豫東地區(qū)寒武—奧陶系地層分布規(guī)律及成礦預(yù)測(cè)分析

蘇媛媛 趙誠(chéng)亮 李元慶

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250109）

豫東是指河南省東部的開封、周口及商丘等市所轄的區(qū)域，區(qū)內(nèi)以往多是進(jìn)行煤炭的地質(zhì)勘查與相關(guān)研究工作，勘查研究多集中在上古生界地層巖性特征、沉積環(huán)境、聚煤規(guī)律、控煤構(gòu)造等方面[1-2]，對(duì)下古生界地層分布與構(gòu)造控制方面的整理研究相對(duì)較少。地層是在特定的大地構(gòu)造背景下形成的，含有豐富而獨(dú)特的大地構(gòu)造信息[3-5]。深化區(qū)內(nèi)晚古生代地層特征的分析，探討地層殘留分布的控制因素，分析豫東下古生界成礦的可能性，可以填補(bǔ)豫東地區(qū)下古生界地層系統(tǒng)性研究的空白，同時(shí)為礦產(chǎn)資源的勘查提供有力的地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

研究區(qū)隸屬于華北板塊之二級(jí)構(gòu)造單元魯西臺(tái)隆及華北坳陷，位于華北地臺(tái)華北坳陷通許隆起至永城—夏邑一線。三級(jí)構(gòu)造單元分布從北向南依次為開封凹陷、通許凸起和周口凹陷，基本呈“兩凹夾一隆”的格局；區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，主要發(fā)育睢縣、杞縣、民權(quán)、焦作—商丘、蘭考、周口—鹿邑、顏集斷層等區(qū)域性隱伏斷裂。豫東地區(qū)基巖地質(zhì)構(gòu)造和主要斷裂分布圖如圖1。

圖1 豫東地區(qū)基巖地質(zhì)構(gòu)造和主要斷裂分布圖

豫東地區(qū)屬華北平原地層分區(qū)之豫東小區(qū)及魯西地層分區(qū)之徐州小區(qū)，區(qū)內(nèi)僅在永城市的北部芒碭山地區(qū)及南部的柏山一帶出露有少量的寒武—奧陶系地層和燕山期的花崗巖、花崗斑巖等，其他地區(qū)全被新生界覆蓋。通過搜集整理永城芒山地區(qū)的剖面和區(qū)內(nèi)的鉆孔資料，研究區(qū)內(nèi)寒武系地層自滄浪鋪期接受沉積，主要為碳酸鹽巖和部分碎屑巖，與下伏地層呈平行不整合接觸關(guān)系。區(qū)內(nèi)寒武系分為下統(tǒng)辛集組、饅頭組，中統(tǒng)毛莊組、徐莊組、張夏組及上統(tǒng)崮山組、長(zhǎng)山組、鳳山組，缺失上奧陶統(tǒng)地層，為陸表海碳酸巖沉積，地層可劃分為冶里組、亮甲山組、馬家溝組和峰峰組。

2 寒武—奧陶系地層分布規(guī)律總結(jié)

依據(jù)區(qū)域和地震勘探資料、收集區(qū)內(nèi)近150個(gè)煤田、地?zé)徙@孔的資料，分析總結(jié)區(qū)內(nèi)各層段的厚度值，參考太參2、周參7等石油深孔資料，分析沉積環(huán)境的演化，推測(cè)下古生界地層的頂板埋深及殘留厚度（圖2），本區(qū)下古生界頂板埋深最大可到6000 m以上，埋深2000 m以淺灰?guī)r主要分布在通許凸起軸部、永城隱伏背斜兩翼、民權(quán)及其北部地區(qū)、柘城斜坡帶北部及睢縣西側(cè)，其中通許凸起軸部和永城背斜軸部埋深在500 m以淺。除了在虞城北部利民集附近和南部的杜集背斜軸部地區(qū)，以及周口鄲城東部太古界地層凸起，缺失寒武—奧陶系地層外，地層總厚度基本上在400～1200 m之間，在通許凸起軸部、永城背斜軸部、芒山地區(qū)、杜集背斜軸部、民權(quán)北部寒武—奧陶系地層凸起，存在不同程度的剝蝕現(xiàn)象，寒武—奧陶系地層厚度較薄，在400～700 m之間，從凸起背斜軸部向四周漸厚，在永城西部、夏邑東部及豫東西部通許—太康一線厚度可達(dá)1200 m以上。

圖2 寒武—奧陶系地層頂板埋深及厚度等值線圖

下古生界無論是在沉積環(huán)境、巖性，還是沉積厚度的變化都比較明顯，區(qū)域上寒武系地層在南部最厚，由南向北地層有減薄的趨勢(shì)，豫東地區(qū)寒武系地層在整體南厚北薄的基礎(chǔ)上，東西部稍厚，中部較薄。奧陶系地層厚度分布特點(diǎn)與寒武系地層截然不同，區(qū)域上南部地層最薄，東北部地層相對(duì)較厚，奧陶系地層在商丘寧陵和永城芒山地區(qū)部分缺失，中部厚度薄，向南北漸厚。

3 寒武—奧陶系地層分布控制因素

3.1 沉積環(huán)境對(duì)地層分布的控制作用

海相地層的分布主要受控于海平面的變化，辛集期華北海域一度為廣闊的海灘，沉積有高能礫巖。饅頭期海水漫過整個(gè)華北，沉積物以碳酸鹽為主，局部混入泥砂。毛莊期碳酸鹽臺(tái)地大面積發(fā)育，混入少量泥粉砂質(zhì)的混合沉積，徐莊期至張夏期是華北海侵頂峰期，臺(tái)地內(nèi)淺水區(qū)常形成鮞粒灘。晚寒武世為海退時(shí)期，沉積厚度相對(duì)變薄。

早奧陶世冶里期至亮甲山晚期，持續(xù)向東北方向海退，冶里組和亮甲山組地層從北向南漸薄，受加里東運(yùn)動(dòng)的影響，亮甲山組與下馬家溝組之間發(fā)育平行不整合面，缺失晚奧陶世至志留世沉積，晚石炭世地層直接平行不整合覆蓋于中奧陶世地層之上。

3.2 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)地層沉積的控制作用

從中生代三疊紀(jì)到新生代第四紀(jì)屬于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍期，對(duì)下古生界地層的分布及沉積厚度影響較大。經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了大型的坳陷式沉積和隆坳構(gòu)造，先后形成了開封凹陷、周口凹陷、通許凸起、太康凸起、顏集凹陷、商丘斷塊等構(gòu)造形態(tài)。

研究區(qū)中部隆起由于后期隆升剝蝕，新生界直接覆蓋于下古生界地層之上，寒武奧陶系地層埋深淺，受剝蝕作用地層相對(duì)較薄，由隆起向凹陷基巖地層逐漸過渡為石炭系、二疊系、三疊系和侏羅系地層，地層逐漸完整，下古生界地層埋藏逐漸變深，地層厚度較隆起區(qū)變厚。

3.3 褶皺斷裂對(duì)地層分布的控制

豫東地區(qū)發(fā)育兩個(gè)大型沉積背斜構(gòu)造：杜集背斜和永城背斜，這兩個(gè)背斜對(duì)下古生界地層的埋深及厚度變化影響很大。隆起軸部下古生界地層抬升并缺失部分奧陶系地層，軸部?jī)蓚?cè)，下古生界地層逐漸下傾，埋深逐漸變深。發(fā)育規(guī)模較小的柘城背斜、柘城向斜和韓口、順和西地區(qū)存在的局部隆起，使地層埋深發(fā)生局部變化。

區(qū)內(nèi)較大的斷裂有焦作—商丘斷層、太平集斷層、濟(jì)陽斷層、F20、演集斷層、劉河斷層等，對(duì)下古生界地層的分割和切塊形成斷塊構(gòu)造，對(duì)寒武—奧陶系地層埋深造成影響，由于斷層切割及差異升降，斷裂兩側(cè)奧陶系頂面埋深不同。

4 下古生界成礦預(yù)測(cè)

4.1 寒武系成礦概述

寒武紀(jì)辛集期是我國(guó)北方最著名的成磷期，含磷巖系主要為黑色炭質(zhì)粉砂巖、含磷砂巖和海綠石砂巖、磚紅色石英砂巖，豫東存在生成磷礦的可能性，但不富集。目前只發(fā)現(xiàn)華北區(qū)辛集中晚期和饅頭期有膏鹽沉積。辛集中晚期，焦作、開封一線以南地區(qū)普遍形成含膏沉積，饅頭組含膏沉積與辛集組特征相似，但分布局限，厚度也很小。石灰?guī)r和白云巖是寒武系主要非金屬礦產(chǎn)，分布于華北區(qū)辛集組上部、徐莊組上部和張夏組，永城芒山地區(qū)出露上寒武統(tǒng)地層。

4.2 奧陶系成礦概述

奧陶系礦產(chǎn)包括水泥灰?guī)r、熔劑灰?guī)r、白云巖、石膏等，金屬礦產(chǎn)主要是多金屬礦，奧陶系灰?guī)r常為矽卡巖型鐵礦的圍巖。豫東地區(qū)下馬家溝組二、三段，上馬家溝組二、三段的灰?guī)r均屬于局限臺(tái)地相，多為很純的泥晶灰?guī)r，白云巖也主要分布于局限臺(tái)地相，局限臺(tái)地相中的白云巖一般為交代白云巖，當(dāng)白云化程度比較高時(shí)可形成優(yōu)質(zhì)白云巖，如永城芒山地區(qū)冶里組、亮甲山組。奧陶紀(jì)石膏礦的有利生成環(huán)境為冶里期、下馬家溝早期、上馬家溝早期，可以形成多層含膏沉積，區(qū)內(nèi)目前尚未發(fā)現(xiàn)有開采價(jià)值的石膏礦。

華北區(qū)奧陶系中的多金屬礦一般屬于低溫?zé)嵋撼梢?，奧陶系中的含礦物質(zhì)經(jīng)燕山期地下水熱液作用，在裂隙、破碎帶等有利地帶富集成礦，華北區(qū)已發(fā)現(xiàn)的多金屬礦點(diǎn)多賦存在白云巖中。賦存于奧陶系中的鐵礦多是燕山期巖漿與中奧陶統(tǒng)灰?guī)r接觸交代形成的矽卡巖型磁鐵礦，這種鐵礦的分布主要受燕山期巖體控制，角礫狀灰?guī)r與燕山期巖體共同存在的地區(qū)是尋找鐵礦的重點(diǎn)區(qū)域，豫東永城大王莊鐵礦即為該種成因的鐵礦。

5 結(jié)論

（1）通過搜集區(qū)域地質(zhì)資料、各類鉆孔及物探資料，結(jié)合沉積環(huán)境的演化規(guī)律，推測(cè)了豫東地區(qū)寒武—奧陶系地層頂板埋深和沉積殘留厚度值，初步總結(jié)了下古生界地層展布規(guī)律，豫東地區(qū)下古生界頂板埋深變化較大。

（2）下古生屆地層展布受構(gòu)造演化控制，具有明顯的方向性。下古生代經(jīng)歷了多次海進(jìn)和海退過程，地層埋深和厚度受沉積環(huán)境和后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)地殼升降和剝蝕的影響。后期的褶皺作用、斷層切割及差異升降，亦對(duì)下古生界地層分布格局有較大的改造作用。

（3）對(duì)研究區(qū)寒武—奧陶系地層成礦可能和分布規(guī)律進(jìn)行了初步分析，認(rèn)為豫東地區(qū)下寒武統(tǒng)存在成磷礦和石膏礦的可能，但不富集。寒武奧陶系石灰?guī)r和白云巖礦豐富，奧陶系是多金屬礦的重要賦存層位，受燕山期巖體控制，其與中奧陶統(tǒng)灰?guī)r接觸地帶是尋找磁鐵礦的重點(diǎn)區(qū)域。