淮南罗山-李郢孜段推覆体地质特征及成因

高加林，许光泉，黎志豪，张海涛，吴诗勇，郑建斌

(安徽理工大学地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

逆冲推覆构造一直是构造地质学研究的热点内容之一。在上个世纪70年代中期，国外地质学家率先开展对逆冲推覆体构造研究[1]，我国地质学家随后进入研究该领域的潮流中，调查与之相关地区的逆冲推覆构造系，并探讨其形成机制[2]。淮南煤田位于华北板块南缘，其主要构造格架为一近东西向展布的“对冲式断-褶构造带”[3]。该构造带为印支期华北板块与扬子板块碰撞造山的产物，是大别山北侧薄皮推覆构造前锋带和外缘带的主体[4]。淮南煤田南侧的“舜耕山-八公山构造带”是典型的叠瓦状逆冲推覆构造带[5]，根据文献[6]，区内构造主要受印支期与燕山期的构造应力控制，印支期表现为近南北向挤压作用，燕山期表现为南北向的伸展作用，在两期构造运动期间“舜耕山-八公山构造带”上构造应力发生反转，并形成负反转构造[7]。然而前人侧重于印支运动在淮南煤田南部形成推覆体过程的研究，而对后期燕山运动对推覆体的改造作用的研究尚未开展，为揭示这一演化过程，本文以淮南煤田南部的罗山-李郢孜段推覆体为研究对象，在对其构造地质特征及其组合形态分析的基础上，对该段推覆构造体形成过程进行初步探究，为进一步认识淮南煤田地质构造的成因及深部资源开发提供参考依据。

1 研究区概况

淮南煤田位于华北板块南缘，东至长丰断层，西至阜阳断裂，北至刘府断层，南临合肥盆地。以阜凤断层和明龙山断层为界，将其划分为南部构造带、中部构造带和北部构造带(见图1)。其中，南部构造带由舜耕山断块、罗山断块、八公山断块等组成。以阜凤断层为主滑动面，其南侧发育的主要断层有舜耕山逆冲推覆断层和阜李断层。

图1 罗山-李郢孜段地质图

罗山-李郢孜段推覆体在 “淮南煤田南部构造带”八公山断块和舜耕山断块相接触的位置。罗山段自南向北主要出露有太古界霍邱群、青白口系伍山组、刘老碑组、震旦系四十里长山组、九里桥组、四顶山组等地层。岩层产状倒转，倾向在160°～180°之间，走向EW，倾角在50°～80°之间。罗山断块岩层产状在罗山公墓以西发生变化，倾向变为西北，倾角变缓，并且在罗山断块上发育一条主要的次级逆冲推覆断层F4。李郢孜段主要发育有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系等地层，区内F3断层以南地层倒转，走向、倾向变化较大，倾角在60°～80°之间；F3断层以北地层不倒转，倾向NE，走向NW-SE，倾角由浅部向深部变缓。李郢孜段有一组发育在倒转地层上的褶皱，这些褶皱走向为NE-SW，为两个向形与一个背形，褶皱的形成与侧向挤压作用有关。

2 罗山-李郢孜段推覆体构造特征

研究区地质构造发育，其中最发育的为逆冲推覆断层，同时发育负反转断层、同沉积正断层、横弯褶皱等。通过野外调查，在罗山-李郢孜段内的典型位置实测了三条地质剖面，并以此为基础分析。

A-A’地质剖面位于研究区东侧罗山断块上，如图1，剖面自南向北依次出露白垩系砂岩与砾岩、太古界变质岩、青白口系陆源碎屑岩与碳酸盐岩、震旦系陆源碎屑岩与碳酸盐岩、与三叠系砂岩。其中白垩系砾岩、砂岩主要分布于舜耕山南侧山脚下，位于阜李断层上盘。白垩系地层主要为砾岩，其砾石成分有灰岩、白云岩，砂岩、粉砂岩等岩屑，分选性差，磨圆度差，杂基支撑，为典型的山前洪积扇沉积物。在剖面南侧钻孔揭露白垩系地层之下为霍邱群，二者之间不整合接触，霍邱群之上地层已被剥蚀。上述地质特征表明，白垩纪沉积时期，阜李断层可能是一条活动的同沉积正断层，断层下盘岩层风化剥蚀，岩屑向山前盆地快速堆积(见图2～图3)。

图2 罗山段A-A’地质剖面图

图3 罗山段B-B’地质剖面图

A-A’剖面与B-B’剖面处发育一系列形成于印支运动东西走向的逆冲断层，如舜耕山断层、F4断层、阜李断层等，这些断层倾向向南，倾角由浅部向深部变缓。舜耕山断层在研究区内出露良好，断层面呈起伏波状，显示出典型的断坡、断坪的几何形态。断层带出露宽度最大40m，带内断层泥、断层角砾岩发育。断层两侧发育伴生构造，上盘灰岩中比较发育次级断裂，下盘砂岩泥岩中牵引褶皱比较发育。在舜耕山断层上盘的罗山岩片上发育一条次级逆冲推覆断层F4，该断层在公墓西侧、水库东侧出露良好，断层主体上表现为一条低角度逆断层(见图2～图3)。阜李断层在研究区浅部错断白垩系与霍邱群的地层，为正断层，但该断层八公山段使霍邱群推覆于古生代地层之上，为逆冲断层。这是由于在印支期阜李断层形成时为一条逆冲断层，但在燕山运动中后期研究区应力环境变为SN向伸展，并且阜李断层各个位置受到的拉张强度不同，在其剧烈拉张的位置表现为正断层，拉张较弱的位置保留最初逆断层的形态，因此，阜李断层在研究区为一条在白垩系发育的负反转断层。

图4 李郢孜段C-C’ 地质剖面图

C-C’地质剖面位于研究区西侧八公山岩片李郢孜段上。如图4所示剖面自南向北揭露寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系的地层。剖面中最大的F3断层走向东西，倾向向南，断层面倾角由浅部向深部变缓。断层上盘地层急倾斜并倒转，下盘地层基本不倒转，倾角由浅部向深部变缓，下盘的断层牵引褶皱显示出断层上盘曾做向上的运动。其构造形态显示该断层为一条形成于南北向挤压作用的逆断层，与舜耕山断层等其他东西走向逆断层相似。但从该断层面错断上下盘地层的新老关系判断该断层为一条正断层，同时断层上盘的牵引褶皱显示出F3断层曾做正断层性质的活动，可见F3断层同样为一条负反转断层。矿井资料表明，F3断层上下盘发育的次级断裂，上盘的次级断裂大都被改造成正断层，下盘的次级断裂基本上保留了逆断层的性质。研究区走向EW的逆断层普遍受到了拉张作用的改造，但改造的程度并不相同。

在研究区内倾向向南，东西走向的推覆断层受到拉张改造的强度在空间分布上存在一定的规律性。在剖面上对比四条近东西走向的逆冲断层发现：最靠北的舜耕山断层据前人对断层带内构造岩的研究，发现舜耕山断层是低温快速变形的产物，它经历了两期或两期以上的构造作用[8]。但舜耕山断层由于受到拉张改造较为微弱，正断层性质的位移量较小，没有改变其逆断层的性质； F3断层为一条被改造成正断层的逆断层如图4所示，位于研究区中部的F3，拥有明显的拉张位移量，原先的逆断层几乎被改造为一条正断层。最南侧的阜李断层在罗山地区的浅部均表现为正断层，并且在其南侧的上盘沉积了巨厚的白垩系地层，表现出了很大的拉张性质位移量。三条推覆断层中最南部的阜李断层有最大的正断层位移量，拉张性质的改造向北递减，可见研究区内逆冲断层的拉张性质的改造具有向东南加剧的特点。

3 地质构造成因分析

通过对研究区的调查与分析发现：研究区深部发育印支期的逆冲断层，如阜凤断层、舜耕山断层；区内逆冲断层于燕山期有不同程度的反向复活；阜李断层上盘白垩系地层与下伏霍邱群地层不整合接触，并且阜李断层在研究区白垩系地层中表现为一条同沉积正断层。上述地质特征可以表明淮南煤田南部推覆体构造带发生过构造应力反转，为一条负反转构造带。发育多期次构造其他证据有：逆断层上盘特殊的伴生构造(见图4～图5)、断层岩中晶体发育不同的拉伸方向。

通过对上述地质条件分析发现，研究区推覆体构造带受多期次地质构造运动作用，其中印支期的挤压作用形成推覆体构造，燕山中后期的伸展作用改造了原先的推覆构造，区内从加里动运动以来，构造形成演化过程分述如下。

1)风化剥蚀阶段。如图5A，华北板块南缘淮南煤田从寒武纪至奥陶纪沉积了一套碳酸盐地层，从早志留纪至石炭纪早期，受到加里东运动影响，整个地层发生垂向抬升，形成地台，经过长期的风化剥蚀作用，缺失了志留纪至早石炭世的沉积。

2)沉积阶段。进入晚石炭世，受海西运动影响，区内开始沉积，沉积了石炭纪系的上统、二叠系和三叠系下统地层；由于期间没有受到强烈的水平挤压，所以岩层的产状正常，地层之间没有角度不整合。

3)推覆挤压阶段。如图5B印支运动期间，扬子板块与华北板块碰撞拼合， 秦岭-大别山进入碰撞后的板内变形体制， 出现板内俯冲和大规模的、不同层次的逆冲推覆构造。在北北东-南南西向的挤压应力的作用下，原先近水平的地层抬升、倒转、破裂，在淮南煤田南侧形成一系列倾向南的逆冲推覆断层，形成以叠瓦状推覆构造为主要型式的构造格局。区内三条主要的逆冲断裂为：阜李断层、舜耕山断层、阜凤断层。由于印支期的造山运动，研究区显著隆起缺失晚三叠世和大部分早-中侏罗世的沉积。

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4)拉张沉积阶段。如图5C燕山运动早期由于太平洋板块的俯冲、及其他板块的多向汇聚作用，华北地台东部地壳增厚。到了燕山运动中期，由于伊泽纳崎板块的俯冲速率减慢，由高角度俯冲转变为低角度俯冲，地幔岩浆开始底辟上涌，华北东部的地壳开始经历强烈的减薄、伸展作用[9]，并在淮南煤田南部的合肥地区发育断陷盆地[10]。受伸展作用的影响，淮南煤田南部印支运动时期形成的逆冲断层于燕山中期再次活动，受到了不同程度正断层性质的改造，形成了一系列的负反转断层。并且逆断层伸展性质的改造存在向南加剧的特点。从燕山运动中期应力场发生反转的角度出发，舜耕山断层罗山段在其印支运动形成时很有可能是阜李断层的一部分。于燕山运动的拉张改造过程中，阜李断层上盘的推覆体发生断裂，处于阜李正断层上盘向南运动，与北部的残片分离，其北部的残片为现在的罗山断块。

在喜马拉雅运动和新构造运动期间，处于中国东部的研究区主要受东西向拉张作用影响，在研究区南侧和北侧的盆地与平原中沉积了新升界的松散层[11]。因其构造作用强度较弱，在燕山运动以后研究区的构造没有较大变化。

从研究区推覆体构造的发育特征及其演化过程表明：研究区构造格架最初形成于印支运动，后期的构造运动并未彻底改造了先期的构造格架，燕山中后期的伸展作用，不倾向于形成新的断层，表现为使印支期的推覆断层反向活化，即后期构造对先期构造进行改造，同时受到先期构造格架的制约作用。

图5 罗山-李郢孜段构造演化示意图

4 结论

罗山-李郢孜段推覆体是整个华北板块南缘构造地质运动的一个缩影，它反映了淮南煤田自加里东运动以来经历了多期构造运动改造结果，其中印支期的挤压与燕山期的拉张是其演化过程中的两个关键阶段。通过对研究发现，燕山运动中期区域构造应力场由印支期的南北向挤压转变为南北向拉张，研究区内形成于印支期的逆冲断层于燕山运动时期发生反向活动，形成了一系列的负反转断层，并且逆冲推覆断层拉张性质的改造有向南加剧的特点。

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