四川盆地中部龙岗地区节理几何特征及控制因素

摘要： 四川盆地中北部龙岗地区，地表出露地层为侏罗系蓬莱镇组，构造变形较弱，以（多期）节理构造变形为主。通过对地表地层发育的节理进行系统、详细的观测，得到4200余组节理数据。统计分析节理数据可知，该区节理的优势走向为近EW向，其次为近NS向、NW-SE向和NE-SW向；节理面平直、以高倾角为主；节理延伸性总体较小，以层内节理为主。节理的发育程度主要受岩性、地层厚度和应力强度等因素的控制。

关键词：四川盆地；龙岗地区；节理；几何特征，控制因素

0.引言

节理能大量吸收地表径流，是地下水和矿液的良好通道和储集场所，但对地下工程、水利设施具有破坏作用[1]。本文以川中龙岗地区侏罗系蓬莱镇组中发育的节理为研究对象，在野外观察和测量的基础上，室内对其发育的几何特征进行了系统统计，并对节理发育程度的控制因素进行了探讨。

1.区域背景

龙岗地区地处上扬子四川盆地中北部，其北部为川北近东西走向构造带，南部为NWW走向营山宽缓背斜构造，东部为NNW走向华蓥山构造带，具典型背斜紧闭、向斜宽缓的隔挡式构造特征。区内地层平缓，倾角普遍小于10°，构造变形普遍较弱（图1）。

研究区主要出露地层为侏罗统蓬莱镇组，上段为灰-灰白色块状细粒岩屑长石砂岩、长石砂岩与紫红色泥岩互层，夹灰紫色粉砂岩；下段为灰紫色块状长石石英砂岩与紫红色泥岩互层，夹紫红色粉砂岩，砂岩底部含泥砾。局部地区出露白垩统苍溪组地层，为浅灰、灰紫色块状中细粒长石砂岩、岩屑长石砂岩夹棕色泥岩和粉砂岩；底部见透镜状钙质细砾岩。

2.节理组发育的几何特征

通过对龙岗地区侏罗系蓬莱镇组（局部白垩系苍溪组）野外出露的节理进行详细的观察与测量，共获得了来自474个观测点的5000多条节理。在进行各项数据统计和分析时，忽略了泥岩内延伸

2.1构造节理方位分布特点

2.2构造节理倾角分布特点

从野外观测资料统计分析表明，研究区地表发育的节理主要以高倾角为主，按其倾角大小可划分为：① 直立或高倾角节理（70°～90°），占绝大多数；② 中低角度节理（15°～41°），占少部分。

如图4所示，在野外观测的节理倾角在81-90°之间的节理占节理总数的50.41%，71-80°之间的节理占节理总数的35.93%，61-70°之间的节理占节理总数的9.15%，中低角度的节理不超过节理总数的5%。

2.3构造节理延伸长度分布特点

节理延伸长度的统计是对各个露头测量的节理延伸长度做一个粗略的统计。不同构造节理延伸长度统计忽略了泥岩内延伸

2.4构造节理间距分布特点

根据节理走向与剖面方向夹角α的不同，统计时将野外的实测间距l转换成垂直于节理走向方向的间距l’ （l’=l*sinα）。该统计同样忽略了泥岩内延伸

3.节理发育的主要控制因素

从野外初步观察所得的基本结论是：研究区节理的发育程度主要受岩性、地层厚度和应力强度等因素的控制。

3.1岩性对节理形成的影响

构造变形是各类岩石、岩层、岩系在构造应力作用下的变形过程，不同岩性介质由于具有不同的岩石力学性质，而对各类构造的形成和发育具有明显的差异作用。同一构造变形场中的不同岩石和岩层，会产生服从于总体变形而又各具特色或个性的构造。龙岗地区蓬莱镇组地层岩性主要为砂岩与泥岩，因而其能干岩层为砂岩岩层，软弱岩层为泥岩层，它们对相同或同一构造应力场具有不同的应变特性。

在自然界中，由于各泥岩与砂岩层系的非均质性往往导致节理面展布和性质产生极大的变化。正是由于各层系间岩性对比的非均质性差异，基于裂隙形态是否受单层限制[3]，把它们分为两大类：贯通节理、限制节理。各层系界面常常成为节理生长或伸展的控制界面，而那些对节理具有控制、限制作用的界面或岩性层称为“机制层”[4]。龙岗地区蓬莱镇组地层中，砂泥岩界面及泥岩层普遍具有上述现象，能干岩层中节理普遍尖灭于砂/泥岩岩性界面或块状砂岩层内，因而造成同一节理（组）在砂岩和泥岩内的发育程度不一，总体是以层内节理为主，较少发育贯通节理，节理组空间间距变化范围较大（图7）。

岩性对节理的控制作用在垂向上也有所表现，主要表现为对节理倾角的控制作用：同一条（组）节理在砂岩段中节理倾角近于直立，而进入泥岩层中节理倾角相对较缓。

义路镇南口观测点，露头剖面宽约20m、高约7m，上部为薄层紫红色粉砂岩与紫红色泥岩互层，下部为中-薄层紫红色粉砂岩夹泥岩。能干层粉砂岩中发育一组节理（图8-a），产状0°∠75°，间距约1m；主要为层内节理，节理面平直， 其上下端均消止于砂/泥岩性界面。软弱泥岩内稀疏发育有该组弱层内节理。相似的节理组能干岩层中层内发育的现象及其多见，尤其是在厚层-块状砂岩层中，节理普遍延伸受到其上下岩性界面的控制，或者是受到破裂变形强度的控制延伸性减弱，逐渐消止于层内或层面。在土垭乡南部大松村观察点，露头剖面宽约50m、高10余m，中厚层黄绿色中-细粒岩屑砂岩夹紫红色透镜状泥岩，砂岩发育平行层理。能干岩层中发育两组层间节理（图8-b），节理组明显截止于泥岩/砂岩岩性界面，但不同节理组具有明显不同的空间间距规律。第一组节理产状170°∠70°，间距为1-2m；第二组产状为130°∠71°，间距为1-5m，相对稀疏。

3.2地层厚度对节理形成的影响

不同能干岩性介质可能会由于单层岩层层厚、砂泥岩互层厚度比等导致节理发育密度、应变强度等变形特征也具有明显的差异性。图9和10分别为龙岗地区蓬莱镇组粉砂岩、中细砂岩中节理密度与层厚的关系图，该图表明节理密度与层厚呈负相关关系，说明同一种岩性，层厚越厚，节理越不发育；层厚越薄，节理越发育。如粉砂岩层厚

望崇山南某观测点，出露地层为砖红色粉砂岩与紫红色泥岩不等厚互层，中层粉砂岩内的节理密度为0.5条/米，明显小于薄层粉砂岩内的节理密度2-5条/米（图11-a）。土垭乡南某观测点处，露头剖面下部岩性为中层灰白色岩屑砂岩、中部为紫红色泥岩、上部为厚层块状砂岩，其下部中层地层中节理密度约为1-2条/m，明显高于上部块状岩性层中0.2-0.5条/m的节理密度（图11-b）。

3.3构造变形强弱对岩层变形的控制作用

龙岗地区普遍构造变形较弱，地表露头常见地层近水平展布、未含或仅含少量节理等破裂构造变形，在构造变形相对较强地区，构造作用对节理、劈理等构造具有明显的控制作用。如：在砂泥岩互层地层中发育等间距层内节理组、劈理化构造（图12）等现象。

该构造现象在西兴镇火箭村厂露头剖面中表现比较突出，剖面出露为蓬莱镇组紫红色泥岩与泥质砂岩互层地层（图12），露头宽约20m、高约4m，节理变形以层内节理为主，局部含层间节理，节理产状为205°∠80°。露头剖面右侧发育层内节理，砂岩能干岩层中层内节理组密度为5条/米（15条/3米）、泥岩软弱岩层密度为2条/米（6条/3米），岩层厚度大致相当；露头剖面左侧发育层内节理为主，局部含层间节理，节理性质与产状与前者一致，但各岩性介质层节理基本密度一致，为8-10条/米（间距10cm～15cm）。对比可以看出，剖面右侧节理组密度明显受到地层介质岩性控制，而剖面左侧节理组密度区与地层介质岩性关系不大，应为构造变形强度控制其密度特征。

4.结论

1）川中龙岗地区以（多期）节理构造变形为主，节理优势走向为近EW向，其次为近NS向、NW-SE向和NE-SW向。节理面以高角度倾角为主，且开度小、滑距低；节理组延伸总体较小。

2）节理的发育程度与岩性、地层厚度和应力强度等因素有关。岩性界面对节理构造具有较强限制作用，能干层中的节理普遍尖灭于“机制层”，因而研究区以层内节理为主，部分为层间节理组，少见贯通节理组。能干层厚度对节理发育密度的影响，表现为同一岩性能干层，厚度越小节理越发育。在构造变形相对较强地区，构造作用对节理、劈理等构造具有明显的控制作用，形成密集节理或劈理化带。

参考文献

[1] 杨春和，包宏涛，王贵宾，等. 岩体节理平均迹长和迹线中点面密度估计[J].岩石力学与工程学报，2006，25（12）：2475-2480.

[2] 乐光禹，黄继钧.四川盆地中新生代构造组合叠加及其对含油气构造的控制作用[C].罗志立.龙门山造山带的崛起和四川盆地的形成与演化.成都：成都科技大学出版社，1994，455.

[3] Gross M R， Eyal Y. Throughgoing fractures in layered carbonate rocks [J]. Geological Society of America Bulletin，2007，11（12），1387-1404.

[4] Peggy Rijken， Michele L Cooke. Role of shale thickness on vertical connectivity of fractures：application of crack-bridging theory to the Austin Chalk，Texas [J]. Tectonophysics，2001，337：122-124.