豫东地区寒武—奥陶系地层分布规律及成矿预测分析

苏媛媛 赵诚亮 李元庆

（山东省第一地质矿产勘查院，山东 济南 250109）

豫东是指河南省东部的开封、周口及商丘等市所辖的区域，区内以往多是进行煤炭的地质勘查与相关研究工作，勘查研究多集中在上古生界地层岩性特征、沉积环境、聚煤规律、控煤构造等方面[1-2]，对下古生界地层分布与构造控制方面的整理研究相对较少。地层是在特定的大地构造背景下形成的，含有丰富而独特的大地构造信息[3-5]。深化区内晚古生代地层特征的分析，探讨地层残留分布的控制因素，分析豫东下古生界成矿的可能性，可以填补豫东地区下古生界地层系统性研究的空白，同时为矿产资源的勘查提供有力的地质依据。

1 区域地质特征

研究区隶属于华北板块之二级构造单元鲁西台隆及华北坳陷，位于华北地台华北坳陷通许隆起至永城—夏邑一线。三级构造单元分布从北向南依次为开封凹陷、通许凸起和周口凹陷，基本呈“两凹夹一隆”的格局；区内构造以断裂为主，主要发育睢县、杞县、民权、焦作—商丘、兰考、周口—鹿邑、颜集断层等区域性隐伏断裂。豫东地区基岩地质构造和主要断裂分布图如图1。

图1 豫东地区基岩地质构造和主要断裂分布图

豫东地区属华北平原地层分区之豫东小区及鲁西地层分区之徐州小区，区内仅在永城市的北部芒砀山地区及南部的柏山一带出露有少量的寒武—奥陶系地层和燕山期的花岗岩、花岗斑岩等，其他地区全被新生界覆盖。通过搜集整理永城芒山地区的剖面和区内的钻孔资料，研究区内寒武系地层自沧浪铺期接受沉积，主要为碳酸盐岩和部分碎屑岩，与下伏地层呈平行不整合接触关系。区内寒武系分为下统辛集组、馒头组，中统毛庄组、徐庄组、张夏组及上统崮山组、长山组、凤山组，缺失上奥陶统地层，为陆表海碳酸岩沉积，地层可划分为冶里组、亮甲山组、马家沟组和峰峰组。

2 寒武—奥陶系地层分布规律总结

依据区域和地震勘探资料、收集区内近150个煤田、地热钻孔的资料，分析总结区内各层段的厚度值，参考太参2、周参7等石油深孔资料，分析沉积环境的演化，推测下古生界地层的顶板埋深及残留厚度（图2），本区下古生界顶板埋深最大可到6000 m以上，埋深2000 m以浅灰岩主要分布在通许凸起轴部、永城隐伏背斜两翼、民权及其北部地区、柘城斜坡带北部及睢县西侧，其中通许凸起轴部和永城背斜轴部埋深在500 m以浅。除了在虞城北部利民集附近和南部的杜集背斜轴部地区，以及周口郸城东部太古界地层凸起，缺失寒武—奥陶系地层外，地层总厚度基本上在400～1200 m之间，在通许凸起轴部、永城背斜轴部、芒山地区、杜集背斜轴部、民权北部寒武—奥陶系地层凸起，存在不同程度的剥蚀现象，寒武—奥陶系地层厚度较薄，在400～700 m之间，从凸起背斜轴部向四周渐厚，在永城西部、夏邑东部及豫东西部通许—太康一线厚度可达1200 m以上。

图2 寒武—奥陶系地层顶板埋深及厚度等值线图

下古生界无论是在沉积环境、岩性，还是沉积厚度的变化都比较明显，区域上寒武系地层在南部最厚，由南向北地层有减薄的趋势，豫东地区寒武系地层在整体南厚北薄的基础上，东西部稍厚，中部较薄。奥陶系地层厚度分布特点与寒武系地层截然不同，区域上南部地层最薄，东北部地层相对较厚，奥陶系地层在商丘宁陵和永城芒山地区部分缺失，中部厚度薄，向南北渐厚。

3 寒武—奥陶系地层分布控制因素

3.1 沉积环境对地层分布的控制作用

海相地层的分布主要受控于海平面的变化，辛集期华北海域一度为广阔的海滩，沉积有高能砾岩。馒头期海水漫过整个华北，沉积物以碳酸盐为主，局部混入泥砂。毛庄期碳酸盐台地大面积发育，混入少量泥粉砂质的混合沉积，徐庄期至张夏期是华北海侵顶峰期，台地内浅水区常形成鲕粒滩。晚寒武世为海退时期，沉积厚度相对变薄。

早奥陶世冶里期至亮甲山晚期，持续向东北方向海退，冶里组和亮甲山组地层从北向南渐薄，受加里东运动的影响，亮甲山组与下马家沟组之间发育平行不整合面，缺失晚奥陶世至志留世沉积，晚石炭世地层直接平行不整合覆盖于中奥陶世地层之上。

3.2 构造运动对地层沉积的控制作用

从中生代三叠纪到新生代第四纪属于构造运动活跃期，对下古生界地层的分布及沉积厚度影响较大。经历了印支运动、燕山运动和喜山构造运动，形成了大型的坳陷式沉积和隆坳构造，先后形成了开封凹陷、周口凹陷、通许凸起、太康凸起、颜集凹陷、商丘断块等构造形态。

研究区中部隆起由于后期隆升剥蚀，新生界直接覆盖于下古生界地层之上，寒武奥陶系地层埋深浅，受剥蚀作用地层相对较薄，由隆起向凹陷基岩地层逐渐过渡为石炭系、二叠系、三叠系和侏罗系地层，地层逐渐完整，下古生界地层埋藏逐渐变深，地层厚度较隆起区变厚。

3.3 褶皱断裂对地层分布的控制

豫东地区发育两个大型沉积背斜构造：杜集背斜和永城背斜，这两个背斜对下古生界地层的埋深及厚度变化影响很大。隆起轴部下古生界地层抬升并缺失部分奥陶系地层，轴部两侧，下古生界地层逐渐下倾，埋深逐渐变深。发育规模较小的柘城背斜、柘城向斜和韩口、顺和西地区存在的局部隆起，使地层埋深发生局部变化。

区内较大的断裂有焦作—商丘断层、太平集断层、济阳断层、F20、演集断层、刘河断层等，对下古生界地层的分割和切块形成断块构造，对寒武—奥陶系地层埋深造成影响，由于断层切割及差异升降，断裂两侧奥陶系顶面埋深不同。

4 下古生界成矿预测

4.1 寒武系成矿概述

寒武纪辛集期是我国北方最著名的成磷期，含磷岩系主要为黑色炭质粉砂岩、含磷砂岩和海绿石砂岩、砖红色石英砂岩，豫东存在生成磷矿的可能性，但不富集。目前只发现华北区辛集中晚期和馒头期有膏盐沉积。辛集中晚期，焦作、开封一线以南地区普遍形成含膏沉积，馒头组含膏沉积与辛集组特征相似，但分布局限，厚度也很小。石灰岩和白云岩是寒武系主要非金属矿产，分布于华北区辛集组上部、徐庄组上部和张夏组，永城芒山地区出露上寒武统地层。

4.2 奥陶系成矿概述

奥陶系矿产包括水泥灰岩、熔剂灰岩、白云岩、石膏等，金属矿产主要是多金属矿，奥陶系灰岩常为矽卡岩型铁矿的围岩。豫东地区下马家沟组二、三段，上马家沟组二、三段的灰岩均属于局限台地相，多为很纯的泥晶灰岩，白云岩也主要分布于局限台地相，局限台地相中的白云岩一般为交代白云岩，当白云化程度比较高时可形成优质白云岩，如永城芒山地区冶里组、亮甲山组。奥陶纪石膏矿的有利生成环境为冶里期、下马家沟早期、上马家沟早期，可以形成多层含膏沉积，区内目前尚未发现有开采价值的石膏矿。

华北区奥陶系中的多金属矿一般属于低温热液成因，奥陶系中的含矿物质经燕山期地下水热液作用，在裂隙、破碎带等有利地带富集成矿，华北区已发现的多金属矿点多赋存在白云岩中。赋存于奥陶系中的铁矿多是燕山期岩浆与中奥陶统灰岩接触交代形成的矽卡岩型磁铁矿，这种铁矿的分布主要受燕山期岩体控制，角砾状灰岩与燕山期岩体共同存在的地区是寻找铁矿的重点区域，豫东永城大王庄铁矿即为该种成因的铁矿。

5 结论

（1）通过搜集区域地质资料、各类钻孔及物探资料，结合沉积环境的演化规律，推测了豫东地区寒武—奥陶系地层顶板埋深和沉积残留厚度值，初步总结了下古生界地层展布规律，豫东地区下古生界顶板埋深变化较大。

（2）下古生届地层展布受构造演化控制，具有明显的方向性。下古生代经历了多次海进和海退过程，地层埋深和厚度受沉积环境和后期构造运动地壳升降和剥蚀的影响。后期的褶皱作用、断层切割及差异升降，亦对下古生界地层分布格局有较大的改造作用。

（3）对研究区寒武—奥陶系地层成矿可能和分布规律进行了初步分析，认为豫东地区下寒武统存在成磷矿和石膏矿的可能，但不富集。寒武奥陶系石灰岩和白云岩矿丰富，奥陶系是多金属矿的重要赋存层位，受燕山期岩体控制，其与中奥陶统灰岩接触地带是寻找磁铁矿的重点区域。