构造应力等距分布及其成矿作用

如题所述

断层和剪节理基本上都以剪切活动为主。所以许多剪节理和断层线就与区域应力场三维最大剪应力轨迹线几乎平行。库廷纳(Kutina,1973)曾系统的总结了捷克许多金属矿田内矿脉受剪应力迹线控制,并呈等距分布。矿脉沿弯曲的剪应力迹线几乎都等间距分布(图4.16)。库廷纳还指出撒丁岛西南部(图4.17)控制了该区2/3矿床的几乎等间距分布的两组断层与剪应力迹线基本吻合。但是在—1号与—4号迹线之间缺少两条断层,他推测可能有隐伏构造存在。

图4.16 原捷克斯洛伐克班斯卡斯泰尼卡附近的矿脉沿弯曲的

剪应力轨迹系统分布的趋势

(据Sombathy et al.,1963;顾连兴,1974;有修改)

把斯比特勒矿脉与嘉尼矿脉之间的距离取作单位距离A,然后把它标在A—A′方向上

图中外文的中译名依次为:1—乔直夫;2—乌勃路契;3—霍佛;4—路梅尔;5—霍德罗沙;6—鲍恩利吞;7—寨扑洒;8—梅登纳;9—罗扎利亚;10—嘉尼;11—罗纳;12—特勒加;13—拜勃;14—布拉尼克;15—斯比特勒;16—赛布威勃;17—马克杰;18—普洛斯克;19—索非亚;20—鲍加特纳;21—歌德法吞;22—朱拉;23—杰洛宁;24—班斯卡斯泰尼卡;25—米查尔;26—爱米尔;27—斯比特勒;28—杰芒德;29—阿马利亚;30—奥德莱;31—嘉恩;32—马利亚;33—富拉赛克;34—派契;35—卡莱尔;36—马米连;37—派契;38—斯坦芬;39—斯坦芬;40—斯坦普托夫;41—葛朗纳;42—阿马利亚;43—奥克新考夫;44—巴卡里;45—马特杰

图4.17 意大利撒丁西南部两组断裂大致等间距分布及其与几个Pb—Zn矿床间的关系

(转引自顾连兴,1974)

1—古生代沉积岩;2—中生代沉积岩;3—古、新近纪沉积岩;4—第四纪沉积物;5—海西期花岗岩;6—阿尔卑斯期酸性喷出岩;7—阿尔卑斯期基性喷出岩

据1965年卡利亚里出版的撒丁矿床略图和地质图编制。破裂面的布局与各个剪性破裂的轨迹有关,沿这些轨迹大体上都有断裂存在

断层的等距性、构造带、成矿带、地震带都具有等间距性。讨论等间距性原因和间距值与哪些因素有关,是一个有实际意义的问题。节理的间距与岩性、岩层厚度、构造变形程度及应力状态,包括远场应力和孔隙压力有关(Pricl,1959,1966,1981;Havriset al.,1960;Segall et al.,1983,1984)。

节理密度与岩性有关:节理数目与岩层中储存的应变能有关,即与作用应力所做的功W有关。应变能

,其中σ为作用力,ε为最终应变。因为ε=σ/E,所以上式也可写成

在三轴应力条件下,单位体积的应变能为

构造应力场控岩控矿

式中:E为杨氏模量;m为泊松系数的倒数。它们均是介质的常数。

假设两种岩石所受的应力条件相同,如垂直载荷为70MPa,水平压力为140MPa,由于不同岩石的介质常数不同,例如,煤:E=1.38×103MPa,m=3;砂岩:E=6.9×104MPa,m=5。于是煤中的应变能比砂岩中的应变能大325倍,节理的密度与应变能具有相同的量级。

节理密度与岩层厚度有关:格佐夫斯基(1953)、兰姆赛(1967)等认为,岩性相同而层厚不同时,节理密度也不相同。节理间距与层厚关系可通过层间摩擦来说明。假设有一能干层位于非能干层之间。在能干层上作用了一个张应力σT,如果在能干层中某一部位由张力引起张节理,而这能干层又可以自由运动,那么这个张节理就会继续张开,直到层中相当大范围的张应力都释放为止。但是,由于存在层间摩擦力,即使在层间内聚力为零的情况下层间摩擦力仍将阻止上述张节理加宽。由于节理是自由面,其上水平应力减小至零。但是随着与节理面的距离加大,水平应力逐步增加。在某个距离L上,摩擦力足以保持初始张应力σT,这就是第一个张节理影响的极限。在这个距离之外。张应力足以形成第二个裂隙。因此,L代表节理的间距。

根据这一观点,阻止层面滑动的摩擦引力应与作用在能干层上的总力平衡。即F=σTZ,其中Z是岩层厚度。假定在距离节理L处,层面的摩擦阻力P正好与F平衡。如果岩层的厚度为2Z,而其他条件不变,那么作用在能干层上的总力就会加倍。如作用在层面间的正应力σn和摩擦系数μs不变,能够平衡总张力的摩擦引力应在距离节理2L处。

节理密度与变形程度有关:在相同层厚、岩性的标准层,弯度最大的地方,即走向、倾向变化最大的地方,节理最发育、密度最大。

节理密度与变形机制有关:在同种岩石中,张节理长度L与间距D的关系为(格佐夫斯基,1953;兰姆赛,1967)

D=0.539L—0.298

而雁列节理则为D=0.34L—0.399。一般说来,雁列节理即为D/L=0.1~0.3,张节理为D/L=0.4~0.5。

以上事实说明,岩层中的节理间距基本受岩石中的应变能控制,而等间距是发生在层厚相仿、长度相近、岩性相似而构造变形程度又相当的岩石中,在这些条件不具备时,裂隙间距就不一定是等间距。

西格尔(1984)在讨论张裂纹系的形成和发展时,认为裂纹开始扩展和停止扩展的条件与裂纹长度的变化、远场应变变化、相邻裂纹弹性相互作用、内部液压变化以及裂纹所引起的围压区域的应力松弛作用等五方面的因素有关。因此,在不考虑液体效应的情况下,裂纹系最终的几何取决于远场应变历史和初始裂纹几何。后者以初始裂纹密度为特征。在初始为低密度时,远场应变不必有很大增加,裂纹长度就会增加。初始为高密度时,应变有相当大的增加时,裂纹长度才会增加。

西格尔在研究花岗闪长岩中近于平行的张裂纹时,根据最终裂纹几何,估计裂纹系形成过程中远场应变的变化,得到最终裂纹密度Pf与最终裂纹长度Cf的关系为

构造应力场控岩控矿

式中:A为统计区的面积;N为统计区裂纹数目。

最终裂纹密度与最初裂纹密度P0,以及在裂纹系形成过程中应变总增加量Δεf/Δε0的关系式为

构造应力场控岩控矿

当雁列裂纹之间的距离s、d超过一定值后就无相互作用了。这个距离也就是裂纹相互连接的极限值。在初始任意排列的裂纹系中,小于上述距离的裂纹相互连接,超过上述距离的裂纹相互不连接,这就构成了断层的等间距。由于极限距离s、d是随裂纹长度变化的,因此,不同规模、不同长度的裂纹就会构成不同等间距。所以,在研究断裂的等间距时,原始裂纹长也是一个应该考虑的因素。

库廷纳(Kutina,1973)曾系统地总结了捷克许多金属矿田内矿脉受剪应力迹线控制,并呈等距离分布。其中,斑斯卡斯泰尼卡(Banska stiavnica)附近的矿脉沿弯曲的剪应力迹线几乎都是等间距分布,就是一个很好的实例(图4.16)。这些弧形矿脉大致都是充填剪节理而形成的。他还用前人的资料,对西德萨克杰地区,保加利亚马丹矿区,英国奔宁山脉和苏格兰地区,以及意大利撒丁岛等地区受两组几乎等间距分布的断层所控制的矿床分布规律进行研究,认为它们都是沿剪应力轨迹线分布的。而且几乎均呈等间距分布。

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