貴州息烽-開(kāi)陽(yáng)地區(qū)逆沖推覆構(gòu)造特征及地?zé)崴梢蚍治?

郭建江，蔡興林，羅 曼

(1.貴州開(kāi)磷礦業(yè)總公司， 貴州 貴陽(yáng) 550302； 2.中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院，貴州 貴陽(yáng) 550003； 3.貴州開(kāi)磷礦業(yè)總公司， 貴州 貴陽(yáng) 550302)

貴州息烽-開(kāi)陽(yáng)地區(qū)逆沖推覆構(gòu)造特征及地?zé)崴梢蚍治?

郭建江1，蔡興林2，羅 曼3

(1.貴州開(kāi)磷礦業(yè)總公司， 貴州 貴陽(yáng) 550302； 2.中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院，貴州 貴陽(yáng) 550003； 3.貴州開(kāi)磷礦業(yè)總公司， 貴州 貴陽(yáng) 550302)

貴州息烽-開(kāi)陽(yáng)地區(qū)發(fā)育一系列逆沖斷層，這些斷裂在剖面上構(gòu)成一個(gè)典型的雙重構(gòu)造，其底板滑脫斷層為規(guī)模最大的安清斷層，為現(xiàn)今磷礦找礦的構(gòu)造邊界，頂板逆沖斷層為沙壩土-趕子斷層，從底板滑脫斷層向頂板逆沖斷層，巖層褶皺和斷裂作用、巖石變形強(qiáng)度等均具有明顯的分帶性，并從構(gòu)造角度分析了地?zé)崴梢?，認(rèn)為大氣降水經(jīng)深循環(huán)加熱后，沿安清斷層由東向西進(jìn)入震旦系燈影組熱儲(chǔ)層中保存，在洋水背斜北部?jī)A伏端受阻而排出地表。

逆沖斷層；斷層轉(zhuǎn)折褶皺；雙重構(gòu)造；地?zé)崴梢?/p>

眾所周知，貴州息烽-開(kāi)陽(yáng)地區(qū)是全國(guó)著名優(yōu)質(zhì)含偏硅酸和鍶的重碳酸鈣型氡泉——息烽溫泉的產(chǎn)出地，也是聞名全國(guó)的開(kāi)陽(yáng)富磷礦生產(chǎn)基地。該區(qū)構(gòu)造控制著開(kāi)陽(yáng)富磷礦的產(chǎn)出形態(tài)和地?zé)岬膬?chǔ)存演化，本文運(yùn)用構(gòu)造分析的新觀點(diǎn)，分析該區(qū)逆沖推覆構(gòu)造特征，以此探討地?zé)崴梢颍@將對(duì)今后磷礦勘查方向和地?zé)崴Y源利用及保護(hù)起到重要作用。

1 基本地質(zhì)概況

研究區(qū)位于上揚(yáng)子陸塊前陸褶皺沖斷帶鳳崗滑脫褶皺帶上，出露前震旦系(AnZ)淺變質(zhì)陸源碎屑及火山碎屑巖、冰成雜礫巖、震旦系(Z)砂巖、磷塊巖、白云巖、寒武系(∈)砂巖、頁(yè)巖、白云巖及二疊系、三疊系碳酸鹽巖夾碎屑巖，無(wú)巖漿巖體，巖石軟硬差異大。震旦系底部陡山沱組磷塊巖是區(qū)內(nèi)富磷礦的主要產(chǎn)出層位，上部燈影組白云巖構(gòu)造裂隙和巖溶裂隙較發(fā)育，是主要的熱儲(chǔ)含水層，上覆寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組炭質(zhì)頁(yè)巖、明心寺組頁(yè)巖、金頂山組砂巖為主要的熱儲(chǔ)蓋層。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造線以北東向、北北東向?yàn)橹?，發(fā)育的主要褶皺為圓弧狀斜歪褶皺——洋水背斜，發(fā)育的主要斷裂類(lèi)型為逆沖斷層，其旁側(cè)次級(jí)褶皺發(fā)育，碎裂巖、角礫巖等沿?cái)嗔殉蕩罘植迹瑢挾葦?shù)十米至數(shù)百米。總體來(lái)看，表現(xiàn)為地殼上部淺層次薄皮構(gòu)造的脆性變形。

2 逆沖斷層特征及性質(zhì)分析

(1) 安清斷層(F1)：出露于馬莊-光寺坡-坪山一線，斷面傾向南東，具體特征如下：

(1) 在走向上，幾乎沿非能干層走向發(fā)育，而在能干層中，以小于巖層走向30°的夾角發(fā)育，斷層旁側(cè)發(fā)育多個(gè)次級(jí)褶皺，軸向與斷層走向呈小于45°夾角相交。

(2) 在傾向上，滑動(dòng)面上發(fā)育寬約100 m的破碎帶，帶內(nèi)發(fā)育構(gòu)造透鏡體帶和碎粒巖帶，局部見(jiàn)片理化帶和糜棱巖，透鏡體AB面與巖層產(chǎn)狀一致，說(shuō)明沿物性界面上有強(qiáng)烈的順層滑動(dòng)。

(3) 滑脫面兩側(cè)巖石變形差異大。破碎帶之上主要為寒武系碳酸鹽巖，發(fā)育多個(gè)次級(jí)褶皺，緊靠斷層褶皺倒轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)翼傾角40°～45°，與滑動(dòng)面產(chǎn)狀近于平行，滑動(dòng)帶之下主要為二疊系-三疊系碳酸鹽巖夾碎屑巖，變形較弱，僅在緊靠斷層時(shí)倒轉(zhuǎn)向斜發(fā)育(見(jiàn)圖1)。

(4) 地表滑動(dòng)面斜切地層傳播，表現(xiàn)為逆沖斷層的斷坡部分，且斷層切層傳播時(shí)，因阻力增大，在其下盤(pán)發(fā)育大致沿巖層面滑動(dòng)的次級(jí)底板逆沖斷層(F2和F3)；深部變緩，幾乎沿下盤(pán)巖層面滑動(dòng)，表現(xiàn)為逆沖斷層順層滑動(dòng)的斷坪部分，并使斷層?xùn)|盤(pán)寒武系及前寒武系地層逆沖疊于三疊系地層之上(見(jiàn)圖1)，并限制了洋水背斜向深部延伸。垂直斷距達(dá)3000 m以上，水平斷距可能超過(guò)10 km，為研究區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的斷層。因此，該斷層實(shí)際為底板滑脫斷層，為現(xiàn)今磷礦找礦的構(gòu)造邊界。

(2) 中壩斷層(F4)：出露于中壩-哨上-玄天洞一帶，整體傾向南東，沿走向破壞息烽向斜。中壩附近，西盤(pán)婁山關(guān)組(∈Ols)砂巖沿走向與東盤(pán)石冷水組(∈2s)白云巖直接接觸，并使婁山關(guān)組(∈Ols)砂巖在斷層側(cè)旁擠壓形成小褶皺及小斷裂，破碎帶最寬達(dá)20 m，斷面傾向北西，向深部?jī)A角逐漸變大，并顯示反傾趨勢(shì)；哨上一帶使東盤(pán)九架爐組(C1jj)含鋁粘土巖(上盤(pán))沿走向與西盤(pán)茅口組(P2m)灰?guī)r(下盤(pán))接觸，接觸斷面傾向南東，傾角70°。由此判斷，該斷層整體為傾向南東的逆沖斷層。

(3) 興隆村斷層(F5)：出露于溫泉鎮(zhèn)-興隆村-中溝一帶，向北延伸至溫泉時(shí)并被沙壩土-趕子斷層(F7)所掩蓋。斷面傾向南東，傾角30°～70°，上陡下緩(見(jiàn)圖1)。斷層兩盤(pán)地層主要為寒武系及前寒武系地層，傾向近于直交。在下寒武統(tǒng)非能干層中，地層強(qiáng)烈變形，上盤(pán)發(fā)育一斜歪背斜，即高豐背斜，斷層切穿該背斜西翼地層，并使其傾角變陡，靠近安清斷層(F1)時(shí)，下盤(pán)地層近于直立，局部倒轉(zhuǎn)。具逆沖性質(zhì)。

(4) 高豐斷層(F6)：出露于高豐一帶，向北延伸至溫泉附近，并被沙壩土-趕子斷層所掩蓋。該斷層傾向南東，傾角40°～65°，上陡下緩。斷層兩盤(pán)地層主要為下寒武統(tǒng)及前寒武系地層，地層傾向相對(duì)，上盤(pán)地層變形形成背斜，下盤(pán)地層變形形成向斜，具逆沖性質(zhì)。根據(jù)褶皺與斷層的關(guān)系分析，中壩斷層、興隆村斷層和高豐斷層實(shí)際是安清斷層切層爬坡的斷坡。

(5) 沙壩土-趕子斷層(F7)：出露于洋水背斜東翼近核部地段，自南向北經(jīng)過(guò)馬路坪、沙壩土、溫泉和趕子一帶。斷層破碎帶寬約150 m，最寬達(dá)350 m，由多個(gè)次級(jí)斷層組成，即勘查單位所稱(chēng)的F41至F44斷層及其他次級(jí)斷層，其中楊紹亮(1980)曾經(jīng)討論了F41斷層的特征。斷層延伸方向與地層走向一致，滑動(dòng)面幾乎沿巖層面滑動(dòng)，屬褶皺頂板逆沖斷層。

圖1 安清斷層勘探剖面圖

3 逆沖斷層組合特征及其分帶性

前述的幾條逆沖斷層有如下共同特征：斷層產(chǎn)狀大體一致；斷層性質(zhì)相同；斷層規(guī)模雖然不同，但是主次分明，安清斷層(F1)規(guī)模最大，沙壩土-趕子斷層(F7)規(guī)模其次，次級(jí)斷層F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)5和F6的規(guī)模相當(dāng)；次級(jí)斷層F3、F4、F5和F6發(fā)育于安清斷層(F1)和沙壩土-趕子斷層(F7)所圍限的大型斷夾塊中，呈疊瓦狀分布，形成一個(gè)Boyer(1982)所定義的典型疊瓦狀系統(tǒng)，這種迭瓦狀組合的逆沖斷層向深部延伸斷層傾角將逐漸變緩并交于一條底板逆沖斷層之上。

橫向上，沙壩土-趕子斷層(F7)向北逐漸與安清斷層(F1)收斂，所圍限的大型斷夾塊南寬北窄，呈楔形狀?？v向上，安清斷層(F1)在淺地表切層發(fā)育，向上也與沙壩土-趕子斷層逐漸收斂，亦呈楔形狀，為典型的構(gòu)造錐形楔。加之沙壩土-趕子斷層幾乎順層發(fā)育，為典型的平板狀斷層，在高處形成逆沖推覆的殘留巖席，即“飛來(lái)峰”，如溫泉鎮(zhèn)趕子飛來(lái)峰和金中鎮(zhèn)大水飛來(lái)峰，且次級(jí)逆沖斷層向深部逐漸變緩交于安清斷層(F1)之上，在高位受限于沙壩土-趕子斷層，這與雙重構(gòu)造的典型特征相符(見(jiàn)圖2)。

由此分析，安清斷層(F1)及其次級(jí)斷層(F2和F3)是組成這個(gè)雙重構(gòu)造的底板滑脫-逆沖斷層，沙壩土-趕子斷層(F7)為其頂板逆沖斷層。從底板滑脫斷層向頂板逆沖斷層，巖層的褶皺和斷裂作用、巖石變形強(qiáng)度等均有明顯的分帶性，由西向東可分為：下盤(pán)簡(jiǎn)單變形帶→底板滑脫、逆沖斷層帶→斷層轉(zhuǎn)折褶皺帶→褶皺頂板逆沖斷層帶→上盤(pán)簡(jiǎn)單變形帶。

圖2 研究區(qū)雙重構(gòu)造剖面圖

4 地?zé)崴梢蛱接?/h2>

研究區(qū)地?zé)崴雎队谡鸬┫禑粲敖M地層中，溫泉之下的地殼淺部不存在年輕巖漿巖體等特殊熱源，地?zé)崴某梢蛑饕谴髿饨邓纳钛h(huán)，其補(bǔ)給區(qū)高程在1600 m左右，主要分布于研究區(qū)西側(cè)大銀頂-白馬洞一帶，主要出露中上寒武統(tǒng)至三疊系碳酸鹽巖。然而，它與震旦系燈影組儲(chǔ)熱層之間為下寒武統(tǒng)金頂山組、明心寺組和牛蹄塘組砂巖、頁(yè)巖，屬軟弱巖類(lèi)隔水層，厚600～700 m，盡管白馬洞一帶有斷裂構(gòu)造向北切穿該隔水層，但不足以聯(lián)通這兩套含水層之間的水力關(guān)系，顯然，白馬洞一帶向北延伸的斷層并非大氣降水深循環(huán)的通道。北西部發(fā)育的規(guī)模最大的底板滑脫斷層——安清斷層(F1)切穿了前震旦系至三疊系地層，斷層破碎帶較寬，構(gòu)造裂隙發(fā)育，在深部使三疊系地層與寒武-震旦系地層直接接觸，加之玄天洞一帶次級(jí)斷裂與之聯(lián)通，足以使中上寒武統(tǒng)至三疊系含水層與震旦系燈影組有較緊密的水力聯(lián)系。

因此，地?zé)崴纬傻拇笾逻^(guò)程是：由大銀頂一帶大氣降水入滲，經(jīng)北東向安清斷層(F1)的深循環(huán)，將洋水背斜西翼3000 m深度內(nèi)的熱量收集起來(lái)，并在上覆寒武系隔水隔熱蓋層的保護(hù)作用下，于震旦系燈影組白云巖中形成深部熱儲(chǔ)，在水力梯度的作用下，使得深部地?zé)崴晌飨驏|運(yùn)移，在洋水背斜北部?jī)A伏端，次級(jí)逆沖斷層(F5、F6)和頂板逆沖斷層(F7)將前震旦系具隔水性碎屑巖抬升，地?zé)崴\(yùn)移受阻而排泄，形成溫泉。

5 結(jié) 語(yǔ)

震旦系陡山沱組是貴州開(kāi)陽(yáng)富磷礦的產(chǎn)出層位，頂板逆沖斷層和次級(jí)逆沖斷層將其逆推錯(cuò)切為多段，進(jìn)而增加了磷礦的資源儲(chǔ)量，然而底板滑脫斷層——安清斷層(F1)將其逆推疊于三疊系地層之上，增加了磷礦找礦勘查的難度，為現(xiàn)今磷礦找礦的構(gòu)造邊界。

陡山沱組上覆燈影組是息烽溫泉的熱儲(chǔ)層位，其中地?zé)崴谴髿饨邓钛h(huán)經(jīng)底板滑脫斷層而運(yùn)移至燈影組白云巖中，在上覆金頂山組、明心寺組和牛蹄塘組砂巖、頁(yè)巖隔水隔熱蓋層的保護(hù)下而得以儲(chǔ)存。然而，近年來(lái)，隨著磷礦開(kāi)采強(qiáng)度和深度的增加，地?zé)崴疅醿?chǔ)層位面臨不同程度破壞的危險(xiǎn)，隨時(shí)可能出現(xiàn)水質(zhì)惡化或斷流的狀況，建議在磷礦開(kāi)采或勘查中，增加礦區(qū)地?zé)崴畬?zhuān)項(xiàng)勘查工作，以判斷磷礦開(kāi)采對(duì)地?zé)崴奈：Τ潭取?/p>

致謝：在野外調(diào)研和本文撰寫(xiě)的全過(guò)程中，得到中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院陳代良教授級(jí)高級(jí)工程師的悉心指導(dǎo)，楊光亮、郭江波、楊明俊、王春江等人參加了野外調(diào)研工作，在此一并感謝。

[2]張長(zhǎng)厚,宋鴻林.逆沖雙重構(gòu)造形成的新模式[J].地質(zhì)科技情報(bào),1995,14(3):1￣7.

[3]郭玉貴,程 昕.試論雙重逆沖構(gòu)造[J].海洋地質(zhì)前沿,1995(3):8￣9.

[4]Mcclay E R. Thrust tectonics and hydrocarbon Systems: AAPG Meoir. no.82 [M].AAPG/Datapages,2004.

[5]Tanner P W G. The duplex model: Implications from a study of flexural-slip duplexes [M].Thrust Tectonics. Springer Netherlands,1992:201￣208.

[6]Suppe J. Geometry and Kinematics of fault-bend folding [J].American Journal of Science,1983,283(7):684￣721.

[7]Jamison W R. Geometric analysis of fold development in overthrust terranes [J].Journal of Structural Geology,1987,9(2):207￣219.

[8]Suppe J. Geometry and kinematics of fault-propagation folding [J].Eclogae Geologicae Helvetiae,1990,83(3):409￣454.

[9]何登發(fā)，J. Suppe，賈承造.斷層相關(guān)褶皺理論與應(yīng)用研究新進(jìn)展[J].地學(xué)前緣,2005,12(4):353￣364

[10]張逸昆,J.Suppe,賈 東,等.廣義“斷層轉(zhuǎn)折褶皺”的幾何學(xué)正演數(shù)值模擬[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào),2005,11(4):608￣616

[11]陳 劍,盧華復(fù),于景宗,等.斷層相關(guān)褶皺的幾何學(xué)模型及其應(yīng)用[J].地球?qū)W報(bào),2005,26(1)，89￣92

[12]曹建文,梁 彬,張慶玉,等.黔中隆起及周緣地區(qū)燈影組古巖溶儲(chǔ)層發(fā)育特征和控制因素[J].地質(zhì)通報(bào),2012,31(11):1902￣1909.

[13]楊紹亮.開(kāi)陽(yáng)磷礦馬路坪礦段F41斷裂特征及意義[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì),1980(2):68￣82.

[14]Boyer S E, Elliott D. Thrust Systems [J]. Aapg Bulletin,1982,66(9):1196￣1230.

[15]杜定全，毛健全.黔南、黔北地區(qū)地殼表層褶皺逆沖推覆構(gòu)造[A].貴州省地質(zhì)學(xué)會(huì).貴州區(qū)域構(gòu)造礦田構(gòu)造學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C].貴州省地質(zhì)學(xué)會(huì)編.貴陽(yáng):貴州科技出版社,1991,66￣71.

[16]宋小慶,段啟杉,孟凡濤,等.貴州息烽溫泉地質(zhì)成因分析[J].地質(zhì)科技情報(bào),2014(5):216￣220.

作者簡(jiǎn)介：郭建江(1970-)，男，貴州貴陽(yáng)人，工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查和研究工作，Email：30498243@qq.com。

馬 超(1989-)，男，陜西乾縣人，碩士，主要從事采礦工程及礦井通風(fēng)與安全研究，Email：1318018861@qq.com。

化工地質(zhì)勘查專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(化勘資金[2016-01]).

2017￣01￣18)