开阳磷矿洋水矿区构造特征分析

王槐山蔡兴林 雷灵芳 刘传宝

中化地质矿山总局贵州地质勘查院，贵州 贵阳 550002

开阳磷矿洋水矿区构造特征分析

王槐山*蔡兴林 雷灵芳 刘传宝

中化地质矿山总局贵州地质勘查院，贵州 贵阳 550002

开阳磷矿洋水矿区是闻名全国的富磷矿产出基地，该区构造复杂，增加了磷矿的勘查的难度。发育的底板滑脱断层和顶板逆冲断层以及它们所围限的断夹块构成了该区典型的双重构造，构造分带特征明显，越靠近底板滑脱断层，褶皱作用和岩石变形越强烈。其中，底板滑脱断层为规模最大，为现今磷矿找矿的构造边界。

逆冲断层 褶皱 双重构造 开阳磷矿

贵州开阳磷矿洋水矿区位于贵州省中部开阳县和息烽县境内，是全国闻名的富磷矿生产基地，与云南昆阳磷矿、湖北襄阳磷矿并称“三阳开泰”，其磷矿层的产出形态明显受该区地质构造的控制。本文运用构造分析的新观点【1-11】，对该区构造类型、构造特征以及褶皱与断层的关系进行分析。

1 地质概况

研究区位于上扬子陆块前陆褶皱冲断带凤岗滑脱褶皱带上，出露前震旦系（AnZ）浅变质陆源碎屑及火山碎屑岩、南沱冰碛砾岩、震旦系（Z）砂岩、磷块岩、白云岩、寒武系页岩、砂岩、灰岩、白云岩及石炭系—三叠系（C-T）碳酸盐岩夹碎屑岩，除二叠系（P）有峨眉山玄武岩产出外，其余无岩浆岩体产出，岩石软硬差异大。其中，震旦系底部洋水组（Z1y）是区内富磷矿的主要产出层位。

区内构造线以北东向、北北东向为主，发育多个褶皱，主次明显（图1）。平面上，根据岩层产状分析，主要为斜歪褶皱，此外还发育一系列逆冲断层，断层与褶皱的关系清楚。在剖面上，岩石变形差异大，具有明显的分带特征。

2 构造形迹描述

研究区发育多个褶皱，明显受逆冲断层的控制，而这些褶皱和次级断层被北西侧的逆冲断层与南东侧顺层滑脱断层所围限。构造形迹分述如下。

2.1 褶皱

区内发育的褶皱主要有洋水背斜、极乐背向斜对、高峰背斜和天水背斜。按褶皱规模划分，洋水背斜规模最大，为区内主要褶皱，其余发育于洋水背斜西翼，规模小，为构成洋水背斜的次级褶皱。按主次由南东向北西分述如下：

2.1.1 主要褶皱 洋水背斜：又称“金中背斜”，轴向北东向，延长约40km，呈长条状，金中一带上隆。核部出露青白口系清水江组（Qbq）和南华系南沱组（Nh2n），两翼主要为震旦系—寒武系地层（Z-Є）。南段两翼倾角20°～30°为主，西翼局部40°～50° ；北段两翼倾角20°～50°，东翼舒缓，倾角多在15° 以下，西翼较陡，倾角20°～50°，轴面倾向南东，明显呈现出斜歪褶皱的特征。

2.1.2 次级褶皱 极乐背向斜：位于金中镇极乐一带，洋水背斜西侧近转折端附近。轴向北东，延长约2km，背斜核部出露最老地层为上南华统南沱组（Nh2n），向斜核部出露最新地层为下寒武统牛蹄塘组（Є1n），翼部出露震旦系洋水组（Z1y）和灯影组（ZЄdy）。背斜西翼被断层破坏，地层发生倒转，倾角45°～66°，背斜东翼（即向斜西翼）倾角8°～20°，向斜东翼倾角较陡，为20°～40°，局部倒转。向斜仅出露于南部，北部被大水飞来峰掩盖。该背向斜对轴面均倾向南东，明显呈现出斜歪—倒转褶皱的特征。该背向斜对核部均被断层所限制，背斜系断层F8、F9逆推牵引所致，向斜系断层F2逆推牵引所致（图2）。

图1 开阳磷矿洋水矿区构造纲要图（综合以往勘查资料汇编）Fig.1 Structure outline map of Yangshui mining area of Kaiyang phosphate mine

图2 极乐磷矿勘探剖面图（据极乐矿段勘查资料修改）Fig.2 Exploration section of Jile phosphate deposit

高丰背斜：位于洋水背斜西翼温泉镇高丰一带，轴向北东，延长大于2km，呈长条状，向北东倾伏。东翼地层倾角25°～35°之间，西翼35°～60°之间，为不对称背斜，轴面倾向南东。核部出露最老地层为下寒武统金顶山组（Є1j），东翼被断层F6切割，仅出露下寒武统清虚洞组（Є1q），倾角30°～50°，西翼被断层F5切割，出露下寒武统清虚洞组（Є1q）、中—上寒武统高台组（Є2g）、石冷水组（Є2s）、娄山关组（ЄOls），倾角20°～30°。在深部被断层F6限制，系断层F5逆推牵引所致（图3）。

天水背斜：位于洋水背斜西翼南极村一带，轴向近南北向，延长约5.5km，呈长条状，南北倾伏端均被断层破坏。核部出露最老地层为下寒武统金顶山组（Є1j），两翼为下寒武统清虚洞组、两翼依次出露中上寒武统高台组（Є2g）、石冷水组（Є2s）、娄山关组（ЄOls）及石炭系—三叠系（C—T）地层，深部褶皱转折端下寒武统碎屑岩明显加厚。东翼地表地层倾角30°～40°，深部变缓，一般在15°以下，西翼地表倾角10°～20°，深部变陡，倾角一般在45°以上，为一轴面西倾的斜歪圆弧状褶皱。据钻孔资料，该褶皱在深部被断层F1与F5旁侧牵引倒转背斜所替代，并与倒转背斜构成一个箱状背斜，系断层F1与F5逆推牵引所致（图3）。

图3 田兴磷矿勘探剖面图（据田兴磷矿整装勘查资料修改）Fig.3 Exploration section of Tianxing phosphate deposit (after exploration data of Tianxing ore section)

2.2 断层

区内发育的断层类型主要为逆断层，有底板滑脱断层、底板逆冲断层、顶板逆冲断层以及它们所围限的断夹块中发育的次级断层。按断层规模划分，底板滑脱断层规模最大，次为顶板逆冲断层，这两条断层为区内的主要断裂，其余断层规模较小。按主次由北西向南东分述如下：

2.2.1 主要断层 底板滑脱断层（F1）：出露于马庄—光寺坡—坪山一线，区域上称之为“安清断层”，其断面倾向南东，滑动面上发育宽约100m的滑脱带，带内发育构造透镜体及碎裂岩，底部岩石发生片理化，局部可见糜棱岩。在非能干层中或在能干层与非能干层的界面上，构造透镜体的压性面（AB面）与岩层产状一致，说明在这不同的物性界面上受到强烈挤压而发生顺层滑动。在这滑脱面上的两侧，岩石变形程度不同，上盘寒武系薄层碳酸盐岩夹碎屑岩变形强烈，发育多个褶曲，紧靠断层发育倒转背斜，岩石挤压破碎特征明显，下盘二叠系—三叠系碳酸盐岩夹碎屑岩，岩层产状相对稳定，完整性好，未发生褶皱，也无明显破碎现象，仅在紧靠断层时发育倒转向斜。在能干层中，滑动面斜切地层传播，表现为逆冲断层的断坡部分。断层向深部变缓，几乎沿下盘岩层面滑动，使上盘寒武系和前寒武系地层逆冲叠于三叠系地层之上（图3）。垂直断距达3500m以上，水平断距可能超过10km，为区内规模最大的断层，它限制了洋水背斜向深部的延伸。因此，该断层实际为洋水背斜底板滑脱断层，也是现今区内磷矿找矿的构造边界。

顶板逆冲断层（F2）：自南向北经过出露马路坪、沙坝土、温泉和赶子一带，称之为“沙坝土断层”。断层破碎带宽约150m，最宽达350m，发育于洋水背斜东翼，属褶皱顶板逆冲断层，证据为：①主断面倾向南东，由多个次级逆断层组成，即勘查单位所称的F41、F43、F44断层及其他次级断层，其中杨绍亮（1980）曾经讨论了F41断层的特征【12】，断层下盘发育牵引向斜，指示其具有逆冲性质；②断层传播有两种表现形式：一种是切层传播，主要见于上震旦统灯影组能干层中；另一种是顺层传播，见于非能干层中（如下寒武统页岩和下震旦统及前震旦系砂页岩、磷块岩、板岩），或能干层与非能干层的界面上（如上震旦统白云岩与下寒武统页岩或与下震旦统磷块岩、砂页岩的界面上）；③存在多个飞来峰，如赶子一带下寒武统金顶山组（Є1j）孤立地飞叠于中下三叠统嘉陵江组（T1-2j）之上，金中一带，南华系-震旦系地层（Nh-Z）飞叠于上震旦统-下寒武统地层（Z2-Є1）之上（图1）；④断层向北延伸过程中，顶底断面出现分叉而形成较大断夹块（即“温泉断夹块”），最大宽度达2.9km，断夹块内次级断层发育；⑤断层两盘的岩层缩短量的不同，断层下盘为洋水背斜，其核部发育了一系列倒转紧闭的次级褶皱（极乐背向斜对）和次级断层（F8和F9）岩石变形十分强烈，缩短量大，洋水背斜的缩短量在45%～60%之间，其核部的次级褶皱的缩短量超过60%；上盘为宽阔圆弧状背斜的单翼岩层，岩石变形程度低，无次级褶皱和次级断层发育，缩短量小，大约20%左右，进一步说明了这两套岩层之间存在着相对位移，也就证明了该断层的存在，同时也证明其具有逆冲断层的性质。

2.2.2 次级断层 区内发育的次级断层主要有两种类型：一种是发育于底板滑脱断层下盘的底板逆冲断层，另一种是发育于褶皱核部的逆冲断层。分述如下：

（1）板逆冲断层（F3、F4）：

出露于坪山至养龙司一带，底板滑脱断层的北西侧。底板滑脱断层切层传播时，因阻力较大，在其下盘发育大致沿岩层面滑动的两条次级断层，均倾向南东，倾角30°～50°之间，断层破碎带宽约10m，断层F4与底板滑脱断层F1之间岩层发生倒转。断层下盘为三叠系中厚层泥质白云岩、白云岩，岩石变形简单，岩石完整，无破碎和褶皱现象。

（2）皱核部的次级逆冲断层：

中坝断层（F5）：出露于中坝—哨上—玄天洞一带，发育于息烽向斜核部，整体倾向南东。中坝附近，西盘娄山关组（ЄOls）砂岩沿走向与东盘石冷水组（Є2s）白云岩直接接触，并使娄山关组（ЄOls）砂岩在断层侧旁挤压形成小褶曲及小断裂，破碎带最宽达20 m，断面倾向北西，向深部倾角逐渐变大，并显示反倾趋势（图4）；哨上一带使东盘（上盘）九架炉组（C1j）含铝粘土岩沿走向与西盘（下盘）茅口组（P2m）灰岩接触，接触断面倾向南东，倾角70°。由此判断，该断层整体为倾向南东的逆冲断层。

图4 中坝断层剖面素描图Fig.4 Section ketch of Zhongba fault

兴隆断层（F6）和高丰断层（F7）：分别出露于温泉镇—兴隆村—中沟一带和高丰一带，向北东延伸至温泉时均被沙坝土断层（F2）所限制（图1）。这两条断层断面倾向南东，倾角30°～65°，上陡下缓（图3）。可根据岩层产状的突然改变判断其存在，也可根据断层上、下盘岩层的弯曲方向来判断它们性质，不难看出，F5和F6的上盘为牵引背斜，下盘地层为牵引向斜，由此判断具逆冲性质。

两岔河断层（F8）和岩脚断层（F9）：分别出露于两岔河沟谷和东岸斜坡上，发育于极乐背斜核部，深部限制了极乐背斜的发育。断面倾向南东，根据岩层产状的突然改变判断其存在，也可根据断层上、下盘岩层的弯曲方向来判断它们性质，不难看出，F8断层下盘为单斜构造，牵引呈向斜，F9为牵引背斜，F8与F9之间岩层倒转，系F8与F9传播时受到强烈挤压所致，由此判断这两条断层为逆冲断层。

根据褶皱与断层的关系【6-11】分析，次级断层实际是底板滑脱断层（F1）切层爬坡的断坡。

3 构造特征分析

3.1 逆冲断层扩展方式与组合特征

前述的几条逆冲断层产状大体一致，主次分明，主逆冲断层与次级逆冲断层无论是岩层断距、断层规模或岩石变形程度上，均呈现出由北西向南东逐渐变小的规律，说明逆冲断层是由北西向南东逐渐扩展，即后展式。

平面上，底板滑脱断层向北东逐渐与顶板逆冲断层收敛，所围限的断夹块南宽北窄，呈楔形状。剖面上，浅地表顶板逆冲断层顺层发育，在高处形成飞来峰，并限制了次级逆冲断层的发育，底板滑脱断层则切层发育，在高处与顶板逆冲断层逐渐收敛，向深部顶板逆冲断层和次级断层逐渐缓交于底板滑脱断层之上。由此说明，底板滑脱断层与顶板逆冲断层所围限的断夹块为典型的构造楔，加之这些断层呈叠瓦状分布，是一个典型的叠瓦状组合【13】。这种迭瓦状组合的逆冲断层向深部延伸倾角将逐渐变缓并交于一条底板滑脱断层之上，在高位逐渐趋近而重新联结在一起，形成典型双重构造【1-3,14】（图5）。

图5 研究区双重构造剖面图Fig.5 Section of duplex in study area

3.2 构造分带性特征

无论在横向上还是纵向上，岩石变形都有明显的规律。横向上，从南东向北西可分上盘简单变形带→顶板逆冲带→褶皱-逆冲带→底板滑脱—逆冲带→下盘简单变形带（图5）。在纵向上，从地表向下，褶皱形态由简单到复杂，地表为宽缓的圆弧状褶皱，向深部逐渐过渡为紧闭的倒转褶皱，岩石变形由简单到强烈，地表岩石完整性好，破碎不明显，岩层缩短量很小，约15%～20%左右；中部褶皱作用增强，随之岩石变形也逐渐增强，特别是褶皱核部，岩石明显破碎，岩层缩短量增加，约45%～60%左右；在剖面底部，岩石变形强烈，出现了动力变质带和韧性剪切带，可通过岩石的片理化和糜棱岩的存在得到证实，岩石缩短量大于60%。

4 结语

震旦系洋水组是贵州开阳富磷矿的产出层位，顶板逆冲断层和次级逆冲断层将其逆推错切为多段，进而增加了磷矿的资源储量，然而底板滑脱断层将其逆推叠于三叠系地层之上，增加了磷矿找矿勘查的难度，为现今磷矿找矿的构造边界。底板滑脱断层和顶板逆冲断层以及它们所围限的断夹块构成了该区典型的双重构造，从横向和纵向上观察，构造分带性明显。随深度的增加，褶皱作用增强，岩石变形增加，靠近底板滑脱断层处的褶皱作用和岩石变形最为强烈。

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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

* 第一作者简介：王槐山（1964～），男，从事地质矿产勘查工作，高级工程师

2017-04-02；改回日期：2017-04-19