虑盆地形成演化过程中板块动力学背 景 ,并结合前人的研究成果 ,开展了鄂尔多斯盆地古构造应力场的研究 。研究表明 :盆地区域主压应力场方向在加 里东期呈 NNE2SSW 向和近 SN向 ,主要是晚奥陶世以来秦岭洋盆向北俯冲并与华北板块碰撞的结果 ;印支期主要 呈 NW 2SE向和 NNE2SSW 向 、SN 向 ,主要受中特提斯构造动力体系中羌塘地块与欧亚大陆碰撞拼贴产生的远程构 造效应影响 ;燕山期主要呈 NW 2SE向 ,主要受古太平洋大陆板块与欧亚大陆板块碰撞远程构造效应影响 ,盆地西 南缘呈 NE2SW 向 ;喜马拉雅期呈 NNE2SSW 向 ,主要受新特提斯构造动力体系和今太平洋构造动力体系联合作用 影响 ,即今太平洋板块和印度板块与欧亚板块俯冲碰撞有关 。 关键词 :鄂尔多斯盆地 ;构造应力场 ; X型共轭剪节理 ;显微构造 中图分类号 : TE121; P542 文献标识码 : A 文章编号 : 100121552 (2006) 0420455208
的空间方位 。由于印支期 、燕山期和喜山期发育的
平面 X型共轭剪节理都接近直立 ,所以求得的中间
应力轴
σ 2
近直立
,最大主应力轴
σ 1
和最小主应力
轴
σ 3
近水平
。利用主应力
轴应
力方位数据
作主
应
力轴轨迹图 ,恢复盆地不同期次古构造应力场 ,并利
用最大主应力轴应力方位分析构造应力场形成的构
造背景 。最小主应力轴对应多种力学状态 (武红岭
盆地东缘
偏 关
柳林
北 缘 清水河
宗别立
盆 地 西 缘 汝箕沟 牛首山东麓 固原炭山 泾源大西沟
10°∠6° 196°∠1° 17°∠10° 359°∠23° 307°∠45° 68°∠14° 87°∠33° 93°∠14°
246°∠78° 306°∠84° 161°∠77° 225°∠64° 195°∠76° 196°∠68° 101°∠9° 106°∠5° 286°∠8° 97°∠6° 38°∠10° 335°∠145°
由于不同时期 、不同性质应力作用的叠加 ,对构 造形迹的识别和正确厘定造成一定困难 ,为此 ,合理 区分各时期具有指向意义的共轭剪节理尤为关键 (李仰春等 , 2005) 。在同一个构造应力场作用下形 成的一对剪节理具有下列特点 (万天丰 , 1988 ) : 共
轭的两组剪节理以近似于 90°的角度相切交 ,具有 近似的密度 、延伸长度 ,都没有充填物或有相同的充 填物 ;共轭的两组剪节理几乎是同时形成的 ,常互相 切段 ,而不能总是一组切断另一组 ;共轭剪节理一定 有微量的位错 ,表现为一组是右行 ,另一组是左行 的 。根据上述特点对盆地不同期次 (主要是印支 期 、燕山期和喜山期 )构造应力场形成的共轭剪节 理进行了研究 。
2 印支期古构造 应力场及其形 成的构造背景
2. 1 印支期古构造应力场
根据本次研究中测得的
印支期发育的平面 X型节理
所取得的点的应力状态 ,并综 合前人已有资料可分析区域 范围内印支期不同地区点的 应力状态及其应力场分布特
图 2 鄂尔多斯盆地印支期构造应力场图 1 - 主应力迹线 (实线代表最大主应力迹线 ,虚线代表最小主应力迹线 ) ; 2 - 主应力方向 ; 3 -
卷 (Volume) 30,期 (Number) 4,总 ( SUM ) 111 页 ( Pages) 455～462, 2006, 11 (November, 2006)
大地构造与成矿学
Geotectonica et M etallogenia
鄂尔多斯盆地构造应力场特征及其构造背景
徐黎明 1 ,周立发 1 ,张义楷 1 ,党 2
① 西北大学地质系和长庆石油勘探局勘探开发研究院. 1992. 陕甘宁盆地构造应力场及演化 (内部资料 ).
第 4期
徐黎明等 : 鄂尔多斯盆地构造应力场特征及其构造背景
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宏观分析结果与微观分析结果一致 ,均表明盆 地南缘地区加里东期构造主压应力场方向为 NNE2 SSW 向或近 SN 向 。 1. 2 区域构造背景
王润三等 ①对盆地南缘五个测点的下古生 界岩石进行的显微构造和组构分析所反映的加 里东期古构造应力场结果如下 (表 1) : 泾阳口 镇加里东期的主压应力方向为近 SN 向 ;乾县铁 佛南北村 、扶风法门方山 、岐山曹家沟 、凤翔长 青南 湾 加 里 东 期 的 最 大 主 压 应 力 方 向 均 为 NNE2SSW 向或近 SN 向 。
表 1 鄂尔多斯盆地南缘显微构造反映的加里东期古构造应力场 (据王润三等 , 1992) ① Table 1 The Ca ledon ian pa leo2tecton ic stress f ields shown by m icrostructures in the south marg in of O rdos Ba sin
第 30卷
同于东缘地区 ;西缘北段贺兰山地区主压应力轴方 位呈 NW 2SE向 ,中南段呈近 EW 向 。与上述宏观构 造分析结果基本一致 。
测点
σ 1
σ 2
σ 3
表 2 鄂尔多斯盆地显微构造反映的印支期构造应力场 (据王润三等 , 1992) ① Table 2 The Indosin ian tecton ic stress f ields shown by m icrostructures in O rdos Ba sin