多向延伸应力场中据断层擦痕分析古应力的可靠性，资料来源于西班牙埃布罗盆地 L.E.阿莱吉-克雷斯波 J.L.西蒙-戈麦斯西班牙旧金山萨拉戈萨大学，地质学系（arleguiposta.unizar.es）1997.8.13收稿；1998.1.29修定摘要标准古应力分析用到Right Dihedra序列，y-R图表及埃布罗盆地中心中新世沉积的37个断层样本用到的Etchecopar方法。这使显示普遍多方位延长的压力体系上升到37个标准溶液。由于这个压力体系类型水平压力应力轴低清晰度定义，当时的结果通过二次抽样初始数据然后提交进行稳定测试。按连续和标准溶液的不同的阐述，稳定溶液是比较好的。大多数个别应力张量分别从相应的标准溶液获得，比3方位角小15，比应力比R=（2-3）/（1-3）小0.1。此外，中心极限定理平均从子标本组解决方案，应用效果表明，该标准的应力张量的大部分是相当准确的。该区域的同质最终结果被解释为可靠性的进一步证明。稳定性和可靠性，随样本量的增加而增加。没有神奇的资料数据可以区分可靠和不可靠的应力解决方案，但定量方法使得我们可以评估预期的错误和每个样本大小有关的可能性。使用取自25-30个断层的单相的样品具有足够的稳定性，但但样本来源多于40个断层时并不显著增加。在单轴向应力体系（特别是在多向伸展区）低于20-25个断层的样本中，抽样/平均技术可能是一种有用的工具。此方法还允许测试，并在某些特殊情况下（如子样本平均张量提供与最初的标准张量不同的稳定的结果），提高压力的解决方案。Elsevier科技有限公司1998，保留所有版权。 引言与1垂直及2接近3的地方压力体系类型经常被设计成放射状或多向延伸（阿米霍，1977）。显然，应力椭球是无须完全单轴，所以2和3可能略有不同。在2=3下的应力状态将作为纯粹的多向延伸。这种构造应力类型经受轻微到中等伸展构造的盘内区域是常见的，往往伴随着垂直隆起：阿拉伯平台（汉考克等人，1987年），伊比利亚链，哈卡盆地和埃布罗河流域，在伊比利亚半岛（西蒙，戈麦斯，1989年;特纳和汉考克，1989;阿莱吉和西蒙，1993），南威尔士（邓恩和北美，1990年;卡普托，1995年）。正交网格锁关节模式（汉考克等人，1987年）也许在这构造环境中是构成构造类型的最普遍结构（图1a）。虽然它们有时被归因于在不断变化外部力量的连续发作压裂（帕克，1983年，汉考克，1985年），最近的作品表明，它们可能是稳定的多向延伸应力场内部，小规模应力重新分配的后果。简言之，当原始张性断裂发展到中等到3，张力的释放导致2和3轴交换，最终在直角的地方邻接的断裂形成（西蒙等人，1988年，西蒙，戈麦斯，1989年;卡普托，1995年）。虽然没有对应力比进行量化，这种横节理系统的存在允许2和3倾向非常准确的解释。对于断层就不同了。在某些情况下，多向延伸增加了沿一个或两个直角走向共轭正断层的产生（图2a和b）。然而，他们往往表现出高度的方向变化；在一些极端的情况下，它们组成完整的走向扇（图2c）或发展锥形断裂面（图1b）。有条纹的断层群古应力重建是构造解释的重要工具，已被广泛应用于多种构造背景。然而，在单轴延伸体系附近提供可靠结果是很困难的。例如，如果我们使用任何现有的方法，根据博特方程（博特，1959），我们通常会得到一个确切的应力比值，但由于2和3的相似性，水平应力轴可能不好确定。一些有关方向推断可靠性的怀疑会上升，所以超出标准分析的进一步测试是必要的。本文运用系统显示的可靠性测试，从取自埃布罗河盆地中央晚第三系沉积的许多断层样本所得的古应力的结果。在多数情况下计算的应力比R=（2-3）/（1-3）接近0，表明区域应力场对应一个多方位延伸体系。首先，我们用拉类似里奇斯舒等人（1992）使用的二次抽样技术，分析应力张量的稳定性。之后，我们将证明，由此获得的稳定溶液是可靠的，也就是说它们代表总断层群，并反映实际的应力场。同时，我们正在讨论古应力分析的重要方法论问题：当地应力张量准确的定义所需的最低数量。图1.在多向扩张应力场不同断裂类型：例子来源于西班牙埃布罗盆地中央（见图3露头的位置）。(a)横节理系（Zar-2）。(b)锥形断裂面（Zar-2）。图2.（a）Meq-13处的共轭正断层（下半球为等面积的平面点和条纹图）。（b）共轭正断层的两个正交系（Rem-2）。（c）显示完整走向扇的正断层（Lon-8）图3. 埃布罗盆地中央古应力伸展图。箭头表示分析地最终3的方向；箭头的大小指R的值。应力比R=（2-3）/（1-3）。表1.测量站、断层样本、应力张量的参数表。各点的位置见图3。标准解决方案的获得是通过组合Right Dihedra序列，y-R图表和Etchecopar方法（见文本的解释）。抽样/平均技术的最后解决方案只用于与标准解决方案不同的站点。在任何情况下1的轴近于垂直，所以只给定了3的方位和应力比R=（2-3）/（1-3）。地质背景埃布罗盆地第三系，位于伊比利亚半岛东北部，是由三个山脉比利牛斯山脉、伊比利亚链和加泰罗尼亚海岸山脉（参见图3）构成的。一系列的构造发展控制着构造和沉积盆地的演化。然而，埃布罗盆地的演化，主要是作为比利牛斯山南部前陆盆地，其大部分构造特点与此构造情况有关。该盆地是近于不对称，其最槽下位于比利牛斯山下（前第三系底层的深度向北增加，在比利牛斯山下达到低于海平面4000米：里瓦等，1983）。在埃布罗盆地也是伊比利亚板块板内地区，在晚第三系受伊比利亚半岛东北部构造演化的影响（西蒙-戈麦斯，1989）。所研究的领域是在埃布罗盆地。大多数岩石是在渐新世中新世（包括碎屑岩，蒸发岩和碳酸盐岩相）河流和湖泊起源（里瓦等，1983）。河床几乎平坦的，除了有当地因浮力上升的蒸发岩或地图尺寸滚卷背斜有关的正断层。该地区主要的宏观构造特点是洛格罗尼奥萨斯塔戈向斜（基兰特斯，1978;阿莱吉等，1997年），一个宽的NW-SE走向平缓倾角（4-8）位于埃布罗河沿线的褶皱。从断层群分析古应力的标准结果从埃布罗盆地中央37处露头收集的断层群已进行了古应力分析。断层影响了中新世水平或缓倾的灰岩，泥灰岩层（见表1）。1012个分米到米级的断层面和条纹已进行了测量和分析。它们中的大多数是正断层，倾角从5575，条纹间距为7590。只观察到极少数走滑断层。运动的方向已经在大多数断层中通过运动学标志测定，标志通常为里德尔裂隙（二次合成的断裂和新月状断裂都附属于珀蒂，R组，1987）。我们已通过使用三种方法序列进行了数据分析，每一个提供了不同的方法来确定压力确定问题，它们的共同作用在过去几年已被广泛测试（卡萨斯等，1990,1992;卡萨斯和马斯特罗，1996年;阿莱吉，1996年），并允许应力张量的完整定义：(a)Right Dihedra方法（佩戈拉罗，1972;安热利耶和梅希勒，1977）。这是一个简单的几何做法，提供了一个应力方向的初步估计。(b)yR图表（西蒙，戈麦斯，1986年）。这是一个二维近似，其中主要是应力轴可能垂直，所以张量可能由两个参数代表：y（最大水平应力方位角，y）和R（博特方程应力比R=（2-3）/（1-3）。y，R对满足一个断层而产生一个曲线：曲线相交处的节点显示所有可能解决方案的初步范围和整个断层群的相对重量（在多相构造的情况下特别有用）。(c)Etchecopar方法（Etchecopar等，1981; Etchecopar，1984年）。这是一种数值方法允许根据yR和Right Dihedra图表的解决方案进行勘探。这些解决方案将最终确认和完善，以取得最后的，完整的解决方案：三个主应力轴和应力比的三维方向。各种各样的相同原理的计数方法，Etchecopar是一个特别强大的方法。根据实际和理论条痕之间的最小夹角，通过对百分数据的足够管理，它允许不同应力张量的分离。在单相群中，满意的解通常从80-90%的断层获得，因此防止了10-20%的错误数据。在可疑的多相群中初步要求的百分比应当低一些(30-50%);程序选择的最佳断层代表这个初始的百分比，然后被抛弃，以便找到第二个压力解决方案在我们的情况下，前两种方法通常会由于伸展应力放射或多向的特点提供模棱两可的结果。如图4所示的例子（见图3中的Rem-2）。在Right Dihedra图表（图4a）几乎每一个水平方向与90%的断层伸展轴兼容。在y-R图表（图4b）曲线的交点不显示任何明显的节点而是两个频段正交极大，高R比率已经确立（放射延伸的指标）但2和3的方位角没有定义。不幸的是，如果类似的方法，如弗莱（1992）提出的方法被利用，图形模糊不会消失。网格的方法，Etchecopar（1984年，蒙特卡罗方法），加林多和冈萨雷斯（1988）及Gephart（1990年）所提出的，提供了可能的解决办法的类似的探索。它们会在多相群中有用，在我们这样一个单相群中，Right Dihedra和y-R图表也能执行初步探测。Etchecopar等（1981年）的方法给出了3最佳方向和R比率的准确计算。例如，在Rem-2站点与y-R图表左侧点代表的相似应力张量被选为最好的解决方法（图4c）。然而，由计算机程序估计的错误有时过高（在这种情况下，方位角3的错误为59），结果必是不可靠的。使用这些方法标准分析后得到的应力张量已经表1相应的栏。每个露头的地点，岩层，断层数量的详细情况已经给定。所有这些应力张量已作为之后将提交给稳定测试标准的解决方案。抽样测试应力解的稳定性如果一个实际的古应力状态是露头处断层条纹形成的原因，前者应该能够从任何可以推断这些纹故障代表性的样本中获得。这就是说任何一个足够数量数据的随机组合分析应给予稳定的结果。为了检验这种稳定性，并与统计自举技术的灵感，用标准方案解释的断层群，随机的丢弃一些数据然后提交进行二次抽样。被丢弃的数据，是逐步增加，以使子标本变得越来越小，接近获得一个代数解决方案需要的绝对最低数量（4个断层）。例如，在表11指定的地点，下面的抽样序列进行了从最初的48个样本断层开始：40-45个断层中4个子样本，33-38个断层中7个子样本，25-30个断层中10个子样本，16-20个断层中11个子样本，6-9个断层中13个子样本。采取抽样标本的数量非常接近最初值是不明智的，因为它们预计将出现与原样本很接近的行为。从少于6个断层中采样也是不明智的。根据前面的准则每个站点子样本的数量增加（通常20至60），它们被分别提交并用Etchecopar方法来分析。几乎每一个断层样本代表单相群，也就是说它可以用单向应力张量来充足的解释。不过，标准张量并不需要与伸展断层完全兼容。因此，每个情况下，运行Etchecopar程序引进的百分比应进行调整，以按此方法的通常标准优化解。在我们的分析中，这个百分比从80%100%间变化。只有在一种情况下（Fab-03站点）每秒的压应力状态已经被推断出来了；与第二张量相对应的断层已经被抛弃，稳定性分析已应用到主伸展张量。图5显示对Fab-11应用稳定性试验的结果（参见图3位置的位置）。从每个子样本（S3sam）获得的3方位角的不同及标准解(S3std)的不同按子样本的大小绘制了（图5a）。以同样的方式，R值的差异（Rsam-Rstd）也绘制了（图5b）。这些差异的绝对值，显然对小的子标本较大（较不稳定的解）。图5（c-f）显示每组相同子样本计算得到的前两个参数的平均值和标准偏差。标准差明确表示多样性随子样本大小增加而减少 超过15个断层的子样本的偏差明显下降，超过15个断层的子样本偏差几乎为零。