羅榮貴

(中國(guó)煤炭地質(zhì)總局第一勘探局，河北邯鄲 056004)

霍西煤田位于山西省中南部孝義市到臨汾市之間，南北長(zhǎng)約170km，東西寬約50km，是我國(guó)主要的煉焦煤產(chǎn)地。其大地構(gòu)造部位屬華北板塊山西板內(nèi)造山帶尉莊板拗，部分深入晉中和臨汾新斷陷中[1,2](圖1)。該煤田勘探程度較高，但對(duì)其構(gòu)造成因的認(rèn)識(shí)，基本沿用了垂向運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，致使有些地質(zhì)現(xiàn)象難以解釋。其實(shí)現(xiàn)存地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)是地質(zhì)歷史上地殼在三維空間運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，既有垂直運(yùn)動(dòng)，也存在橫向運(yùn)動(dòng)。筆者基于大量的地質(zhì)和物探資料，對(duì)霍西煤田淺層地質(zhì)構(gòu)造開(kāi)展了進(jìn)一步的分析研究，對(duì)該區(qū)的構(gòu)造成因提出了不同的認(rèn)識(shí)。

1 煤田的構(gòu)造邊界及問(wèn)題

霍西煤田的東部邊界為霍山斷裂。斷裂南起廣勝寺，北至靈石峪口、軍寨一帶(或介休市東南)，走向長(zhǎng)約60km，其東側(cè)為太岳山群片麻巖逆沖于奧陶系灰?guī)r上，西側(cè)為新生代地層掩蓋石炭二疊系地層，它是煤田東部邊界的中段。是什么原因使大斷裂的南北兩端突然中斷？它的走向延伸問(wèn)題存在不確定性，值得探討；煤田的東北部邊界隱伏于晉中斷陷中，斷陷的最大深度超過(guò)3km，沉積了巨厚的新生界地層，山西省煤田地質(zhì)圖顯示，其深部基巖為三疊系地層，斷陷南部邊緣的介休板峪、平遙佛殿溝殘留有破碎的煤系地層，依此推測(cè)，斷陷深部可能存在石炭二疊系地層[2]。

霍西煤田的西部和西南部邊界為離石-紫荊山斷裂帶，走向南北，出露長(zhǎng)度270 km。斷裂帶西側(cè)是完整的鄂爾多斯盆地邊界，而東側(cè)則是若干個(gè)具有獨(dú)立構(gòu)造形態(tài)的地塊，其中南段是霍西煤田的西部邊界，黑龍關(guān)以南的南東向斷層組是煤田的西南邊界；現(xiàn)今將南東向斷層組作為離石-紫荊斷裂帶的延伸部分，其依據(jù)并不充分，值得進(jìn)一步推敲。

北部以煤層露頭為界。清交斷層向西延伸部分可能為煤田的北部構(gòu)造邊界。

南部以近東西走向的正斷層作為煤田的邊界。煤田中的臨汾塊凹和塔兒山塊凸相鄰，前者未受巖漿巖侵入，后者是由燕山期巖漿巖侵入上古生界地層構(gòu)成的地塊；煤田整體走向南北，塊凸整體走向NE，二者呈50°～60°斜交?？梢钥闯觯粑髅禾锖退荷綁K凸之間有著顯著不同的地質(zhì)特征，其構(gòu)造關(guān)系并不清楚，有必要開(kāi)展進(jìn)一步的深入研究。

塔兒山塊凸以南為運(yùn)城斷陷，其最大深度大于5k m，沉積了巨厚的新生界地層。

綜上所述，霍西煤田被東、西兩個(gè)巨大向斜，南、北兩個(gè)巨大斷陷所圍限，形成了特殊的構(gòu)造形態(tài)。

2 燕山運(yùn)動(dòng)以來(lái)的構(gòu)造演化問(wèn)題

燕山運(yùn)動(dòng)初始，華北克拉通受到太平洋板塊由東向西的擠壓，板內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈褶皺，形成一系列的向斜、背斜，在后期伸張階段和周邊擠壓應(yīng)力的共同作用下形成了現(xiàn)在的基本構(gòu)造格局，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)階段局部被改造。就現(xiàn)存構(gòu)造來(lái)看，擠壓階段形成的向、背斜大都已經(jīng)消失，唯有鄂爾多斯向斜完整存在并繼續(xù)發(fā)育；沁水向斜經(jīng)歷了整體的深陷、抬升和位移，仍具有大型向斜的形態(tài)，比較完整地存在。這兩個(gè)向斜之間，或者說(shuō)鄂爾多斯向斜的東側(cè)應(yīng)該曾經(jīng)存在過(guò)一個(gè)巨大的背斜，這里暫稱(chēng)為“原始汾河背斜”，但是現(xiàn)在該背斜已經(jīng)消失。

(a)山西省中南部主要構(gòu)造；(b)山西省中南部構(gòu)造區(qū)帶與航磁異常對(duì)照?qǐng)D(據(jù)參考文獻(xiàn)[1]修改)圖1 山西省中南部構(gòu)造略圖Figure 1 A structural sketch of central south Shanxi Province:

從離石-紫荊山斷裂帶和霍山斷裂帶上出露的地層可以看出，原始汾河背斜上升過(guò)程中被剝蝕的地層層位達(dá)到了元古界地層，故認(rèn)為在原始汾河背斜的構(gòu)造帶上應(yīng)該是太古界或下元古界地層。但實(shí)際上這里存在著一個(gè)由上古生界地層構(gòu)成的霍西煤田。它的獨(dú)有特征表現(xiàn)為：(1)霍西煤田又分為若干塊段，它們的構(gòu)造形態(tài)簡(jiǎn)單，是總體為走向南北、向東傾斜的單斜或平緩褶曲構(gòu)造。與煤田并列的主要斷裂構(gòu)造離石～紫荊山斷裂帶、太西、霍山斷裂帶、太行山大斷裂帶(馬頭山以北)都是擠壓性質(zhì)的，而夾在中間的霍西煤田構(gòu)造卻是張性的，顯示局部構(gòu)造和區(qū)域構(gòu)造不相協(xié)調(diào)性。(2)霍西煤田的煤層變質(zhì)程度為肥煤-主焦煤，接近于燕山運(yùn)動(dòng)之前的水平。與相鄰沁水煤田中的高變質(zhì)無(wú)煙煤比較，顯示二者經(jīng)歷了不同的構(gòu)造熱演化史。(3)霍西煤田大部分處于航磁高異常區(qū)中(圖1b)，但煤系地層中未見(jiàn)巖漿巖侵入和煤層變質(zhì)程度增高的現(xiàn)象。

若按照正常的地層層序和單純升、降運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)解釋?zhuān)谘嗌竭\(yùn)動(dòng)早期擠壓階段，霍西煤田的抬升高度未曾達(dá)到元古界地層，也未被深陷到被加深變質(zhì)的深度，這與原始汾河背斜消失后應(yīng)有的地層時(shí)代、構(gòu)造形態(tài)完全不對(duì)應(yīng)。需要進(jìn)一步做出合理的解釋。

3 對(duì)某些已知構(gòu)造的深入認(rèn)識(shí)

3.1 原始汾河背斜部位的寬度被縮短

以華北板內(nèi)的黃河斷裂帶、離石-紫荊山斷裂帶、霍山斷裂帶、太行斷裂帶等二級(jí)大地構(gòu)造單元分界線(xiàn)來(lái)看，鄂爾多斯向斜東西寬度約為400km，原始汾河背斜的寬度約<60km，沁水向斜寬度約為200～250km，比較而言，原始汾河背斜部位的寬度被大大縮短了，它的縮短既有強(qiáng)烈擠壓階段的因素，也有后期變形階段的因素?？梢酝茢啵枷?、背斜有過(guò)不同規(guī)模水平方向的移動(dòng)。如此推斷是基于以下的認(rèn)識(shí)：華北克拉通在被太平洋板塊擠壓之前，接受了中奧陶紀(jì)到侏羅紀(jì)初期間連續(xù)、穩(wěn)定的沉積，整個(gè)板塊處于相對(duì)平展的狀態(tài)，在受到太平洋板塊擠壓的早期，形成了近似等幅的南北向褶皺，隨著擠壓應(yīng)力的增強(qiáng)，背斜劇烈上升，遭受強(qiáng)烈剝蝕，同時(shí)產(chǎn)生逆沖斷裂，背斜部位的寬度相對(duì)縮短；伸展階段，原背斜部位形成裂陷[3]，裂陷生成過(guò)程中產(chǎn)生了淺部地塊向裂陷方向側(cè)移的條件，加之太行隆起推動(dòng)沁水向斜向西移動(dòng)，原始汾河背斜部位淺部的寬度更進(jìn)一步縮短，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)階段被北東向的新斷陷改造。

3.2 橫向滑移運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造痕跡

離石-紫荊山斷裂帶和霍山斷裂帶之間的原始汾河背斜，在燕山運(yùn)動(dòng)晚期的伸張階段，強(qiáng)烈下陷，形成早期裂陷[4]。裂陷形成的過(guò)程中，相對(duì)于原始汾河背斜為下陷的部位(曾保留侏羅紀(jì)前完整地層)，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)上升的地塊，當(dāng)新的升、降地塊之間的高差達(dá)到重力失衡時(shí)，高位地塊解體向低位處拆離滑移，滑移地塊隨機(jī)壓覆在原始背斜的“剝蝕面”上。現(xiàn)《山西省構(gòu)造巖漿圖》中汾西尉莊板坳的西側(cè)分布著多條逆斷層[1]，如：柯枝鎮(zhèn)逆斷層、交口-石口-川口三角地帶內(nèi)數(shù)條逆斷層，還有太古界地層零星分布在較新地層之上，這些零星地塊有些是外來(lái)地體經(jīng)風(fēng)化、剝蝕的殘留部分，它們指示著這里存在有橫向滑移運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造痕跡。

3.3 霍山斷裂帶沿走向南北延伸

地面露頭顯示，現(xiàn)霍山斷裂北端轉(zhuǎn)向北東方向延伸，稱(chēng)為綿山斷層。綿山斷層是晉中斷陷的南界，是喜山期產(chǎn)生的構(gòu)造形跡。從完整的沁水向斜西側(cè)觀察分析，早期霍山斷裂帶應(yīng)向北延伸，與太西斷裂帶銜接，后期被晉中新斷陷所切斷；它的南段在塔兒山礦區(qū)北突然中斷，找不到出路，如與東側(cè)的浮山斷層帶相連系，斷層規(guī)模不相稱(chēng)?；羯綌嗔褢?yīng)沿走向繼續(xù)向南延伸，止于北東向中條山構(gòu)造帶，延伸部分被石炭、二疊、三疊地層掩蓋了。這樣，霍山-太西斷裂帶的長(zhǎng)度就不小于200 km，與離石-紫荊斷裂帶并列，構(gòu)成汾渭裂陷帶在山西境內(nèi)的東、西邊界。

3.4 離石-紫荊山斷裂帶轉(zhuǎn)折段揭示的構(gòu)造現(xiàn)象

現(xiàn)有資料[4]認(rèn)為離石-紫荊山斷裂帶的南段在黑龍關(guān)西南由南北向轉(zhuǎn)為南東向，沒(méi)入汾河河谷，轉(zhuǎn)折部分“僅由斷距200～300m，向兩側(cè)傾斜的兩條斷層組成，其間為奧陶系、石炭系，兩旁為二疊系，構(gòu)成地壘”。對(duì)此，這里另做解釋?zhuān)?1)南東向斷層組與離石-紫荊山斷裂帶呈斜丁字形相交，從斷層規(guī)模上分析，離石-紫荊山斷裂帶是鄂爾多斯向斜與山西造山帶之間的分界線(xiàn)，是II級(jí)構(gòu)造邊界。而南東向斷層組是更次級(jí)的構(gòu)造現(xiàn)象，與斷裂沒(méi)有直接關(guān)系，斷裂帶是突然中斷而不是轉(zhuǎn)折；(2)云丘山塊凸是走向北東、傾向北西的單斜，應(yīng)屬鄂爾多斯向斜東南邊緣的一部分，而黑龍關(guān)塊凹是山西板內(nèi)造山帶尉莊板拗的一部分，是近南北向的緩傾斜褶曲，二者的煤系地層在空間上很接近，被南東向斷層組/地壘所隔，但構(gòu)造上卻難以找到相關(guān)之處，它們?cè)谒椒较蛏系摹當(dāng)唷忉尀閷?duì)接關(guān)系更為合適；(3)離石-紫荊山斷裂帶作為鄂爾多斯向斜的東部邊界，應(yīng)向南或南西方向延伸，被云丘山塊凸所掩蓋。從云丘山塊凸、臨汾塊凹和塔兒山塊凸三者的空間構(gòu)造關(guān)系上看，云丘山塊凸掩蓋了離石-紫荊山斷裂帶的南段，還掩蓋了塔兒山塊凸的一部分。這里存在著獨(dú)立地塊之間，南、北對(duì)接，東、西掩蓋的現(xiàn)象。

4 物探資料反應(yīng)的構(gòu)造現(xiàn)象

依照?qǐng)D1構(gòu)造區(qū)帶劃分，霍西煤田涉及到了：靈石汾西塊凹、羅云塊凸、黑龍關(guān)塊凹、云丘山北東向塊凸(霍西煤田外)、孝義斷階、霍州斷階、臨汾塊凹、塔兒山塊凸等8個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元，這些塊段相互之間的界線(xiàn)清晰，都含有石炭二疊紀(jì)煤系地層。把淺部構(gòu)造與物探資料所示構(gòu)造重疊起來(lái)分析(圖1b)，得到了新的認(rèn)識(shí)。

(1)從山西省莫霍面深度圖[5,6](圖2)和汾渭裂陷帶莫霍面深度變化與N～Q厚度關(guān)系示意圖(圖3)中可以看出，裂陷帶的成因、分布與莫霍面的突起帶有著密切的關(guān)系[7]。汾渭裂陷帶下莫霍面的深度，從晉中盆地到渭河盆地由38 km漸變?yōu)?3 km，反映了深部構(gòu)造帶是連續(xù)、漸變的，同時(shí)也顯示出莫霍面越淺裂陷深度越大的規(guī)律。然而在靈石-臨汾一段，淺部基巖以上古生界地層為主，上覆厚度0～300m的第四系地層。按現(xiàn)今普遍認(rèn)可的臨汾新斷陷是與晉中斷陷、運(yùn)城斷陷同期獨(dú)立存在的斷陷，但它的“斷陷深度”比晉中、運(yùn)城斷陷陷落幅度突然變淺少了4km以上，這與汾渭裂陷帶下的莫霍面深度變化趨勢(shì)是不對(duì)應(yīng)的(圖3)。由此認(rèn)為，臨汾新斷陷(霍西煤田)應(yīng)有其特殊的構(gòu)造成因。

(2)從山西省中南部航磁異常圖[7](圖4)上分析，東經(jīng)110°～112°18′，北緯34°～36°50′范圍內(nèi)存在100～500NT的高異常值，沿靈石縣城、臨汾市、永濟(jì)縣方向延伸，NNE向長(zhǎng)約260km，寬約100km。以臨汾市為中心可將異常區(qū)大致分為：東(南東方向)、北(北東方向)、中(南西方向)、南(北緯35°以南)四段，把構(gòu)造區(qū)帶劃分圖和航磁異常圖重疊起來(lái)進(jìn)行分析(圖1b)。

山西省南部磁異常區(qū)與霍西煤田有關(guān)部位，從西向東跨越了鄂爾多斯東緣板拗、汾西—尉莊板拗、汾渭裂谷帶、太岳山板隆4個(gè)三級(jí)構(gòu)造單元中的11個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元。

東段對(duì)應(yīng)：塔兒山塊凸(異常值100～400 NT)。塔兒山塊凸也含有石炭二疊系地層， 受到了巖漿巖侵入而加深變質(zhì)[8]，構(gòu)造比較復(fù)雜，與霍西煤田中的其它塊段相比較，有其特殊性。它與太行山斷裂東部的西安里鐵礦、河北省的邯邢(煤、鐵)礦區(qū)(異常值100～200 NT)都是燕山期巖漿巖侵入古生界碳酸鹽地層形成的，它們具有相同的成礦時(shí)代、成因類(lèi)型——矽卡巖型磁鐵礦，統(tǒng)稱(chēng)為“邯邢式鐵礦”[9]。大量的資料證明，磁鐵礦是產(chǎn)生強(qiáng)磁異常的主要來(lái)源。東段是磁異常區(qū)連續(xù)的一部分，出露地層清晰地顯示出磁異常與巖漿巖侵入、地層結(jié)構(gòu)、煤層變質(zhì)的相互關(guān)系[10]，從而推斷，在霍西煤田以下某個(gè)深度存在著更大范圍與塔兒山塊凸相似地質(zhì)特征的地質(zhì)體[11]。

圖2 山西省莫霍面深度圖Figure 2 Moho depth in Shanxi Province

圖3 汾渭裂陷帶莫霍面深度變化與N～Q厚度關(guān)系示意圖Figure 3 A schematic diagram of relationship between Fenwei rift zone Moho depth variation and N～Q thicknesses

北段對(duì)應(yīng)：靈石-汾西塊凹(異常值 -100～100 NT)，塊凹的南端跨入了正異常區(qū)；羅云塊凸(異常值300～500 NT)，出露寒武奧陶地層，有零星石炭二疊系地層分布；黑龍關(guān)塊凹(異常值100～500 NT)，出露寒武～奧陶～石炭二疊地層。

中段對(duì)應(yīng)：霍州斷階(異常值100～200 NT)、臨汾塊凹(異常值0～500 NT)，第四系掩蓋石炭二疊系地層；云丘山北東向塊凸(異常值300～500 NT)，出露寒武-奧陶、石炭二疊、三疊系地層。

南段對(duì)應(yīng)：稷山塊凸、河津塊凹、運(yùn)城塊凹(由東向西異常值 -100～400 NT)，它們的上部可能存在過(guò)上古生界地層(塊)，經(jīng)強(qiáng)烈剝蝕，殘留太古界、元古界地層。

根據(jù)以上對(duì)照分析可以看出：(1)淺部構(gòu)造形態(tài)多樣，除塔兒山塊凸外，與磁異常顯示的形態(tài)沒(méi)有相關(guān)耦合之處；(2)同一煤田跨越了磁異常從正值到負(fù)值的較大范圍，說(shuō)明淺部煤田構(gòu)造與“磁異常”的產(chǎn)生、分布無(wú)關(guān)；(3)處于太行山東麓的邯邢煤田和沁水煤田中南部的石炭二疊紀(jì)高變質(zhì)無(wú)煙煤的分布范圍[12]與圖2中磁異常(100～200 NT)值的分布范圍基本一致，反映了高變質(zhì)無(wú)煙煤的形成與燕山期巖漿巖侵入有著密切的關(guān)系?；粑髅禾锎蟛糠忠蔡幱诖女惓?100～500 NT)區(qū)中，卻未見(jiàn)有巖漿巖侵入，煤層處于氣肥煤～焦煤變質(zhì)階段，說(shuō)明淺部存在的上古生界地層與深部磁異常源(地塊)沒(méi)有關(guān)系，即深部保存的受巖漿侵入的上古生界地層地質(zhì)體，和淺部的未受加深變質(zhì)的上古生界地質(zhì)體形成了重疊關(guān)系。

圖4 山西省中南部(含太行山東麓)航磁異常圖Figure 4 Map of aeromagnetic anomalies of central south Shanxi Province (including Taihang Mts. east foot)

5 結(jié)論

(1)霍西煤田與其較深部位的地層在垂向上是不連續(xù)的地層/構(gòu)造關(guān)系，霍西煤田的各個(gè)塊段是從相對(duì)隆起地塊上解體、滑移而來(lái)的，即在早期汾渭裂陷帶部位上，覆蓋了上古生界(含石炭、二疊系煤系)地層構(gòu)成的簡(jiǎn)單構(gòu)造體系?，F(xiàn)存煤田是巨大滑脫體經(jīng)風(fēng)化、剝蝕后的殘留部分，它是一個(gè)典型的滑移構(gòu)造體系。

(2)燕山運(yùn)動(dòng)伸展階段形成的汾渭裂陷帶上的孝義市～臨汾市南一段，顯示出“臨汾新斷陷”與晉中、運(yùn)城斷陷的差異，此差異不是斷陷深度的差異，而是被滑脫體充填所致，故認(rèn)為沒(méi)有單獨(dú)存在的“臨汾新裂陷”。

(3)經(jīng)過(guò)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所形成的現(xiàn)存構(gòu)造形態(tài)，在平面上表現(xiàn)為多塊段，在垂直方向上是多層次的，地表(淺部)能看到的構(gòu)造現(xiàn)象，未必能簡(jiǎn)單地向下推斷延伸。霍西煤田內(nèi)出現(xiàn)的同時(shí)代地層上下重復(fù)、斷裂帶突然中斷等現(xiàn)象，除典型斷層成因之外，后期斷層切截、地塊掩蓋、地塊對(duì)接等構(gòu)造活動(dòng)也是其形成的重要因素，這些構(gòu)造活動(dòng)的結(jié)果在形式上都表現(xiàn)為“斷”，但斷的形成機(jī)理不同，對(duì)其相關(guān)構(gòu)造關(guān)系的解釋結(jié)論也會(huì)大不相同。構(gòu)造解釋結(jié)果的差異，將對(duì)礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和勘查工作部署具有重要影響。

上述對(duì)霍西煤田構(gòu)造成因之淺見(jiàn)，謹(jǐn)供業(yè)內(nèi)同仁參考，或許可以為山西地質(zhì)構(gòu)造的深入認(rèn)識(shí)打開(kāi)另一條思路。