開陽磷礦洋水礦區(qū)構(gòu)造特征分析

王槐山蔡興林 雷靈芳 劉傳寶

中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院，貴州 貴陽 550002

開陽磷礦洋水礦區(qū)構(gòu)造特征分析

王槐山*蔡興林 雷靈芳 劉傳寶

中化地質(zhì)礦山總局貴州地質(zhì)勘查院，貴州 貴陽 550002

開陽磷礦洋水礦區(qū)是聞名全國的富磷礦產(chǎn)出基地，該區(qū)構(gòu)造復雜，增加了磷礦的勘查的難度。發(fā)育的底板滑脫斷層和頂板逆沖斷層以及它們所圍限的斷夾塊構(gòu)成了該區(qū)典型的雙重構(gòu)造，構(gòu)造分帶特征明顯，越靠近底板滑脫斷層，褶皺作用和巖石變形越強烈。其中，底板滑脫斷層為規(guī)模最大，為現(xiàn)今磷礦找礦的構(gòu)造邊界。

逆沖斷層 褶皺 雙重構(gòu)造 開陽磷礦

貴州開陽磷礦洋水礦區(qū)位于貴州省中部開陽縣和息烽縣境內(nèi)，是全國聞名的富磷礦生產(chǎn)基地，與云南昆陽磷礦、湖北襄陽磷礦并稱“三陽開泰”，其磷礦層的產(chǎn)出形態(tài)明顯受該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的控制。本文運用構(gòu)造分析的新觀點【1-11】，對該區(qū)構(gòu)造類型、構(gòu)造特征以及褶皺與斷層的關(guān)系進行分析。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于上揚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、南沱冰磧礫巖、震旦系（Z）砂巖、磷塊巖、白云巖、寒武系頁巖、砂巖、灰?guī)r、白云巖及石炭系—三疊系（C-T）碳酸鹽巖夾碎屑巖，除二疊系（P）有峨眉山玄武巖產(chǎn)出外，其余無巖漿巖體產(chǎn)出，巖石軟硬差異大。其中，震旦系底部洋水組（Z1y）是區(qū)內(nèi)富磷礦的主要產(chǎn)出層位。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造線以北東向、北北東向為主，發(fā)育多個褶皺，主次明顯（圖1）。平面上，根據(jù)巖層產(chǎn)狀分析，主要為斜歪褶皺，此外還發(fā)育一系列逆沖斷層，斷層與褶皺的關(guān)系清楚。在剖面上，巖石變形差異大，具有明顯的分帶特征。

2 構(gòu)造形跡描述

研究區(qū)發(fā)育多個褶皺，明顯受逆沖斷層的控制，而這些褶皺和次級斷層被北西側(cè)的逆沖斷層與南東側(cè)順層滑脫斷層所圍限。構(gòu)造形跡分述如下。

2.1 褶皺

區(qū)內(nèi)發(fā)育的褶皺主要有洋水背斜、極樂背向斜對、高峰背斜和天水背斜。按褶皺規(guī)模劃分，洋水背斜規(guī)模最大，為區(qū)內(nèi)主要褶皺，其余發(fā)育于洋水背斜西翼，規(guī)模小，為構(gòu)成洋水背斜的次級褶皺。按主次由南東向北西分述如下：

2.1.1 主要褶皺 洋水背斜：又稱“金中背斜”，軸向北東向，延長約40km，呈長條狀，金中一帶上隆。核部出露青白口系清水江組（Qbq）和南華系南沱組（Nh2n），兩翼主要為震旦系—寒武系地層（Z-?）。南段兩翼傾角20°～30°為主，西翼局部40°～50° ；北段兩翼傾角20°～50°，東翼舒緩，傾角多在15° 以下，西翼較陡，傾角20°～50°，軸面傾向南東，明顯呈現(xiàn)出斜歪褶皺的特征。

2.1.2 次級褶皺 極樂背向斜：位于金中鎮(zhèn)極樂一帶，洋水背斜西側(cè)近轉(zhuǎn)折端附近。軸向北東，延長約2km，背斜核部出露最老地層為上南華統(tǒng)南沱組（Nh2n），向斜核部出露最新地層為下寒武統(tǒng)牛蹄塘組（?1n），翼部出露震旦系洋水組（Z1y）和燈影組（Z?dy）。背斜西翼被斷層破壞，地層發(fā)生倒轉(zhuǎn)，傾角45°～66°，背斜東翼（即向斜西翼）傾角8°～20°，向斜東翼傾角較陡，為20°～40°，局部倒轉(zhuǎn)。向斜僅出露于南部，北部被大水飛來峰掩蓋。該背向斜對軸面均傾向南東，明顯呈現(xiàn)出斜歪—倒轉(zhuǎn)褶皺的特征。該背向斜對核部均被斷層所限制，背斜系斷層F8、F9逆推牽引所致，向斜系斷層F2逆推牽引所致（圖2）。

圖1 開陽磷礦洋水礦區(qū)構(gòu)造綱要圖（綜合以往勘查資料匯編）Fig.1 Structure outline map of Yangshui mining area of Kaiyang phosphate mine

圖2 極樂磷礦勘探剖面圖（據(jù)極樂礦段勘查資料修改）Fig.2 Exploration section of Jile phosphate deposit

高豐背斜：位于洋水背斜西翼溫泉鎮(zhèn)高豐一帶，軸向北東，延長大于2km，呈長條狀，向北東傾伏。東翼地層傾角25°～35°之間，西翼35°～60°之間，為不對稱背斜，軸面傾向南東。核部出露最老地層為下寒武統(tǒng)金頂山組（?1j），東翼被斷層F6切割，僅出露下寒武統(tǒng)清虛洞組（?1q），傾角30°～50°，西翼被斷層F5切割，出露下寒武統(tǒng)清虛洞組（?1q）、中—上寒武統(tǒng)高臺組（?2g）、石冷水組（?2s）、婁山關(guān)組（?Ols），傾角20°～30°。在深部被斷層F6限制，系斷層F5逆推牽引所致（圖3）。

天水背斜：位于洋水背斜西翼南極村一帶，軸向近南北向，延長約5.5km，呈長條狀，南北傾伏端均被斷層破壞。核部出露最老地層為下寒武統(tǒng)金頂山組（?1j），兩翼為下寒武統(tǒng)清虛洞組、兩翼依次出露中上寒武統(tǒng)高臺組（?2g）、石冷水組（?2s）、婁山關(guān)組（?Ols）及石炭系—三疊系（C—T）地層，深部褶皺轉(zhuǎn)折端下寒武統(tǒng)碎屑巖明顯加厚。東翼地表地層傾角30°～40°，深部變緩，一般在15°以下，西翼地表傾角10°～20°，深部變陡，傾角一般在45°以上，為一軸面西傾的斜歪圓弧狀褶皺。據(jù)鉆孔資料，該褶皺在深部被斷層F1與F5旁側(cè)牽引倒轉(zhuǎn)背斜所替代，并與倒轉(zhuǎn)背斜構(gòu)成一個箱狀背斜，系斷層F1與F5逆推牽引所致（圖3）。

圖3 田興磷礦勘探剖面圖（據(jù)田興磷礦整裝勘查資料修改）Fig.3 Exploration section of Tianxing phosphate deposit (after exploration data of Tianxing ore section)

2.2 斷層

區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷層類型主要為逆斷層，有底板滑脫斷層、底板逆沖斷層、頂板逆沖斷層以及它們所圍限的斷夾塊中發(fā)育的次級斷層。按斷層規(guī)模劃分，底板滑脫斷層規(guī)模最大，次為頂板逆沖斷層，這兩條斷層為區(qū)內(nèi)的主要斷裂，其余斷層規(guī)模較小。按主次由北西向南東分述如下：

2.2.1 主要斷層 底板滑脫斷層（F1）：出露于馬莊—光寺坡—坪山一線，區(qū)域上稱之為“安清斷層”，其斷面傾向南東，滑動面上發(fā)育寬約100m的滑脫帶，帶內(nèi)發(fā)育構(gòu)造透鏡體及碎裂巖，底部巖石發(fā)生片理化，局部可見糜棱巖。在非能干層中或在能干層與非能干層的界面上，構(gòu)造透鏡體的壓性面（AB面）與巖層產(chǎn)狀一致，說明在這不同的物性界面上受到強烈擠壓而發(fā)生順層滑動。在這滑脫面上的兩側(cè)，巖石變形程度不同，上盤寒武系薄層碳酸鹽巖夾碎屑巖變形強烈，發(fā)育多個褶曲，緊靠斷層發(fā)育倒轉(zhuǎn)背斜，巖石擠壓破碎特征明顯，下盤二疊系—三疊系碳酸鹽巖夾碎屑巖，巖層產(chǎn)狀相對穩(wěn)定，完整性好，未發(fā)生褶皺，也無明顯破碎現(xiàn)象，僅在緊靠斷層時發(fā)育倒轉(zhuǎn)向斜。在能干層中，滑動面斜切地層傳播，表現(xiàn)為逆沖斷層的斷坡部分。斷層向深部變緩，幾乎沿下盤巖層面滑動，使上盤寒武系和前寒武系地層逆沖疊于三疊系地層之上（圖3）。垂直斷距達3500m以上，水平斷距可能超過10km，為區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的斷層，它限制了洋水背斜向深部的延伸。因此，該斷層實際為洋水背斜底板滑脫斷層，也是現(xiàn)今區(qū)內(nèi)磷礦找礦的構(gòu)造邊界。

頂板逆沖斷層（F2）：自南向北經(jīng)過出露馬路坪、沙壩土、溫泉和趕子一帶，稱之為“沙壩土斷層”。斷層破碎帶寬約150m，最寬達350m，發(fā)育于洋水背斜東翼，屬褶皺頂板逆沖斷層，證據(jù)為：①主斷面傾向南東，由多個次級逆斷層組成，即勘查單位所稱的F41、F43、F44斷層及其他次級斷層，其中楊紹亮（1980）曾經(jīng)討論了F41斷層的特征【12】，斷層下盤發(fā)育牽引向斜，指示其具有逆沖性質(zhì)；②斷層傳播有兩種表現(xiàn)形式：一種是切層傳播，主要見于上震旦統(tǒng)燈影組能干層中；另一種是順層傳播，見于非能干層中（如下寒武統(tǒng)頁巖和下震旦統(tǒng)及前震旦系砂頁巖、磷塊巖、板巖），或能干層與非能干層的界面上（如上震旦統(tǒng)白云巖與下寒武統(tǒng)頁巖或與下震旦統(tǒng)磷塊巖、砂頁巖的界面上）；③存在多個飛來峰，如趕子一帶下寒武統(tǒng)金頂山組（?1j）孤立地飛疊于中下三疊統(tǒng)嘉陵江組（T1-2j）之上，金中一帶，南華系-震旦系地層（Nh-Z）飛疊于上震旦統(tǒng)-下寒武統(tǒng)地層（Z2-?1）之上（圖1）；④斷層向北延伸過程中，頂?shù)讛嗝娉霈F(xiàn)分叉而形成較大斷夾塊（即“溫泉斷夾塊”），最大寬度達2.9km，斷夾塊內(nèi)次級斷層發(fā)育；⑤斷層兩盤的巖層縮短量的不同，斷層下盤為洋水背斜，其核部發(fā)育了一系列倒轉(zhuǎn)緊閉的次級褶皺（極樂背向斜對）和次級斷層（F8和F9）巖石變形十分強烈，縮短量大，洋水背斜的縮短量在45%～60%之間，其核部的次級褶皺的縮短量超過60%；上盤為寬闊圓弧狀背斜的單翼巖層，巖石變形程度低，無次級褶皺和次級斷層發(fā)育，縮短量小，大約20%左右，進一步說明了這兩套巖層之間存在著相對位移，也就證明了該斷層的存在，同時也證明其具有逆沖斷層的性質(zhì)。

2.2.2 次級斷層 區(qū)內(nèi)發(fā)育的次級斷層主要有兩種類型：一種是發(fā)育于底板滑脫斷層下盤的底板逆沖斷層，另一種是發(fā)育于褶皺核部的逆沖斷層。分述如下：

（1）板逆沖斷層（F3、F4）：

出露于坪山至養(yǎng)龍司一帶，底板滑脫斷層的北西側(cè)。底板滑脫斷層切層傳播時，因阻力較大，在其下盤發(fā)育大致沿巖層面滑動的兩條次級斷層，均傾向南東，傾角30°～50°之間，斷層破碎帶寬約10m，斷層F4與底板滑脫斷層F1之間巖層發(fā)生倒轉(zhuǎn)。斷層下盤為三疊系中厚層泥質(zhì)白云巖、白云巖，巖石變形簡單，巖石完整，無破碎和褶皺現(xiàn)象。

（2）皺核部的次級逆沖斷層：

中壩斷層（F5）：出露于中壩—哨上—玄天洞一帶，發(fā)育于息烽向斜核部，整體傾向南東。中壩附近，西盤婁山關(guān)組（?Ols）砂巖沿走向與東盤石冷水組（?2s）白云巖直接接觸，并使婁山關(guān)組（?Ols）砂巖在斷層側(cè)旁擠壓形成小褶曲及小斷裂，破碎帶最寬達20 m，斷面傾向北西，向深部傾角逐漸變大，并顯示反傾趨勢（圖4）；哨上一帶使東盤（上盤）九架爐組（C1j）含鋁粘土巖沿走向與西盤（下盤）茅口組（P2m）灰?guī)r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。

圖4 中壩斷層剖面素描圖Fig.4 Section ketch of Zhongba fault

興隆斷層（F6）和高豐斷層（F7）：分別出露于溫泉鎮(zhèn)—興隆村—中溝一帶和高豐一帶，向北東延伸至溫泉時均被沙壩土斷層（F2）所限制（圖1）。這兩條斷層斷面傾向南東，傾角30°～65°，上陡下緩（圖3）?？筛鶕?jù)巖層產(chǎn)狀的突然改變判斷其存在，也可根據(jù)斷層上、下盤巖層的彎曲方向來判斷它們性質(zhì)，不難看出，F(xiàn)5和F6的上盤為牽引背斜，下盤地層為牽引向斜，由此判斷具逆沖性質(zhì)。

兩岔河斷層（F8）和巖腳斷層（F9）：分別出露于兩岔河溝谷和東岸斜坡上，發(fā)育于極樂背斜核部，深部限制了極樂背斜的發(fā)育。斷面傾向南東，根據(jù)巖層產(chǎn)狀的突然改變判斷其存在，也可根據(jù)斷層上、下盤巖層的彎曲方向來判斷它們性質(zhì)，不難看出，F(xiàn)8斷層下盤為單斜構(gòu)造，牽引呈向斜，F(xiàn)9為牽引背斜，F(xiàn)8與F9之間巖層倒轉(zhuǎn)，系F8與F9傳播時受到強烈擠壓所致，由此判斷這兩條斷層為逆沖斷層。

根據(jù)褶皺與斷層的關(guān)系【6-11】分析，次級斷層實際是底板滑脫斷層（F1）切層爬坡的斷坡。

3 構(gòu)造特征分析

3.1 逆沖斷層擴展方式與組合特征

前述的幾條逆沖斷層產(chǎn)狀大體一致，主次分明，主逆沖斷層與次級逆沖斷層無論是巖層斷距、斷層規(guī)?；驇r石變形程度上，均呈現(xiàn)出由北西向南東逐漸變小的規(guī)律，說明逆沖斷層是由北西向南東逐漸擴展，即后展式。

平面上，底板滑脫斷層向北東逐漸與頂板逆沖斷層收斂，所圍限的斷夾塊南寬北窄，呈楔形狀。剖面上，淺地表頂板逆沖斷層順層發(fā)育，在高處形成飛來峰，并限制了次級逆沖斷層的發(fā)育，底板滑脫斷層則切層發(fā)育，在高處與頂板逆沖斷層逐漸收斂，向深部頂板逆沖斷層和次級斷層逐漸緩交于底板滑脫斷層之上。由此說明，底板滑脫斷層與頂板逆沖斷層所圍限的斷夾塊為典型的構(gòu)造楔，加之這些斷層呈疊瓦狀分布，是一個典型的疊瓦狀組合【13】。這種迭瓦狀組合的逆沖斷層向深部延伸傾角將逐漸變緩并交于一條底板滑脫斷層之上，在高位逐漸趨近而重新聯(lián)結(jié)在一起，形成典型雙重構(gòu)造【1-3,14】（圖5）。

圖5 研究區(qū)雙重構(gòu)造剖面圖Fig.5 Section of duplex in study area

3.2 構(gòu)造分帶性特征

無論在橫向上還是縱向上，巖石變形都有明顯的規(guī)律。橫向上，從南東向北西可分上盤簡單變形帶→頂板逆沖帶→褶皺-逆沖帶→底板滑脫—逆沖帶→下盤簡單變形帶（圖5）。在縱向上，從地表向下，褶皺形態(tài)由簡單到復雜，地表為寬緩的圓弧狀褶皺，向深部逐漸過渡為緊閉的倒轉(zhuǎn)褶皺，巖石變形由簡單到強烈，地表巖石完整性好，破碎不明顯，巖層縮短量很小，約15%～20%左右；中部褶皺作用增強，隨之巖石變形也逐漸增強，特別是褶皺核部，巖石明顯破碎，巖層縮短量增加，約45%～60%左右；在剖面底部，巖石變形強烈，出現(xiàn)了動力變質(zhì)帶和韌性剪切帶，可通過巖石的片理化和糜棱巖的存在得到證實，巖石縮短量大于60%。

4 結(jié)語

震旦系洋水組是貴州開陽富磷礦的產(chǎn)出層位，頂板逆沖斷層和次級逆沖斷層將其逆推錯切為多段，進而增加了磷礦的資源儲量，然而底板滑脫斷層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。底板滑脫斷層和頂板逆沖斷層以及它們所圍限的斷夾塊構(gòu)成了該區(qū)典型的雙重構(gòu)造，從橫向和縱向上觀察，構(gòu)造分帶性明顯。隨深度的增加，褶皺作用增強，巖石變形增加，靠近底板滑脫斷層處的褶皺作用和巖石變形最為強烈。

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Analysis on structural characteristics in Yangshui mining area of Kaiyang phosphate Mine, Central Guizhou

Wang Huaishan*Cai Xinglin Lei Lingfang Liu Chuanbao
Guizhou Geological Exploration Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau, Guiyang 550002, Guizhou, China

Yangshui mining area of Kaiyang phosphate Mine in central Guizhou is one of the important production bases of high-quality phosphate rock in China. The complexity of structures increases the difficulty of phosphorite exploration. The floor detachment fault, roof thrust fault and fault block constitute a typical duplex with obvious zoning features. The more close to the floor detachment fault, the stronger folding and deformation of the rock are. The floor detachment fault is the structural boundary of phosphorite prospecting due to the largest scale.

thrust fault, fold, duplex, Kaiyang phosphate mine

P619.213

A

1006–5296（2017）02–90–06

* 第一作者簡介：王槐山（1964～），男，從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作，高級工程師

2017-04-02；改回日期：2017-04-19