豫東地區寒武—奧陶系地層分布規律及成礦預測分析

蘇媛媛 趙誠亮 李元慶

（山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250109）

豫東是指河南省東部的開封、周口及商丘等市所轄的區域，區內以往多是進行煤炭的地質勘查與相關研究工作，勘查研究多集中在上古生界地層巖性特征、沉積環境、聚煤規律、控煤構造等方面[1-2]，對下古生界地層分布與構造控制方面的整理研究相對較少。地層是在特定的大地構造背景下形成的，含有豐富而獨特的大地構造信息[3-5]。深化區內晚古生代地層特征的分析，探討地層殘留分布的控制因素，分析豫東下古生界成礦的可能性，可以填補豫東地區下古生界地層系統性研究的空白，同時為礦產資源的勘查提供有力的地質依據。

1 區域地質特征

研究區隸屬于華北板塊之二級構造單元魯西臺隆及華北坳陷，位于華北地臺華北坳陷通許隆起至永城—夏邑一線。三級構造單元分布從北向南依次為開封凹陷、通許凸起和周口凹陷，基本呈“兩凹夾一隆”的格局；區內構造以斷裂為主，主要發育睢縣、杞縣、民權、焦作—商丘、蘭考、周口—鹿邑、顏集斷層等區域性隱伏斷裂。豫東地區基巖地質構造和主要斷裂分布圖如圖1。

圖1 豫東地區基巖地質構造和主要斷裂分布圖

豫東地區屬華北平原地層分區之豫東小區及魯西地層分區之徐州小區，區內僅在永城市的北部芒碭山地區及南部的柏山一帶出露有少量的寒武—奧陶系地層和燕山期的花崗巖、花崗斑巖等，其他地區全被新生界覆蓋。通過搜集整理永城芒山地區的剖面和區內的鉆孔資料，研究區內寒武系地層自滄浪鋪期接受沉積，主要為碳酸鹽巖和部分碎屑巖，與下伏地層呈平行不整合接觸關系。區內寒武系分為下統辛集組、饅頭組，中統毛莊組、徐莊組、張夏組及上統崮山組、長山組、鳳山組，缺失上奧陶統地層，為陸表海碳酸巖沉積，地層可劃分為冶里組、亮甲山組、馬家溝組和峰峰組。

2 寒武—奧陶系地層分布規律總結

依據區域和地震勘探資料、收集區內近150個煤田、地熱鉆孔的資料，分析總結區內各層段的厚度值，參考太參2、周參7等石油深孔資料，分析沉積環境的演化，推測下古生界地層的頂板埋深及殘留厚度（圖2），本區下古生界頂板埋深最大可到6000 m以上，埋深2000 m以淺灰巖主要分布在通許凸起軸部、永城隱伏背斜兩翼、民權及其北部地區、柘城斜坡帶北部及睢縣西側，其中通許凸起軸部和永城背斜軸部埋深在500 m以淺。除了在虞城北部利民集附近和南部的杜集背斜軸部地區，以及周口鄲城東部太古界地層凸起，缺失寒武—奧陶系地層外，地層總厚度基本上在400～1200 m之間，在通許凸起軸部、永城背斜軸部、芒山地區、杜集背斜軸部、民權北部寒武—奧陶系地層凸起，存在不同程度的剝蝕現象，寒武—奧陶系地層厚度較薄，在400～700 m之間，從凸起背斜軸部向四周漸厚，在永城西部、夏邑東部及豫東西部通許—太康一線厚度可達1200 m以上。

圖2 寒武—奧陶系地層頂板埋深及厚度等值線圖

下古生界無論是在沉積環境、巖性，還是沉積厚度的變化都比較明顯，區域上寒武系地層在南部最厚，由南向北地層有減薄的趨勢，豫東地區寒武系地層在整體南厚北薄的基礎上，東西部稍厚，中部較薄。奧陶系地層厚度分布特點與寒武系地層截然不同，區域上南部地層最薄，東北部地層相對較厚，奧陶系地層在商丘寧陵和永城芒山地區部分缺失，中部厚度薄，向南北漸厚。

3 寒武—奧陶系地層分布控制因素

3.1 沉積環境對地層分布的控制作用

海相地層的分布主要受控于海平面的變化，辛集期華北海域一度為廣闊的海灘，沉積有高能礫巖。饅頭期海水漫過整個華北，沉積物以碳酸鹽為主，局部混入泥砂。毛莊期碳酸鹽臺地大面積發育，混入少量泥粉砂質的混合沉積，徐莊期至張夏期是華北海侵頂峰期，臺地內淺水區常形成鮞粒灘。晚寒武世為海退時期，沉積厚度相對變薄。

早奧陶世冶里期至亮甲山晚期，持續向東北方向海退，冶里組和亮甲山組地層從北向南漸薄，受加里東運動的影響，亮甲山組與下馬家溝組之間發育平行不整合面，缺失晚奧陶世至志留世沉積，晚石炭世地層直接平行不整合覆蓋于中奧陶世地層之上。

3.2 構造運動對地層沉積的控制作用

從中生代三疊紀到新生代第四紀屬于構造運動活躍期，對下古生界地層的分布及沉積厚度影響較大。經歷了印支運動、燕山運動和喜山構造運動，形成了大型的坳陷式沉積和隆坳構造，先后形成了開封凹陷、周口凹陷、通許凸起、太康凸起、顏集凹陷、商丘斷塊等構造形態。

研究區中部隆起由于后期隆升剝蝕，新生界直接覆蓋于下古生界地層之上，寒武奧陶系地層埋深淺，受剝蝕作用地層相對較薄，由隆起向凹陷基巖地層逐漸過渡為石炭系、二疊系、三疊系和侏羅系地層，地層逐漸完整，下古生界地層埋藏逐漸變深，地層厚度較隆起區變厚。

3.3 褶皺斷裂對地層分布的控制

豫東地區發育兩個大型沉積背斜構造：杜集背斜和永城背斜，這兩個背斜對下古生界地層的埋深及厚度變化影響很大。隆起軸部下古生界地層抬升并缺失部分奧陶系地層，軸部兩側，下古生界地層逐漸下傾，埋深逐漸變深。發育規模較小的柘城背斜、柘城向斜和韓口、順和西地區存在的局部隆起，使地層埋深發生局部變化。

區內較大的斷裂有焦作—商丘斷層、太平集斷層、濟陽斷層、F20、演集斷層、劉河斷層等，對下古生界地層的分割和切塊形成斷塊構造，對寒武—奧陶系地層埋深造成影響，由于斷層切割及差異升降，斷裂兩側奧陶系頂面埋深不同。

4 下古生界成礦預測

4.1 寒武系成礦概述

寒武紀辛集期是我國北方最著名的成磷期，含磷巖系主要為黑色炭質粉砂巖、含磷砂巖和海綠石砂巖、磚紅色石英砂巖，豫東存在生成磷礦的可能性，但不富集。目前只發現華北區辛集中晚期和饅頭期有膏鹽沉積。辛集中晚期，焦作、開封一線以南地區普遍形成含膏沉積，饅頭組含膏沉積與辛集組特征相似，但分布局限，厚度也很小。石灰巖和白云巖是寒武系主要非金屬礦產，分布于華北區辛集組上部、徐莊組上部和張夏組，永城芒山地區出露上寒武統地層。

4.2 奧陶系成礦概述

奧陶系礦產包括水泥灰巖、熔劑灰巖、白云巖、石膏等，金屬礦產主要是多金屬礦，奧陶系灰巖常為矽卡巖型鐵礦的圍巖。豫東地區下馬家溝組二、三段，上馬家溝組二、三段的灰巖均屬于局限臺地相，多為很純的泥晶灰巖，白云巖也主要分布于局限臺地相，局限臺地相中的白云巖一般為交代白云巖，當白云化程度比較高時可形成優質白云巖，如永城芒山地區冶里組、亮甲山組。奧陶紀石膏礦的有利生成環境為冶里期、下馬家溝早期、上馬家溝早期，可以形成多層含膏沉積，區內目前尚未發現有開采價值的石膏礦。

華北區奧陶系中的多金屬礦一般屬于低溫熱液成因，奧陶系中的含礦物質經燕山期地下水熱液作用，在裂隙、破碎帶等有利地帶富集成礦，華北區已發現的多金屬礦點多賦存在白云巖中。賦存于奧陶系中的鐵礦多是燕山期巖漿與中奧陶統灰巖接觸交代形成的矽卡巖型磁鐵礦，這種鐵礦的分布主要受燕山期巖體控制，角礫狀灰巖與燕山期巖體共同存在的地區是尋找鐵礦的重點區域，豫東永城大王莊鐵礦即為該種成因的鐵礦。

5 結論

（1）通過搜集區域地質資料、各類鉆孔及物探資料，結合沉積環境的演化規律，推測了豫東地區寒武—奧陶系地層頂板埋深和沉積殘留厚度值，初步總結了下古生界地層展布規律，豫東地區下古生界頂板埋深變化較大。

（2）下古生屆地層展布受構造演化控制，具有明顯的方向性。下古生代經歷了多次海進和海退過程，地層埋深和厚度受沉積環境和后期構造運動地殼升降和剝蝕的影響。后期的褶皺作用、斷層切割及差異升降，亦對下古生界地層分布格局有較大的改造作用。

（3）對研究區寒武—奧陶系地層成礦可能和分布規律進行了初步分析，認為豫東地區下寒武統存在成磷礦和石膏礦的可能，但不富集。寒武奧陶系石灰巖和白云巖礦豐富，奧陶系是多金屬礦的重要賦存層位，受燕山期巖體控制，其與中奧陶統灰巖接觸地帶是尋找磁鐵礦的重點區域。