断裂力学性质的复合叠加

如题所述

一个金属与非金属矿田(床)或油气田内的断裂构造由于经历多次构造运动,其力学性质发生复合叠加。

例如,某个地区遭受南北向挤压,此时用式(2.11)~式(2.15)和莫尔圆即可求出其最大主应力(σ1)为南北向,最小主应力(σ3)为东西向,最大剪应力为北西—南东向和北东—南西向,将产生东西向压性断裂(逆断层a)、南北向张性断裂(正断层b)、北东—南西向扭(剪)性(平移)断层(反扭)(S1)和北西—南东向扭(剪)性(平移、顺扭)断层(S2)[图9.1(a)]。

第二次构造运动中,若继续遭受南北向挤压,则主应力方位不发生改变,早期断裂继续发育加强,力学性质不变[图9.1(b)]。

第二次构造运动中,若构造动力变为东西向挤压,此时最大主应力(σ1)方向为东西向,最小主应力(σ3)为南北向,最大剪应力(τmax)为北东—南西向和北西—南东向,但扭动方向发生改变,使早期形成的东西向压性断裂(a)变为张性;南北向张性断裂(b)转为压性;北西—南东向扭性(顺扭)转变为反时针错动;北东—南西向扭性(反扭)断裂(S1)转变为顺时针错动[图9.1(c)]。

第二次构造运动中,若构造动力变为南北向反时针扭动,此时最大主应力(σ1)方位为北西—南东向,最小主应力(σ3)方位为北东—南西向,最大剪应力(τmax)方位为北南向和东西向。相应地,东西向断裂(a)在理论上变为扭性(反),南北向断裂(b)也变为扭性(反),北西—南东向断裂(S2)变为张性,北东—南西向断裂(S1)变为压性[图9.1(d)]。

第二次构造运动中,若构造动力变为南北向反时针扭动伴随东西向挤压,此时变为平面一般应力状态问题,最大主应力(σ1)方位为北西西—南东东,最小主应力(σ3)为北北东—南南西。最大剪应力为北西—南东向和北东—南西向。此时北东—南西向断裂为压性(顺),北西—南东向断裂为压扭(反),东西向断裂为张扭(顺),南北向断裂转为压扭(反扭)[图9.1(e)]。

图9.1 断层力学性质复合叠加分析图

刘迅等(1998)研究了交叉复合断层应变能特征指出,应变能高值区主要分布于两条交叉断裂的末端和交叉复合部位,部分沿未交叉的断裂分布(图9.2)。矿液运移势负值区及扩张区域应变能高值区较为吻合,但前两者更集中于交叉断裂的复合部位(图9.3,图9.4)。平行加力方向的断裂,其末端存在较大范围的扩张区,近于垂直加力方向的断裂,其末端无扩张区存在。部分扩张区沿断裂的一侧或两侧分布,未交叉的断裂中段两侧也有扩张区分布。

图9.2 交叉复合构造的应变能分布

(据刘迅等,1998)

图9.3 交叉复合构造矿液运移势负值区分布

(据刘迅等,1998)

图9.4 交叉复合构造Δ>0及Δ≤0区分布

(据刘迅等,1998)

由此可见,固体矿床及油气田内的断裂构造,随着变形不断发展,其力学性质将发生改变,极其复杂,对金属、非金属矿和油气的控制作用也十分复杂。

如在羌塘盆地的形成和发展过程中,印支运动以前长期处于南北向拉张状态,基底中形成EW向张性断裂和NWW—SEE、NEE—SWW两组扭性断裂,使之破裂成长轴近东西的菱形块体;从印支运动末期开始,羌北地区遭受强烈的南北向挤压,早期东西向张性断裂转化为压性,而NEE—SWW和NE—SE向断层错动方向为反扭。

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