贵州息烽-开阳地区逆冲推覆构造特征及地热水成因分析*

郭建江，蔡兴林，罗 曼

(1.贵州开磷矿业总公司， 贵州 贵阳 550302； 2.中化地质矿山总局贵州地质勘查院，贵州 贵阳 550003； 3.贵州开磷矿业总公司， 贵州 贵阳 550302)

贵州息烽-开阳地区逆冲推覆构造特征及地热水成因分析*

郭建江1，蔡兴林2，罗 曼3

(1.贵州开磷矿业总公司， 贵州 贵阳 550302； 2.中化地质矿山总局贵州地质勘查院，贵州 贵阳 550003； 3.贵州开磷矿业总公司， 贵州 贵阳 550302)

贵州息烽-开阳地区发育一系列逆冲断层，这些断裂在剖面上构成一个典型的双重构造，其底板滑脱断层为规模最大的安清断层，为现今磷矿找矿的构造边界，顶板逆冲断层为沙坝土-赶子断层，从底板滑脱断层向顶板逆冲断层，岩层褶皱和断裂作用、岩石变形强度等均具有明显的分带性，并从构造角度分析了地热水成因，认为大气降水经深循环加热后，沿安清断层由东向西进入震旦系灯影组热储层中保存，在洋水背斜北部倾伏端受阻而排出地表。

逆冲断层；断层转折褶皱；双重构造；地热水成因

众所周知，贵州息烽-开阳地区是全国著名优质含偏硅酸和锶的重碳酸钙型氡泉——息烽温泉的产出地，也是闻名全国的开阳富磷矿生产基地。该区构造控制着开阳富磷矿的产出形态和地热的储存演化，本文运用构造分析的新观点，分析该区逆冲推覆构造特征，以此探讨地热水成因，这将对今后磷矿勘查方向和地热水资源利用及保护起到重要作用。

1 基本地质概况

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、冰成杂砾岩、震旦系(Z)砂岩、磷块岩、白云岩、寒武系(∈)砂岩、页岩、白云岩及二叠系、三叠系碳酸盐岩夹碎屑岩，无岩浆岩体，岩石软硬差异大。震旦系底部陡山沱组磷块岩是区内富磷矿的主要产出层位，上部灯影组白云岩构造裂隙和岩溶裂隙较发育，是主要的热储含水层，上覆寒武系下统牛蹄塘组炭质页岩、明心寺组页岩、金顶山组砂岩为主要的热储盖层。

区内构造线以北东向、北北东向为主，发育的主要褶皱为圆弧状斜歪褶皱——洋水背斜，发育的主要断裂类型为逆冲断层，其旁侧次级褶皱发育，碎裂岩、角砾岩等沿断裂呈带状分布，宽度数十米至数百米。总体来看，表现为地壳上部浅层次薄皮构造的脆性变形。

2 逆冲断层特征及性质分析

(1) 安清断层(F1)：出露于马庄-光寺坡-坪山一线，断面倾向南东，具体特征如下：

(1) 在走向上，几乎沿非能干层走向发育，而在能干层中，以小于岩层走向30°的夹角发育，断层旁侧发育多个次级褶皱，轴向与断层走向呈小于45°夹角相交。

(2) 在倾向上，滑动面上发育宽约100 m的破碎带，带内发育构造透镜体带和碎粒岩带，局部见片理化带和糜棱岩，透镜体AB面与岩层产状一致，说明沿物性界面上有强烈的顺层滑动。

(3) 滑脱面两侧岩石变形差异大。破碎带之上主要为寒武系碳酸盐岩，发育多个次级褶皱，紧靠断层褶皱倒转，倒转翼倾角40°～45°，与滑动面产状近于平行，滑动带之下主要为二叠系-三叠系碳酸盐岩夹碎屑岩，变形较弱，仅在紧靠断层时倒转向斜发育(见图1)。

(4) 地表滑动面斜切地层传播，表现为逆冲断层的断坡部分，且断层切层传播时，因阻力增大，在其下盘发育大致沿岩层面滑动的次级底板逆冲断层(F2和F3)；深部变缓，几乎沿下盘岩层面滑动，表现为逆冲断层顺层滑动的断坪部分，并使断层东盘寒武系及前寒武系地层逆冲叠于三叠系地层之上(见图1)，并限制了洋水背斜向深部延伸。垂直断距达3000 m以上，水平断距可能超过10 km，为研究区内规模最大的断层。因此，该断层实际为底板滑脱断层，为现今磷矿找矿的构造边界。

(2) 中坝断层(F4)：出露于中坝-哨上-玄天洞一带，整体倾向南东，沿走向破坏息烽向斜。中坝附近，西盘娄山关组(∈Ols)砂岩沿走向与东盘石冷水组(∈2s)白云岩直接接触，并使娄山关组(∈Ols)砂岩在断层侧旁挤压形成小褶皱及小断裂，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；哨上一带使东盘九架炉组(C1jj)含铝粘土岩(上盘)沿走向与西盘茅口组(P2m)灰岩(下盘)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。

(3) 兴隆村断层(F5)：出露于温泉镇-兴隆村-中沟一带，向北延伸至温泉时并被沙坝土-赶子断层(F7)所掩盖。断面倾向南东，倾角30°～70°，上陡下缓(见图1)。断层两盘地层主要为寒武系及前寒武系地层，倾向近于直交。在下寒武统非能干层中，地层强烈变形，上盘发育一斜歪背斜，即高丰背斜，断层切穿该背斜西翼地层，并使其倾角变陡，靠近安清断层(F1)时，下盘地层近于直立，局部倒转。具逆冲性质。

(4) 高丰断层(F6)：出露于高丰一带，向北延伸至温泉附近，并被沙坝土-赶子断层所掩盖。该断层倾向南东，倾角40°～65°，上陡下缓。断层两盘地层主要为下寒武统及前寒武系地层，地层倾向相对，上盘地层变形形成背斜，下盘地层变形形成向斜，具逆冲性质。根据褶皱与断层的关系分析，中坝断层、兴隆村断层和高丰断层实际是安清断层切层爬坡的断坡。

(5) 沙坝土-赶子断层(F7)：出露于洋水背斜东翼近核部地段，自南向北经过马路坪、沙坝土、温泉和赶子一带。断层破碎带宽约150 m，最宽达350 m，由多个次级断层组成，即勘查单位所称的F41至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。断层延伸方向与地层走向一致，滑动面几乎沿岩层面滑动，属褶皱顶板逆冲断层。

图1 安清断层勘探剖面图

3 逆冲断层组合特征及其分带性

前述的几条逆冲断层有如下共同特征：断层产状大体一致；断层性质相同；断层规模虽然不同，但是主次分明，安清断层(F1)规模最大，沙坝土-赶子断层(F7)规模其次，次级断层F2，F3，F4，F5和F6的规模相当；次级断层F3、F4、F5和F6发育于安清断层(F1)和沙坝土-赶子断层(F7)所围限的大型断夹块中，呈叠瓦状分布，形成一个Boyer(1982)所定义的典型叠瓦状系统，这种迭瓦状组合的逆冲断层向深部延伸断层倾角将逐渐变缓并交于一条底板逆冲断层之上。

横向上，沙坝土-赶子断层(F7)向北逐渐与安清断层(F1)收敛，所围限的大型断夹块南宽北窄，呈楔形状。纵向上，安清断层(F1)在浅地表切层发育，向上也与沙坝土-赶子断层逐渐收敛，亦呈楔形状，为典型的构造锥形楔。加之沙坝土-赶子断层几乎顺层发育，为典型的平板状断层，在高处形成逆冲推覆的残留岩席，即“飞来峰”，如温泉镇赶子飞来峰和金中镇大水飞来峰，且次级逆冲断层向深部逐渐变缓交于安清断层(F1)之上，在高位受限于沙坝土-赶子断层，这与双重构造的典型特征相符(见图2)。

由此分析，安清断层(F1)及其次级断层(F2和F3)是组成这个双重构造的底板滑脱-逆冲断层，沙坝土-赶子断层(F7)为其顶板逆冲断层。从底板滑脱断层向顶板逆冲断层，岩层的褶皱和断裂作用、岩石变形强度等均有明显的分带性，由西向东可分为：下盘简单变形带→底板滑脱、逆冲断层带→断层转折褶皱带→褶皱顶板逆冲断层带→上盘简单变形带。

图2 研究区双重构造剖面图

4 地热水成因探讨

研究区地热水出露于震旦系灯影组地层中，温泉之下的地壳浅部不存在年轻岩浆岩体等特殊热源，地热水的成因主要是大气降水的深循环，其补给区高程在1600 m左右，主要分布于研究区西侧大银顶-白马洞一带，主要出露中上寒武统至三叠系碳酸盐岩。然而，它与震旦系灯影组储热层之间为下寒武统金顶山组、明心寺组和牛蹄塘组砂岩、页岩，属软弱岩类隔水层，厚600～700 m，尽管白马洞一带有断裂构造向北切穿该隔水层，但不足以联通这两套含水层之间的水力关系，显然，白马洞一带向北延伸的断层并非大气降水深循环的通道。北西部发育的规模最大的底板滑脱断层——安清断层(F1)切穿了前震旦系至三叠系地层，断层破碎带较宽，构造裂隙发育，在深部使三叠系地层与寒武-震旦系地层直接接触，加之玄天洞一带次级断裂与之联通，足以使中上寒武统至三叠系含水层与震旦系灯影组有较紧密的水力联系。

因此，地热水形成的大致过程是：由大银顶一带大气降水入渗，经北东向安清断层(F1)的深循环，将洋水背斜西翼3000 m深度内的热量收集起来，并在上覆寒武系隔水隔热盖层的保护作用下，于震旦系灯影组白云岩中形成深部热储，在水力梯度的作用下，使得深部地热水由西向东运移，在洋水背斜北部倾伏端，次级逆冲断层(F5、F6)和顶板逆冲断层(F7)将前震旦系具隔水性碎屑岩抬升，地热水运移受阻而排泄，形成温泉。

5 结 语

震旦系陡山沱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——安清断层(F1)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。

陡山沱组上覆灯影组是息烽温泉的热储层位，其中地热水是大气降水深循环经底板滑脱断层而运移至灯影组白云岩中，在上覆金顶山组、明心寺组和牛蹄塘组砂岩、页岩隔水隔热盖层的保护下而得以储存。然而，近年来，随着磷矿开采强度和深度的增加，地热水热储层位面临不同程度破坏的危险，随时可能出现水质恶化或断流的状况，建议在磷矿开采或勘查中，增加矿区地热水专项勘查工作，以判断磷矿开采对地热水的危害程度。

致谢：在野外调研和本文撰写的全过程中，得到中化地质矿山总局贵州地质勘查院陈代良教授级高级工程师的悉心指导，杨光亮、郭江波、杨明俊、王春江等人参加了野外调研工作，在此一并感谢。

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作者简介：郭建江(1970-)，男，贵州贵阳人，工程师，主要从事矿产勘查和研究工作，Email：30498243@qq.com。

马 超(1989-)，男，陕西乾县人，硕士，主要从事采矿工程及矿井通风与安全研究，Email：1318018861@qq.com。

化工地质勘查专项资金资助项目(化勘资金[2016-01]).

2017￣01￣18)