淮南羅山-李郢孜段推覆體地質(zhì)特征及成因

高加林，許光泉，黎志豪，張海濤，吳詩(shī)勇，鄭建斌

(安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001)

逆沖推覆構(gòu)造一直是構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。在上個(gè)世紀(jì)70年代中期，國(guó)外地質(zhì)學(xué)家率先開(kāi)展對(duì)逆沖推覆體構(gòu)造研究[1]，我國(guó)地質(zhì)學(xué)家隨后進(jìn)入研究該領(lǐng)域的潮流中，調(diào)查與之相關(guān)地區(qū)的逆沖推覆構(gòu)造系，并探討其形成機(jī)制[2]?；茨厦禾镂挥谌A北板塊南緣，其主要構(gòu)造格架為一近東西向展布的“對(duì)沖式斷-褶構(gòu)造帶”[3]。該構(gòu)造帶為印支期華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞造山的產(chǎn)物，是大別山北側(cè)薄皮推覆構(gòu)造前鋒帶和外緣帶的主體[4]?；茨厦禾锬蟼?cè)的“舜耕山-八公山構(gòu)造帶”是典型的疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造帶[5]，根據(jù)文獻(xiàn)[6]，區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要受印支期與燕山期的構(gòu)造應(yīng)力控制，印支期表現(xiàn)為近南北向擠壓作用，燕山期表現(xiàn)為南北向的伸展作用，在兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間“舜耕山-八公山構(gòu)造帶”上構(gòu)造應(yīng)力發(fā)生反轉(zhuǎn)，并形成負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造[7]。然而前人側(cè)重于印支運(yùn)動(dòng)在淮南煤田南部形成推覆體過(guò)程的研究，而對(duì)后期燕山運(yùn)動(dòng)對(duì)推覆體的改造作用的研究尚未開(kāi)展，為揭示這一演化過(guò)程，本文以淮南煤田南部的羅山-李郢孜段推覆體為研究對(duì)象，在對(duì)其構(gòu)造地質(zhì)特征及其組合形態(tài)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)該段推覆構(gòu)造體形成過(guò)程進(jìn)行初步探究，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)淮南煤田地質(zhì)構(gòu)造的成因及深部資源開(kāi)發(fā)提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

淮南煤田位于華北板塊南緣，東至長(zhǎng)豐斷層，西至阜陽(yáng)斷裂，北至劉府?dāng)鄬?，南臨合肥盆地。以阜鳳斷層和明龍山斷層為界，將其劃分為南部構(gòu)造帶、中部構(gòu)造帶和北部構(gòu)造帶(見(jiàn)圖1)。其中，南部構(gòu)造帶由舜耕山斷塊、羅山斷塊、八公山斷塊等組成。以阜鳳斷層為主滑動(dòng)面，其南側(cè)發(fā)育的主要斷層有舜耕山逆沖推覆斷層和阜李斷層。

圖1 羅山-李郢孜段地質(zhì)圖

羅山-李郢孜段推覆體在 “淮南煤田南部構(gòu)造帶”八公山斷塊和舜耕山斷塊相接觸的位置。羅山段自南向北主要出露有太古界霍邱群、青白口系伍山組、劉老碑組、震旦系四十里長(zhǎng)山組、九里橋組、四頂山組等地層。巖層產(chǎn)狀倒轉(zhuǎn)，傾向在160°～180°之間，走向EW，傾角在50°～80°之間。羅山斷塊巖層產(chǎn)狀在羅山公墓以西發(fā)生變化，傾向變?yōu)槲鞅?，傾角變緩，并且在羅山斷塊上發(fā)育一條主要的次級(jí)逆沖推覆斷層F4。李郢孜段主要發(fā)育有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系等地層，區(qū)內(nèi)F3斷層以南地層倒轉(zhuǎn)，走向、傾向變化較大，傾角在60°～80°之間；F3斷層以北地層不倒轉(zhuǎn)，傾向NE，走向NW-SE，傾角由淺部向深部變緩。李郢孜段有一組發(fā)育在倒轉(zhuǎn)地層上的褶皺，這些褶皺走向?yàn)镹E-SW，為兩個(gè)向形與一個(gè)背形，褶皺的形成與側(cè)向擠壓作用有關(guān)。

2 羅山-李郢孜段推覆體構(gòu)造特征

研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，其中最發(fā)育的為逆沖推覆斷層，同時(shí)發(fā)育負(fù)反轉(zhuǎn)斷層、同沉積正斷層、橫彎褶皺等。通過(guò)野外調(diào)查，在羅山-李郢孜段內(nèi)的典型位置實(shí)測(cè)了三條地質(zhì)剖面，并以此為基礎(chǔ)分析。

A-A’地質(zhì)剖面位于研究區(qū)東側(cè)羅山斷塊上，如圖1，剖面自南向北依次出露白堊系砂巖與礫巖、太古界變質(zhì)巖、青白口系陸源碎屑巖與碳酸鹽巖、震旦系陸源碎屑巖與碳酸鹽巖、與三疊系砂巖。其中白堊系礫巖、砂巖主要分布于舜耕山南側(cè)山腳下，位于阜李斷層上盤(pán)。白堊系地層主要為礫巖，其礫石成分有灰?guī)r、白云巖，砂巖、粉砂巖等巖屑，分選性差，磨圓度差，雜基支撐，為典型的山前洪積扇沉積物。在剖面南側(cè)鉆孔揭露白堊系地層之下為霍邱群，二者之間不整合接觸，霍邱群之上地層已被剝蝕。上述地質(zhì)特征表明，白堊紀(jì)沉積時(shí)期，阜李斷層可能是一條活動(dòng)的同沉積正斷層，斷層下盤(pán)巖層風(fēng)化剝蝕，巖屑向山前盆地快速堆積(見(jiàn)圖2～圖3)。

圖2 羅山段A-A’地質(zhì)剖面圖

圖3 羅山段B-B’地質(zhì)剖面圖

A-A’剖面與B-B’剖面處發(fā)育一系列形成于印支運(yùn)動(dòng)?xùn)|西走向的逆沖斷層，如舜耕山斷層、F4斷層、阜李斷層等，這些斷層傾向向南，傾角由淺部向深部變緩。舜耕山斷層在研究區(qū)內(nèi)出露良好，斷層面呈起伏波狀，顯示出典型的斷坡、斷坪的幾何形態(tài)。斷層帶出露寬度最大40m，帶內(nèi)斷層泥、斷層角礫巖發(fā)育。斷層兩側(cè)發(fā)育伴生構(gòu)造，上盤(pán)灰?guī)r中比較發(fā)育次級(jí)斷裂，下盤(pán)砂巖泥巖中牽引褶皺比較發(fā)育。在舜耕山斷層上盤(pán)的羅山巖片上發(fā)育一條次級(jí)逆沖推覆斷層F4，該斷層在公墓西側(cè)、水庫(kù)東側(cè)出露良好，斷層主體上表現(xiàn)為一條低角度逆斷層(見(jiàn)圖2～圖3)。阜李斷層在研究區(qū)淺部錯(cuò)斷白堊系與霍邱群的地層，為正斷層，但該斷層八公山段使霍邱群推覆于古生代地層之上，為逆沖斷層。這是由于在印支期阜李斷層形成時(shí)為一條逆沖斷層，但在燕山運(yùn)動(dòng)中后期研究區(qū)應(yīng)力環(huán)境變?yōu)镾N向伸展，并且阜李斷層各個(gè)位置受到的拉張強(qiáng)度不同，在其劇烈拉張的位置表現(xiàn)為正斷層，拉張較弱的位置保留最初逆斷層的形態(tài)，因此，阜李斷層在研究區(qū)為一條在白堊系發(fā)育的負(fù)反轉(zhuǎn)斷層。

圖4 李郢孜段C-C’ 地質(zhì)剖面圖

C-C’地質(zhì)剖面位于研究區(qū)西側(cè)八公山巖片李郢孜段上。如圖4所示剖面自南向北揭露寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系的地層。剖面中最大的F3斷層走向東西，傾向向南，斷層面傾角由淺部向深部變緩。斷層上盤(pán)地層急傾斜并倒轉(zhuǎn)，下盤(pán)地層基本不倒轉(zhuǎn)，傾角由淺部向深部變緩，下盤(pán)的斷層牽引褶皺顯示出斷層上盤(pán)曾做向上的運(yùn)動(dòng)。其構(gòu)造形態(tài)顯示該斷層為一條形成于南北向擠壓作用的逆斷層，與舜耕山斷層等其他東西走向逆斷層相似。但從該斷層面錯(cuò)斷上下盤(pán)地層的新老關(guān)系判斷該斷層為一條正斷層，同時(shí)斷層上盤(pán)的牽引褶皺顯示出F3斷層曾做正斷層性質(zhì)的活動(dòng)，可見(jiàn)F3斷層同樣為一條負(fù)反轉(zhuǎn)斷層。礦井資料表明，F(xiàn)3斷層上下盤(pán)發(fā)育的次級(jí)斷裂，上盤(pán)的次級(jí)斷裂大都被改造成正斷層，下盤(pán)的次級(jí)斷裂基本上保留了逆斷層的性質(zhì)。研究區(qū)走向EW的逆斷層普遍受到了拉張作用的改造，但改造的程度并不相同。

在研究區(qū)內(nèi)傾向向南，東西走向的推覆斷層受到拉張改造的強(qiáng)度在空間分布上存在一定的規(guī)律性。在剖面上對(duì)比四條近東西走向的逆沖斷層發(fā)現(xiàn)：最靠北的舜耕山斷層據(jù)前人對(duì)斷層帶內(nèi)構(gòu)造巖的研究，發(fā)現(xiàn)舜耕山斷層是低溫快速變形的產(chǎn)物，它經(jīng)歷了兩期或兩期以上的構(gòu)造作用[8]。但舜耕山斷層由于受到拉張改造較為微弱，正斷層性質(zhì)的位移量較小，沒(méi)有改變其逆斷層的性質(zhì)； F3斷層為一條被改造成正斷層的逆斷層如圖4所示，位于研究區(qū)中部的F3，擁有明顯的拉張位移量，原先的逆斷層幾乎被改造為一條正斷層。最南側(cè)的阜李斷層在羅山地區(qū)的淺部均表現(xiàn)為正斷層，并且在其南側(cè)的上盤(pán)沉積了巨厚的白堊系地層，表現(xiàn)出了很大的拉張性質(zhì)位移量。三條推覆斷層中最南部的阜李斷層有最大的正斷層位移量，拉張性質(zhì)的改造向北遞減，可見(jiàn)研究區(qū)內(nèi)逆沖斷層的拉張性質(zhì)的改造具有向東南加劇的特點(diǎn)。

3 地質(zhì)構(gòu)造成因分析

通過(guò)對(duì)研究區(qū)的調(diào)查與分析發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)深部發(fā)育印支期的逆沖斷層，如阜鳳斷層、舜耕山斷層；區(qū)內(nèi)逆沖斷層于燕山期有不同程度的反向復(fù)活；阜李斷層上盤(pán)白堊系地層與下伏霍邱群地層不整合接觸，并且阜李斷層在研究區(qū)白堊系地層中表現(xiàn)為一條同沉積正斷層。上述地質(zhì)特征可以表明淮南煤田南部推覆體構(gòu)造帶發(fā)生過(guò)構(gòu)造應(yīng)力反轉(zhuǎn)，為一條負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶。發(fā)育多期次構(gòu)造其他證據(jù)有：逆斷層上盤(pán)特殊的伴生構(gòu)造(見(jiàn)圖4～圖5)、斷層巖中晶體發(fā)育不同的拉伸方向。

通過(guò)對(duì)上述地質(zhì)條件分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)推覆體構(gòu)造帶受多期次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用，其中印支期的擠壓作用形成推覆體構(gòu)造，燕山中后期的伸展作用改造了原先的推覆構(gòu)造，區(qū)內(nèi)從加里動(dòng)運(yùn)動(dòng)以來(lái)，構(gòu)造形成演化過(guò)程分述如下。

1)風(fēng)化剝蝕階段。如圖5A，華北板塊南緣淮南煤田從寒武紀(jì)至奧陶紀(jì)沉積了一套碳酸鹽地層，從早志留紀(jì)至石炭紀(jì)早期，受到加里東運(yùn)動(dòng)影響，整個(gè)地層發(fā)生垂向抬升，形成地臺(tái)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕作用，缺失了志留紀(jì)至早石炭世的沉積。

2)沉積階段。進(jìn)入晚石炭世，受海西運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)開(kāi)始沉積，沉積了石炭紀(jì)系的上統(tǒng)、二疊系和三疊系下統(tǒng)地層；由于期間沒(méi)有受到強(qiáng)烈的水平擠壓，所以巖層的產(chǎn)狀正常，地層之間沒(méi)有角度不整合。

3)推覆擠壓階段。如圖5B印支運(yùn)動(dòng)期間，揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞拼合， 秦嶺-大別山進(jìn)入碰撞后的板內(nèi)變形體制， 出現(xiàn)板內(nèi)俯沖和大規(guī)模的、不同層次的逆沖推覆構(gòu)造。在北北東-南南西向的擠壓應(yīng)力的作用下，原先近水平的地層抬升、倒轉(zhuǎn)、破裂，在淮南煤田南側(cè)形成一系列傾向南的逆沖推覆斷層，形成以疊瓦狀推覆構(gòu)造為主要型式的構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)三條主要的逆沖斷裂為：阜李斷層、舜耕山斷層、阜鳳斷層。由于印支期的造山運(yùn)動(dòng)，研究區(qū)顯著隆起缺失晚三疊世和大部分早-中侏羅世的沉積。

重質(zhì)加氫基礎(chǔ)油抗氧化性、低溫流動(dòng)性極佳，用于調(diào)和高檔汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油。高橋石化于2016年成立重質(zhì)加氫基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)攻關(guān)小組，一方面通過(guò)分析產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化裝置流程、調(diào)整生產(chǎn)方案等措施，嘗試生產(chǎn)HVIⅡ10基礎(chǔ)油，推進(jìn)重質(zhì)加氫基礎(chǔ)油的開(kāi)發(fā)；另一方面開(kāi)展市場(chǎng)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)室小試研究，積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，確定可行性方案，為工業(yè)試生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

4)拉張沉積階段。如圖5C燕山運(yùn)動(dòng)早期由于太平洋板塊的俯沖、及其他板塊的多向匯聚作用，華北地臺(tái)東部地殼增厚。到了燕山運(yùn)動(dòng)中期，由于伊澤納崎板塊的俯沖速率減慢，由高角度俯沖轉(zhuǎn)變?yōu)榈徒嵌雀_，地幔巖漿開(kāi)始底辟上涌，華北東部的地殼開(kāi)始經(jīng)歷強(qiáng)烈的減薄、伸展作用[9]，并在淮南煤田南部的合肥地區(qū)發(fā)育斷陷盆地[10]。受伸展作用的影響，淮南煤田南部印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期形成的逆沖斷層于燕山中期再次活動(dòng)，受到了不同程度正斷層性質(zhì)的改造，形成了一系列的負(fù)反轉(zhuǎn)斷層。并且逆斷層伸展性質(zhì)的改造存在向南加劇的特點(diǎn)。從燕山運(yùn)動(dòng)中期應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生反轉(zhuǎn)的角度出發(fā)，舜耕山斷層羅山段在其印支運(yùn)動(dòng)形成時(shí)很有可能是阜李斷層的一部分。于燕山運(yùn)動(dòng)的拉張改造過(guò)程中，阜李斷層上盤(pán)的推覆體發(fā)生斷裂，處于阜李正斷層上盤(pán)向南運(yùn)動(dòng)，與北部的殘片分離，其北部的殘片為現(xiàn)在的羅山斷塊。

在喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間，處于中國(guó)東部的研究區(qū)主要受東西向拉張作用影響，在研究區(qū)南側(cè)和北側(cè)的盆地與平原中沉積了新升界的松散層[11]。因其構(gòu)造作用強(qiáng)度較弱，在燕山運(yùn)動(dòng)以后研究區(qū)的構(gòu)造沒(méi)有較大變化。

從研究區(qū)推覆體構(gòu)造的發(fā)育特征及其演化過(guò)程表明：研究區(qū)構(gòu)造格架最初形成于印支運(yùn)動(dòng)，后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)并未徹底改造了先期的構(gòu)造格架，燕山中后期的伸展作用，不傾向于形成新的斷層，表現(xiàn)為使印支期的推覆斷層反向活化，即后期構(gòu)造對(duì)先期構(gòu)造進(jìn)行改造，同時(shí)受到先期構(gòu)造格架的制約作用。

圖5 羅山-李郢孜段構(gòu)造演化示意圖

4 結(jié)論

羅山-李郢孜段推覆體是整個(gè)華北板塊南緣構(gòu)造地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)縮影，它反映了淮南煤田自加里東運(yùn)動(dòng)以來(lái)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造結(jié)果，其中印支期的擠壓與燕山期的拉張是其演化過(guò)程中的兩個(gè)關(guān)鍵階段。通過(guò)對(duì)研究發(fā)現(xiàn)，燕山運(yùn)動(dòng)中期區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)由印支期的南北向擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槟媳毕蚶瓘垼芯繀^(qū)內(nèi)形成于印支期的逆沖斷層于燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期發(fā)生反向活動(dòng)，形成了一系列的負(fù)反轉(zhuǎn)斷層，并且逆沖推覆斷層拉張性質(zhì)的改造有向南加劇的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] RODGERS J.Fold-and-thrust belts in sedimentary rocks part 1：typical examples[J].American Journal of Science，1990，290：321-359.

[2] 朱志澄.逆沖推覆構(gòu)造研究進(jìn)展和今后探索趨向[J].地學(xué)前緣，1995，2(12)：51-58.

[3] 宋傳中，朱光，劉國(guó)生，等.淮南煤田的構(gòu)造厘定及動(dòng)力學(xué)控制[J].煤田地質(zhì)與勘探，2005， 33(1)：11-15.

[4] 宋傳中，張國(guó)偉，牛漫蘭，等.秦嶺造山帶北緣的斜向碰撞與匯聚因子[J].中國(guó)地質(zhì)，2006，33(1)：48-55.

[5] 張壹.淮南舜耕山斷裂泉山段地質(zhì)構(gòu)造特征[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2016.

[6] 張泓，鄭玉柱，鄭高升，等.安徽淮南煤田阜鳳推覆體之下的伸展構(gòu)造及其形成機(jī)制[J].煤田地質(zhì)與勘探，2003，31(3)：1-4.

[7] 苑京文，賈東，王毛毛，等.下?lián)P子句容斷陷盆地負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造特征及對(duì)油氣的控制[J].地質(zhì)論評(píng)， 2015，61(5)：1 047-1 060.

[8] 楊為民.舜耕山斷層的顯微構(gòu)造特征及其意義[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1993(3)：22-28.

[9] 董樹(shù)文，張?jiān)罉?，龍長(zhǎng)興，等.中國(guó)侏羅紀(jì)構(gòu)造變革與燕山運(yùn)動(dòng)新詮釋[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007，81(11)：1 449-1 461.

[10] 曹忠祥.合肥盆地白堊紀(jì)伸展構(gòu)造格局[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，43(5)：526-534.

[11] 賈承造，何登發(fā)，陸潔民.中國(guó)喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的期次及其動(dòng)力學(xué)背景[J].石油與天然氣地質(zhì)，2004，25(2)：121-125.

[12] 楊克繩.從地震信息劃分三種不同程度的正、負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造樣式[J].海相油氣地質(zhì)，2006，11(1)：21-29.

[13] 徐樹(shù)桐，陶正，陳冠寶.再論徐(州)-淮(南)推覆體[J].地質(zhì)論評(píng)，1993，39(5)：395-403.

[14] 何文淵，李江海，錢(qián)祥麟，等.塔里木盆地北部隆起負(fù)反轉(zhuǎn)構(gòu)造成因機(jī)制探討[J].地質(zhì)科學(xué)， 2001，36(2)：234-240.

[15] WILLIAMS G D，POWELL C M，COOPER M A.Geometry and kinematics of inversion tectonics[J].Geological society，London，Special Publications，1989(4)：3-15.