南川地区龙马溪组页岩节理剪裂角发育特征及主控因素

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论文以重庆南川地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过野外观测、室内统计分析、力学实验、镜下观测等方法,按照理论结合实际的基本思路,对研究区龙马溪页岩节理剪裂角的发育特征及主控因素进行了探究,结果表明:研究区可以划分为Ⅰ(加里东期)、Ⅱ(海西—印支期)、Ⅲ(燕山期)3个构造层;节理主要形成于两个构造时期:在燕山早—中期,研究区主要受NW-SE向的挤压,进而使得研究区多形成以NW及SE向展布的共轭节理。在燕山晚期,研究区主要经受NWW-SEE向的挤压应力,使得研究区主要形成以NWW、SEE、NW及SE向的节理。研究区节理发育有四个优势方向,分别为:NE、NEE、NWW和NNW,最优方向为NE向;节理倾角普遍较大,其中倾角60~90°占总数的78%,以高倾角节理分布为主;研究区节理剪裂角大小分布主要介于20°~44.5°之间,平均为34.17°。其中主要以大于30°的剪裂角发育为主,占比超过70%,小于25°的剪裂角约占9%。节理剪裂角发育的优势方向为NWW、NW和NE向,其中又以NE向和NW向为最优方向。利用三轴应力实验,模拟不同应力条件下节理剪裂角的发育情况,结果表明:测试围压越高,页岩试样产生的微裂缝就越少,破坏以剪切式破坏为主;围压越低,页岩的破碎特征越显著,劈裂式破坏成为主导;页岩力学性质控制着节理剪裂角的发育特征,受力大小的影响着节理剪裂角发育密度,节理剪裂角发育数量有随着应力的增大而增加的趋势,岩石力学性质也制约着节理剪裂角大小分布特征,使得不同测试样品节理剪裂角大小存在着一定的差异性。根据研究区节理剪裂角发育特征,综合分析了构造条件、岩石成分及岩石力学性质对节理剪裂角的综合控制:其中构造条件是页岩裂缝形成的关键,从区域构造演化及构造特征两方面控制着节理剪裂角的形态、方向及发育密度特征;岩石成分特征是影响页岩节理剪裂角发育的重要方面,岩石的裂缝发育密度随着石英等矿物含量的增加而增加,页岩节理剪裂角的大小与岩石脆性系数呈负相关关系,页岩脆性系数增大,节理剪裂角有随之减小的趋势;岩石力学性质是影响节理剪裂角发育的内在因素,控制着节理剪裂角大小的分布特征,页岩节理剪裂角大小与页岩泊松比之间呈正相关关系,即页岩泊松比越大,页岩节理剪裂角有随之增大的趋势。
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