貴州息烽-開陽地區逆沖推覆構造特征及地熱水成因分析*

郭建江，蔡興林，羅 曼

(1.貴州開磷礦業總公司， 貴州 貴陽 550302； 2.中化地質礦山總局貴州地質勘查院，貴州 貴陽 550003； 3.貴州開磷礦業總公司， 貴州 貴陽 550302)

貴州息烽-開陽地區逆沖推覆構造特征及地熱水成因分析*

郭建江1，蔡興林2，羅 曼3

(1.貴州開磷礦業總公司， 貴州 貴陽 550302； 2.中化地質礦山總局貴州地質勘查院，貴州 貴陽 550003； 3.貴州開磷礦業總公司， 貴州 貴陽 550302)

貴州息烽-開陽地區發育一系列逆沖斷層，這些斷裂在剖面上構成一個典型的雙重構造，其底板滑脫斷層為規模最大的安清斷層，為現今磷礦找礦的構造邊界，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、巖石變形強度等均具有明顯的分帶性，并從構造角度分析了地熱水成因，認為大氣降水經深循環加熱后，沿安清斷層由東向西進入震旦系燈影組熱儲層中保存，在洋水背斜北部傾伏端受阻而排出地表。

逆沖斷層；斷層轉折褶皺；雙重構造；地熱水成因

眾所周知，貴州息烽-開陽地區是全國著名優質含偏硅酸和鍶的重碳酸鈣型氡泉——息烽溫泉的產出地，也是聞名全國的開陽富磷礦生產基地。該區構造控制著開陽富磷礦的產出形態和地熱的儲存演化，本文運用構造分析的新觀點，分析該區逆沖推覆構造特征，以此探討地熱水成因，這將對今后磷礦勘查方向和地熱水資源利用及保護起到重要作用。

1 基本地質概況

研究區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、頁巖、白云巖及二疊系、三疊系碳酸鹽巖夾碎屑巖，無巖漿巖體，巖石軟硬差異大。震旦系底部陡山沱組磷塊巖是區內富磷礦的主要產出層位，上部燈影組白云巖構造裂隙和巖溶裂隙較發育，是主要的熱儲含水層，上覆寒武系下統牛蹄塘組炭質頁巖、明心寺組頁巖、金頂山組砂巖為主要的熱儲蓋層。

區內構造線以北東向、北北東向為主，發育的主要褶皺為圓弧狀斜歪褶皺——洋水背斜，發育的主要斷裂類型為逆沖斷層，其旁側次級褶皺發育，碎裂巖、角礫巖等沿斷裂呈帶狀分布，寬度數十米至數百米?？傮w來看，表現為地殼上部淺層次薄皮構造的脆性變形。

2 逆沖斷層特征及性質分析

(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育，而在能干層中，以小于巖層走向30°的夾角發育，斷層旁側發育多個次級褶皺，軸向與斷層走向呈小于45°夾角相交。

(2) 在傾向上，滑動面上發育寬約100 m的破碎帶，帶內發育構造透鏡體帶和碎粒巖帶，局部見片理化帶和糜棱巖，透鏡體AB面與巖層產狀一致，說明沿物性界面上有強烈的順層滑動。

(3) 滑脫面兩側巖石變形差異大。破碎帶之上主要為寒武系碳酸鹽巖，發育多個次級褶皺，緊靠斷層褶皺倒轉，倒轉翼傾角40°～45°，與滑動面產狀近于平行，滑動帶之下主要為二疊系-三疊系碳酸鹽巖夾碎屑巖，變形較弱，僅在緊靠斷層時倒轉向斜發育(見圖1)。

(4) 地表滑動面斜切地層傳播，表現為逆沖斷層的斷坡部分，且斷層切層傳播時，因阻力增大，在其下盤發育大致沿巖層面滑動的次級底板逆沖斷層(F2和F3)；深部變緩，幾乎沿下盤巖層面滑動，表現為逆沖斷層順層滑動的斷坪部分，并使斷層東盤寒武系及前寒武系地層逆沖疊于三疊系地層之上(見圖1)，并限制了洋水背斜向深部延伸。垂直斷距達3000 m以上，水平斷距可能超過10 km，為研究區內規模最大的斷層。因此，該斷層實際為底板滑脫斷層，為現今磷礦找礦的構造邊界。

(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，西盤婁山關組(∈Ols)砂巖沿走向與東盤石冷水組(∈2s)白云巖直接接觸，并使婁山關組(∈Ols)砂巖在斷層側旁擠壓形成小褶皺及小斷裂，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；哨上一帶使東盤九架爐組(C1jj)含鋁粘土巖(上盤)沿走向與西盤茅口組(P2m)灰巖(下盤)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-興隆村-中溝一帶，向北延伸至溫泉時并被沙壩土-趕子斷層(F7)所掩蓋。斷面傾向南東，傾角30°～70°，上陡下緩(見圖1)。斷層兩盤地層主要為寒武系及前寒武系地層，傾向近于直交。在下寒武統非能干層中，地層強烈變形，上盤發育一斜歪背斜，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，下盤地層近于直立，局部倒轉。具逆沖性質。

(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。斷層兩盤地層主要為下寒武統及前寒武系地層，地層傾向相對，上盤地層變形形成背斜，下盤地層變形形成向斜，具逆沖性質。根據褶皺與斷層的關系分析，中壩斷層、興隆村斷層和高豐斷層實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，自南向北經過馬路坪、沙壩土、溫泉和趕子一帶。斷層破碎帶寬約150 m，最寬達350 m，由多個次級斷層組成，即勘查單位所稱的F41至F44斷層及其他次級斷層，其中楊紹亮(1980)曾經討論了F41斷層的特征。斷層延伸方向與地層走向一致，滑動面幾乎沿巖層面滑動，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：斷層產狀大體一致；斷層性質相同；斷層規模雖然不同，但是主次分明，安清斷層(F1)規模最大，沙壩土-趕子斷層(F7)規模其次，次級斷層F2，F3，F4，F5和F6的規模相當；次級斷層F3、F4、F5和F6發育于安清斷層(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Boyer(1982)所定義的典型疊瓦狀系統，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。縱向上，安清斷層(F1)在淺地表切層發育，向上也與沙壩土-趕子斷層逐漸收斂，亦呈楔形狀，為典型的構造錐形楔。加之沙壩土-趕子斷層幾乎順層發育，為典型的平板狀斷層，在高處形成逆沖推覆的殘留巖席，即“飛來峰”，如溫泉鎮趕子飛來峰和金中鎮大水飛來峰，且次級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，這與雙重構造的典型特征相符(見圖2)。

由此分析，安清斷層(F1)及其次級斷層(F2和F3)是組成這個雙重構造的底板滑脫-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、巖石變形強度等均有明顯的分帶性，由西向東可分為：下盤簡單變形帶→底板滑脫、逆沖斷層帶→斷層轉折褶皺帶→褶皺頂板逆沖斷層帶→上盤簡單變形帶。

圖2 研究區雙重構造剖面圖

4 地熱水成因探討

研究區地熱水出露于震旦系燈影組地層中，溫泉之下的地殼淺部不存在年輕巖漿巖體等特殊熱源，地熱水的成因主要是大氣降水的深循環，其補給區高程在1600 m左右，主要分布于研究區西側大銀頂-白馬洞一帶，主要出露中上寒武統至三疊系碳酸鹽巖。然而，它與震旦系燈影組儲熱層之間為下寒武統金頂山組、明心寺組和牛蹄塘組砂巖、頁巖，屬軟弱巖類隔水層，厚600～700 m，盡管白馬洞一帶有斷裂構造向北切穿該隔水層，但不足以聯通這兩套含水層之間的水力關系，顯然，白馬洞一帶向北延伸的斷層并非大氣降水深循環的通道。北西部發育的規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，構造裂隙發育，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斷裂與之聯通，足以使中上寒武統至三疊系含水層與震旦系燈影組有較緊密的水力聯系。

因此，地熱水形成的大致過程是：由大銀頂一帶大氣降水入滲，經北東向安清斷層(F1)的深循環，將洋水背斜西翼3000 m深度內的熱量收集起來，并在上覆寒武系隔水隔熱蓋層的保護作用下，于震旦系燈影組白云巖中形成深部熱儲，在水力梯度的作用下，使得深部地熱水由西向東運移，在洋水背斜北部傾伏端，次級逆沖斷層(F5、F6)和頂板逆沖斷層(F7)將前震旦系具隔水性碎屑巖抬升，地熱水運移受阻而排泄，形成溫泉。

5 結 語

震旦系陡山沱組是貴州開陽富磷礦的產出層位，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——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，為現今磷礦找礦的構造邊界。

陡山沱組上覆燈影組是息烽溫泉的熱儲層位，其中地熱水是大氣降水深循環經底板滑脫斷層而運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、頁巖隔水隔熱蓋層的保護下而得以儲存。然而，近年來，隨著磷礦開采強度和深度的增加，地熱水熱儲層位面臨不同程度破壞的危險，隨時可能出現水質惡化或斷流的狀況，建議在磷礦開采或勘查中，增加礦區地熱水專項勘查工作，以判斷磷礦開采對地熱水的危害程度。

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

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作者簡介：郭建江(1970-)，男，貴州貴陽人，工程師，主要從事礦產勘查和研究工作，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與安全研究，Email：1318018861@qq.com。

化工地質勘查專項資金資助項目(化勘資金[2016-01]).

2017￣01￣18)