米仓山构造带逆冲-走滑变形序列的节理研究

汤 聪，刘树根，李智武，孙 东，孙 玮，李金玺

（成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室）

米仓山构造带逆冲-走滑变形序列的节理研究

汤 聪，刘树根，李智武，孙 东，孙 玮，李金玺

（成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室）

米仓山构造带位于扬子板块北缘，东西两侧分别同龙门山、南大巴山冲断带交接过渡，由于受到多个造山带的影响，所以对其构造复合过程的研究至关重要。文中通过测量米仓山构造带的节理面和擦痕，采用吴氏网对古应力场进行恢复，同时依据节理缝的交切关系以及节理面所在地层时代，结合已有年代学资料和断层特征，首次重建了米仓山构造带的构造期次。米仓山构造带共经历了5期构造运动：① 200～160 Ma，S—N 向（σ3直立）逆冲性质挤压运动；② 120～100 Ma，S—N 向（σ3E—W 向）走滑性质挤压运动；③ 95 Ma，NW—SE向挤压运动；④50～40 Ma，NE—SW 向挤压运动；⑤15 Ma，E—W 向挤压运动。第一期、第二期应力场形成了米仓山隆起和米仓山前缘的东西向构造，第三期、第四期应力场对米仓山构造带进行改造，形成了米仓山前缘的叠加构造，第五期应力场使米仓山构造带最终成型。

多期节理；擦痕；古应力场；构造期次重建；米仓山构造带

米仓山构造带最早被认为是长期稳定的（水下）隆起，称为米仓山台拱，印支运动以后上升为陆，遭受剥蚀，使古老基底露出地表［1］。 近年来，随着 1∶5万区域地质调查和川东北油气勘探的不断展开，对米仓山地区的研究取得了许多新进展。吴德超等［2］认为米仓山构造带是2期不同方向逆冲推覆构造叠加的结果。目前认为米仓山与大巴山的关系是近南北向的南大巴山滑脱褶皱带叠加在近东西向的米仓山构造带之上［3］。尽管前人对米仓山地区作了许多研究，但对其构造复合过程并未作深入的探讨。由于米仓山构造带特殊的构造位置，同时受周边多个造山带的影响，可能会记录到各个时期的构造复合顺序，所以对其构造复合过程的研究至关重要。笔者旨在通过对米仓山构造带古应力场的分析及构造期次的重建，来探讨其构造特征。

1 区域地质概况

米仓山构造带位于扬子板块北缘，东西两侧分别与南大巴山冲断带和龙门山冲断带交接过渡（图1），是一个在印支期开始发育、晚燕山期继承发展、喜马拉雅期叠加改造的前陆挤压变形区，构造走向总体呈东西向，并明显叠加北西与北东向构造。米仓山地区发育有较多断裂，具有代表性的是东西走向的正源—朱家坝断裂和北东走向的大河—上两、水磨—关坝断裂［1］（图 1）。

图1 研究区构造单元及位置图Fig.1 The structural unit and location of the study area

2 构造变形分析方法

进行古构造应力场分析是研究盆地构造演化有效的方法之一［4-5］，笔者通过收集节理发育情况和断层滑动数据来进行古应力场的重建。在多期构造运动的背景下，可以根据露头上构造之间的关系（如节理之间的限制、交切）和同一断层面上叠合的擦痕来确定多期构造事件的相对顺序。根据断层形成的不同应力背景，可将其分成多期，然后根据各期构造事件的应力状态网重建该区域连续的古应力场，最后将之结合年代学数据，放入大的构造背景进行分析［6］。

笔者选取了米仓山构造中部（南江县—南郑县）、东部（南郑县—平溪镇）2条剖面加上水磨一带（代表米仓山西部前缘）进行节理与滑动面的观测统计（图1）。摩尔-库伦准则认为共轭节理所对锐夹角的角平分线为σ1（最大主应力）方向，但在野外观测到许多断层面与擦痕方向常常指示钝夹角的角平分线为σ1方向。造成这种情况的原因可能有2点：①在持续应力的作用下，节理之间的夹角被扩大；②郑亚东等［7］提出的最大有效力矩准则认为共轭变形带的σ1一侧一般为钝角（110°）。具体选择钝角还是锐角作为σ1方向，需要根据野外实际情况来进行分析。野外观测到某些平面X节理所在地层后期受到改造，原始产状发生了改变，所以可先将地层产状进行复平，然后再通过吴氏网计算古应力状态。

3 米仓山构造带节理发育特征及节理分期

笔者共统计出114组古应力场数据，其中以挤压性质的应力场为主，占102组；拉张应力场占12组，数量很少，可能属于造山期后伸展作用控制下的产物，故不单独划入应力期次（表1）。从野外露头观测可知，S—N向（最小主应力σ3方向为直立）的应力场主要产生逆冲滑动面，而S—N向（σ3方向为E—W向）的应力场主要产生走滑性质的逆冲滑动面，这2类应力场的观测点数较多，故推测S—N向的应力场应根据σ3的方向划为2期单独的应力场。其它3类应力场中σ3直立的观测点数均较少甚至没有，所以暂不将此3类应力场根据σ3方向进行分期。

表1 米仓山构造带古应力统计表Table 1 Statistical list of paleo-stress of Micangshan structural belt

米仓山构造带的节理分布较广，在野外露头可见到大量多期次的节理。前人在分析节理缝性质、方位、几何样式的基础上，结合同组节理擦痕的匹配性，对具有相同构造特征的节理进行配置分期，然后绘制各主应力方向的节理缝及断面走向玫瑰花图（图2），间距角为20°，并对其走向的最大密度进行统计［8-9］。 第一组 S—N 向主应力场（图 2a）在米仓山构造带主要发育了NE和NW向的共轭节理和E—W向逆冲性质的节理面，其中走滑性质的S—N向（σ3E—W向）主应力场形成NE和NW向的共轭节理，而逆冲性质的S—N向（σ3直立）主应力场形成E—W向的节理面。据此笔者认为将S—N向主应力场分为σ3E-W向和σ3直立的2期应力场是必要的。

图2 米仓山构造带各主应力方向的节理缝及断面走向玫瑰花图Fig.2 Rose diagrams showing joint fissures and fault section strike in Micangshan structural belt

第二组NW—SE向主应力场（图2b）形成了走滑性质的NW和S—N向共轭节理，第四组E—W向主应力场（图2d）形成了NW和NE向走滑性质的共轭节理，这两期应力场都形成了与之相符的共轭节理。第三组NE—SW向主应力场形成的节理（图2c）没有规律性，可能是受到了岩石性质等一些偶然因素的影响。

综上所述，可将米仓山构造带的应力场分为5期：①S—N 向（σ3直立）；② S—N 向（σ3E—W 向）；③NW—SE向；④NE—SW向；⑤E—W向。

4 应力期次划分

4.1 野外观测点上的交切关系

在野外可以通过节理之间的交切关系判断其发育的先后顺序：晚期节理切割早期节理，早期节理限制晚期节理。比如在西河观测到节理与石英脉的相互切割关系（图版Ⅰ-1、图版Ⅰ-2），图版Ⅰ-3是一个标准的擦痕面，图版Ⅰ-4是一组标准的平面共轭X节理。通过这些典型的野外露头特征，可以对应力场期次进行初步确定。

笔者认为米仓山构造带曾经历过5期应力场（忽略伸展应力场），并根据野外露头上观测到的节理或擦痕的特征得出这几期应力场的相对顺序。在上两镇光明附近的基岩Sd09点（图3）见2组共轭X节理：1号节理组为具逆冲性质且走向为东西向的共轭节理；2号节理组为具走滑性质且走向为NE和NW向的共轭节理（图版Ⅰ-5）。其中1号节理组在S—N向（σ3直立）应力场的作用下形成，2号节理组在S—N向（σ3E—W向）应力场的作用下形成，同时1号节理组限制了2号节理组的发育。由此推知1号节理组早于2号节理组发育，即S—N向（σ3直立）应力场早于S—N向（σ3E—W向）应力场。在牟家坝附近的Mc37点（图3）见一组沿层面发育的逆冲擦痕面和一组平面共轭X节理（图版Ⅰ-6）。 根据 S1逆冲（图版Ⅰ-7）和 S2（走向为 NE向的节理面）左行（图版Ⅰ-8），将之复平后，得出2期S—N向应力场。由上及其它的野外观测点可知，S—N向（σ3直立）应力场主要产生逆冲性质且走向为东西向的共轭节理，S—N向（σ3E—W向）应力场主要产生走滑性质且走向为NE和NW向的共轭节理。因此，根据σ3方向进行分期，可确定S—N向的应力。

采用上述分析方法对其它观测点（图3）进行分析，得出5期挤压应力场的相对顺序：第一期为S—N 向（σ3直立），第二期为 S—N 向（σ3E—W 向），第三期为NW—SE向，第四期为NE—SW向，第五期为E—W 向（表 2）。

4.2 节理在不同时代地层上的发育情况

图3 米仓山构造带节理面构造滑动古应力综合分析图Fig.3 Comprehensive analysis of paleo-stress for joint plane and fractures in Micangshan structural belt

表2 米仓山构造带应力特征综合表Table 2 Stress characteristics of Micangshan structural belt

地层只能记录与其同期或者较之晚的应力场，不能记录早于其形成时间的应力场。由于米仓山构造带的构造启动时间在晚三叠世［10-12］，所以从三叠系开始（三叠系、侏罗系、白垩系），可将米仓山构造带的应力场数据剥离出来进行分析。

在三叠系地层中均可见到5期应力场（图4a），说明其均发生在三叠纪或者三叠纪以后。在中、上侏罗统（图4b）有4期应力场，缺少了S—N向（σ3直立）应力场，可以推测出S—N向（σ3直立）应力场发生的时间大约在晚三叠世到中、晚侏罗世之间。在下白垩统（图4c）只见到NE—SW向与E—W向2期应力场，比中、上侏罗统缺少了S—N向（σ3E—W向）和NW—SE向应力场，推测S—N向（σ3E—W向）和NW—SE向的应力场应该发育在中、晚侏罗世到晚白垩世之间，而NE—SW向与E—W向应力场应该发育在晚白垩世或晚白垩世以后。由此可以得出S—N向（σ3直立）为第一期应力场，S—N向（σ3E—W向）与NW—SE向分别为第二期和第三期应力场，NE—SW向与E—W向分别为第四期和第五期应力场。该结论与野外露头分期一致，进一步确定了各期应力场的先后顺序。

5 构造期次重建及讨论

5.1 S—N 向（σ3直立）

晚三叠世末期到中侏罗世（200～160 Ma），秦岭造山带隆升强烈，华北和华南板块剪刀式闭合，扬子板块向华北板块之下俯冲［13］，整个米仓山构造带在S—N向挤压应力场的作用下开始隆升。米仓山地区的正源—朱家坝断裂（图1）总体走向近东西，断层上盘为基底岩系，下盘为震旦系白云岩，显示该断层具有逆冲性质。野外断层面擦痕也显示了逆冲的性质（图 5a），符合 S—N 向（σ3直立）应力场的作用特点。根据地层的剥离结果，S—N向（σ3直立）应力场大约在晚三叠世到中、晚侏罗世之间，在时间上也较吻合。综上所述，将该期应力场划入印支运动第四幕［14］和燕山运动第一幕［15］，受控于华北板块和扬子板块的闭合。

5.2 S—N向（σ3E—W向）

米仓山地区的大河—上两、水磨—关坝断裂是2条走向北东的大断裂（图1）。根据大河—上两断裂的伴生构造分析，该断层以逆冲为主，但具有明显的左行走滑运动。在该2条断层之间也发育有明显左行走滑特征的逆冲断层，如猫儿嘴脆韧性断层。野外观测到的擦痕也显示该2条断层是具左行走滑特征的逆冲断层（图5b、图5c），并且在杨坝一带，大河—上两断裂将正源—朱家坝断层左行错断。综上所述，认为第二期S—N向（σ3E—W向）的应力场形成了带有走滑性质的逆冲断裂，而且在时间上晚于S—N向（σ3直立）的应力场。

图5 米仓山构造带主要断层擦痕赤平投影图Fig.5 The stereo diagram of major fault strias in Micangshan structural belt

早白垩世（120～100 Ma），华北大陆与扬子大陆的陆-陆碰撞造山结束后，扬子大陆进入了陆内变形的第二个阶段，扬子板块发生了强烈的逆冲推覆作用［13］。 常远等［16］根据裂变径迹数据得出在 100 Ma之前米仓山构造带有快速隆起，根据地层的剥离结果，S—N向（σ3直立）应力场应该发生在中、晚侏罗世到晚白垩世之间。经过上面的分析，第二期S—N向（σ3E—W向）的应力场在时间和性质上与扬子大陆陆内变形第二阶段吻合，所以将第二期应力场划入该期构造运动，大河—上两、水磨—关坝断裂就是该期构造运动在米仓山构造带的显著表现。

5.3 NW—SE向

晚白垩世早期（95 Ma），孙洪斌等［17］和梅廉夫等［18］提出从江南—雪峰山造山带产生的NW—SE向应力场在该时期传到川东华蓥山地区，米仓山构造带可能受该应力场影响，时间上应晚于95 Ma，同时根据米仓山前缘北东背斜（九龙背斜、仁和背斜）的构造形迹，推测其在早期东西向构造上因NW—SE向挤压应力而形成斜限型叠加构造［19］。因此，推测95 Ma以后米仓山构造带受控于NW—SE向应力场，归入燕山运动第三幕，力源可能为古太平洋向亚洲大陆俯冲板块的远程效应［15］。

5.4 NE—SW向

始新世晚期（50～40 Ma），南秦岭传来的南北向挤压力在大巴山弧形构造带处发生偏转，形成NE—SW方向的挤压［20］，在米仓山前缘北东向构造的基础上改造形成T字型叠加构造（擂鼓城—石窝场）。沈传波等［21］利用裂变径迹数据得出在大巴山和米仓山交接的地区于49 Ma左右有快速隆升，另外地层剥离结果也认为NE—SW向应力场应该发生在晚白垩世以后。故将NE—SW向应力场划入该期构造运动，即早喜马拉雅运动［22］。

5.5 E—W向

许多热年代学的数据表明米仓山构造带在15 Ma 再次开始隆升［16，21］，对应中新世的晚喜马拉雅运动［22］：印度板块楔入欧亚大陆造成青藏高原隆升，在侧向扩展的过程中受到印支大陆和扬子大陆的阻挡，扬子大陆向东挤出。整个米仓山构造带受控于E—W向的应力场，地层剥离结果也认为E—W向应力场发生在晚白垩世以后，故将E—W向应力场划入该期构造活动，在四川盆地隆升的大背景下，米仓山构造带成型。

6 结论

（1）米仓山构造带在地史上总共经历了5期应力场：第一期 S—N 向（σ3直立），第二期 S—N 向（σ3E—W向），第三期NW—SE向，第四期NE—SW向，第五期E—W向。

（2）根据5期应力场大致勾勒出米仓山构造带的形成过程：200～100 Ma，华北板块与扬子板块闭合及其后扬子大陆的陆内变形，在2期S—N向应力场的作用下，米仓山隆起和米仓山前缘的东西向构造形成；100～80 Ma，燕山运动期间，米仓山前缘的东西向构造被改造为斜限型的叠加褶皱；50～40 Ma，在早喜马拉雅运动的背景下，米仓山构造带的北西向构造被改造为T字型叠加构造；15 Ma以来，在四川盆地隆升的大背景下，米仓山构造带成型。

［1］四川省地质矿产局.四川省区域地质志［M］.北京：地质出版社，1991：645-665.

［2］吴德超，魏显贵，杜思清，等.米仓山叠加型推覆构造几何结构及演化［J］.矿物岩石，1998，18（增刊）：16-20.

［3］施炜，董树文，胡健民，等.大巴山前陆西段叠加构造变形分析及其构造应力场特征［J］.地质学报，2007，81（10）：1314-1326.

［4］郭兵，刘树根，刘顺，等.龙门山中段前山带构造特征及其形成演化［J］.岩性油气藏，2008，20（4）：59-64.

［5］田蜜，施炜，李建华，等.江汉盆地西北部断陷带构造变形分析与古应力场演化序列［J］.地质学报，2010，84（2）：159-170.

［6］Lamarche J，Bergerat F.Variscan to Alpine heterogeneous palaeostress field above a major Palaeozoic suture in the Carpathian foreland（southeastern Poland）［J］.Tectonophysics，2002，357（1-4）：55-80.

［7］郑亚东，王涛，王新社.最大有效力矩准则及相关地质构造［J］.地学前缘，2007，14（4）：49-60.

［8］邓宾，刘树根，杨锁，等.林滩场构造多期节理构造特征及其意义［J］.矿物岩石，2009，29（3）：83-90.

［9］李凤杰，郑荣才，蒋斌.中国大陆主要盆山耦合系统及其特征［J］.岩性油气藏，2008，20（4）：26-32.

［10］沈中延，肖安成，王亮，等.四川北部米仓山地区下三叠统内部不整合面的发现及其意义［J］.岩石学报，2010，26（4）：1313-1321.

［11］韩立国.济阳凹陷构造体制转换与郯庐断裂带的关系探讨［J］.岩性油气藏，2009，21（1）：72-74.

［12］郭飞飞，康建云，孙建峰，等.江汉盆地构造演化与海相地层油气成藏模式［J］.岩性油气藏，2010，22（1）：23-29.

［13］张国伟，郭安林，姚安平.中国大陆构造中的西秦岭—松潘大陆构造结［J］.地学前缘，2004，11（3）：23-32.

［14］梅冥相.中上扬子印支运动的地层学效应及晚三叠世沉积盆地格局［J］.地学前缘，2010，17（4）：99-111.

［15］董树文，张岳桥，龙长兴，等.中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释［J］.地质学报，2007，81（11）：1449-1461.

［16］常远，许长海，Peter W Reiners，等.米仓山—汉南隆起白垩纪以来的剥露作用：磷灰石（U-Th）/He 年龄记录［J］.地球物理学报，2010，53（4）：912-919.

［17］孙洪斌，张凤莲.辽河凹陷古近系构造-沉积演化特征［J］.岩性油气藏，2008，20（2）：60-73.

［18］梅廉夫，刘昭茜，汤济广，等.湘鄂西—川东中生代陆内递进扩展变形：来自裂变径迹和平衡剖面的证据［J］.地球科学——中国地质大学学报，2010，35（2）：161-174.

［19］孙东，刘树根，邓宾，等.米仓山与龙门山接合部叠加褶皱特征及构造演化［J］.成都理工大学学报，2011，38（2）：156-168.

［20］姜复东，苏培东，秦启荣.通南巴地区主要构造成因模式探讨［J］.断块油气田，2008，15（3）：14-17.

［21］沈传波，梅廉夫，郭彤楼.川东北地区中、新生代热历史的裂变径迹分析［J］.天然气工业，2007，27（7）：24-26.

［22］贾承造，何登发，陆洁民.中国喜马拉雅运动的期次及其动力学背景［J］.石油与天然气地质，2004，25（2）：121-125.

Thrust and strike-slip deformation sequence of Micangshan structural belt

TANG Cong， LIU Shu-gen， LI Zhi-wu， SUN Dong，SUN Wei，LI Jin-xi
（State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology， Chengdu 610059， China）

Micangshan structural belt is located in northern margin ofYangtze plate,which has transition relations with Longmen Mountain in west and south Daba Mountain in east.Under the multiple geodynamics ofits peripheral orogenic belts,the study on structure and evolution of Micangshan structural belt is very important.Based on joint plane and scratch measured in Micangshan structural belt,Wulffnet is applied torecover the palaeostress field.Accordingtothe intersection relation ofjoint fissures and the chronologic age ofjoint plane,combiningwith existingchronologydata and fault features,the structure evolution of Micangshan structural belt is reconstructed firstly.Micangshan structural belt experienced fivephasesoftectonicmovement:① From200 Mato160 Ma,N-Sthrustingcompressional movement;② From 120 Ma to100 Ma,S-Nstrike-slippingcompressional movement;③95Ma,NW-SE compressional movement;④ From

50 Ma to 40 Ma,NE-SW compressional movement;⑤15Ma,E-W compressional movement.In generally,the first and second phases ofpalaeostress field formed the Micangshan uplift and the E-Wstructures in the front area ofMicangshan,the third and fourth phases of palaeostress field superimposed the early structures and then formed superimposed structures in the front,and the fifth phase ofpalaeostress field finallymake the Micangshan structure belt formed.

multi-phase joint；scratch；palaeostress field；reconstruction oftectonic phase；Micangshan structural belt

TE121.3+2

A

2011-04-15；

2011-06-09

国家自然科学基金项目“大巴山前陆冲断构造解析及变形时序研究”（编号：40802049）资助。

汤聪，1986年生，男，成都理工大学在读硕士研究生，主要从事石油地质方面的研究工作。地址：（610059）四川省成都市成华区成都理工大学能源学院硕士2009级。E-mail：8434964@qq.com

刘树根，1964年生，男，教授，博士生导师。E-mail：lsg@cdut.edu.cn

1673-8926（2011）04-0081-07

图版Ⅰ

涂晓燕）