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第 46 卷 第 3 期 煤田地质与勘探 Vol. 46 No.3 2018 年 6 月 COAL GEOLOGY structural characteristics; karstification; Huainan area 自 1962 年苏联学者苏克洛夫提出岩溶发育具备 的 4 个基本条件中 2 项与水有关以来，水文地质条 件与岩溶发育之间的密切联系一直是学者们研究的 重点[1-2]， 一段时间内有些研究者认为水文因素是控制 岩溶发育的基本因素。直至 20 世纪 80 年代，有人提 出岩溶地区地貌及水文地质特征的形成都严格的在构 造岩性的控制下发育，水文条件是岩溶的结果，而非 控制岩溶发育的基本因素[3]，之后地质构造对岩溶发 育的控制作用成为岩溶领域研究的重点。但学者在研 究构造对岩溶的控制多集中于构造演化史、褶皱和断 层性质的研究上[4-7]， 而笔者在研究区野外地质勘查中 发现，由于其位置处于板块边缘，经历了长期历史时 期构造运动的改造[8-12]，受到构造应力破坏影响很大， 除断层发育以外，节理也大量发育，并对岩溶的发育 和控制有着巨大的贡献，故而通过对断层以及节理特 征的分析来探究其对岩溶发育的控制影响。 ChaoXing 122 煤田地质与勘探 第 46 卷 1 研究背景 研究区位于华北板块南缘，间夹在阜李断层与 阜凤逆冲推覆断层之间， 属于上冲推覆的异地系统， 包括八公山、舜耕山等低山丘陵，以及淮南老区生 产矿井等集中在此范围内图 1，属于淮南地区。其 碳酸盐岩分布广泛， 形成演化经历了多期构造改动， 本区自碳酸盐岩沉积之后，华北板块在加里东运动 的影响下，整体抬升，接受了近 137 Ma 的风化剥蚀 及地下水溶蚀作用[13]，之后在印支期至燕山期早期 经历了一场深刻的变革，南北板块拼合，使得本区 以碳酸盐岩为主的不同时代的老地层逆冲推覆于石炭 –二叠系地层之上， 致使碳酸盐裸露地表再次接受淋滤 作用，碳酸盐岩地层破碎，节理发育，并形成了几条 近南北向的逆冲断层以及多条北东走向的断层，再经 历燕山期末 NWSE 拉张应力的影响， 对已有断层的 性质进行不同程度的改造，岩层进一步破碎，构造格 局基本形成，最后又受到新生代古气候和地下水的强 径流活动，形成了研究区现有的岩溶地貌。多期次的 构造运动产生了不同的断裂以及多方向庞大的节理构 造，它们对岩溶发育起到至关重要的控制作用。 图 1 研究区地质图 Fig.1 Comprehensive geological map of the study area 2 断层对岩溶的控制 2.1 研究区断层充填特征 压性断层主要有 2 条，其中阜凤断层隐伏于地 下，断层带宽 017.4 m，依据钻孔揭露，其断层带 构造岩为压性碎裂岩，岩性为灰岩角砾，角砾大小 混杂，角砾间有错动[14]。另一条舜耕山断层压性断 层带宽从数米至四五十米不等，以断层泥为中心， 发育初糜棱岩、断层角砾岩以及碎裂岩，断层带内 岩石变形强烈，表现为强烈挤压，面理、小褶皱轴 面、次一级断层以及岩层产状陡立，具有隔水的性 质图 2a。 张性断层发育， 其中 NNE 向断裂整体表现为左 行平移并具有拉张性质的断层，断裂面较为粗糙， 主要为第四系松散沉积物与微晶灰岩混合充填，两 边碎裂岩发育，胶结性差，透水性强图 2b。NW 向的张裂隙裂口宽，断层角砾岩和碎裂岩发育，充 填物胶结性差，有利于地下水的运移和富集，并且 在泉山出露该性质的断层面内可以看见一层紫红色 松散沉积物卷入黄色泥岩中，证明后期拉张应力对 本区张性断层的改造影响较大图 2c。 图 2 断层充填特征 Fig.2 Filling characteristics of faults 2.2 断层对岩溶的控制 2.2.1 近 EW 向和 NNW 向压性断裂 传统角度认为压性断裂阻碍地下水的运移，不 利于岩溶的发育，这一认识仅限于发育规模较小的 裂隙及断层，对于板块边缘的大型逆冲推覆构造断 裂就不再适用。通过野外调查和钻孔分析，发现岩 溶在断层上盘附近发育并有呈条带状分布的趋势。 解释为逆冲断层上盘，受构造应力的作用，岩层产 状由缓变陡，形成向斜的形迹构造，随应力场的持 续增强，其轴部区域表现为上部受压，下部受拉的 状态，此时下部的岩层张裂隙呈放射状发育，当岩 ChaoXing 第 3 期 黎志豪等 淮南地区构造特征及其对岩溶作用的影响 123 层无法再通过变形承受构造应力时，发生断裂，地 层倒转、此时该作用力下形成的断裂受强烈的挤压 破碎，通常隔水，而断层上盘下部岩层发育的张裂 隙就成了地下水赋存和径流的良好通道，也是岩溶 发育点。如图 3 中沿舜耕山断层带以及阜凤断层带 上盘发育的岩溶塌陷区。 图 3 断层展布与岩溶发育方位关系图 Fig.3 The relationship between the distribution of fault and the azimuth of karst development 2.2.2 NW 和 NE 向张性断裂 从野外勘查结果发现，舜耕山至八公山地区主 要发育多条 NW 和 NE 向的较大规模的张性断层， 以及多条 NE 向小型张性断裂尤其以张夏组地层居 多。有学者认为大多断层都经历了多期构造运动， 断层控水和岩溶发育的条件取决于断层的复合关系 及最新且强度最大一次构造运动[15]。本区发育的 NW 向和 NE 向断层大多受燕山期末 NW 向拉张应 力的改造，尤其是 NW 向断层大多表现为张性和张 扭性，其导水性较 NE 向断层好，岩石孔隙度高， 充填物胶结程度差，其两侧岩溶较为发育，从矿区 揭露资料也证明这一点，如表 1，其次在露头区的 该类断层也常分布于山谷，受地形地貌的影响，是 地下水富集和排泄区，具有相似特征，如九龙岗地 区小东山和龙王山之间的断层两侧岩溶和溶洞发 育，并有呈线状排列的规律。 3 节理裂隙对岩溶的控制 3.1 节理裂隙产状特征 节理的产状能反映其空间的分布方位， 通过统计 分析资料， 可以了解区内主要节理的发育方向， 以野 外勘查及野外分期配套为基础结合绘制的节理等密 度图，将本区主要发育的节理分为 4 组图 4，其极 密点的产状分别是 L14089∠、22088∠；L2 12849∠、 30951∠； L3 12876∠； L4 28377∠。 其中极密点 4089∠和 22088∠以及 12849∠和 30951∠极密区分别重叠，各划为 1 组，L3和 L4极 密点明显独立存在，故得本区节理优势走向为 NE 向、NW 向以及 NNE 向，区内以高角度节理发育为 表 1 矿区 NW 向和 NE 向张性断层特征统计 Table 1 Statistics of characteristics of NW and NE trend- ing tensional faults in mining area 矿井断层走向/o倾向/o 倾角/o 导水性质 F6 NW SWW 55 导水 F7 NW SWW 52 导水 F11-8NW SW 80 导水 F12 NW SW 55 导水 F10-5NE S 至 SSW 约6070 导水 F13-4NW NE 约8771 导水 F13 NW SW 60 导水 F13-8NW SW 55 导水 F 20NW NE 75 导水 F14 NW NE 70 导水 F17 NW NW 65 导水 F21-1NW SW 65 不明 F18 NW SW 70 导水 F19 NW N15E 71 导水 谢 二 矿 F 4.5NW N20W 约58 导水 F4 NW SW 6449 导水 F42NW SW 5169 导水 F45NE S 74 弱导水 F5 NE SE 83 弱导水 F61NE NW 74 弱导水 F62NE SE 80 弱导水 F71NE NW 7686 弱导水 F715NE NW 6979 弱导水 九 大 矿 F13 NE SE 74 弱导水 图 4 研究区节理等密度图与走向玫瑰花图 Fig.4 Contour and rosette plot of joints in the study area 主， 其中 NE 向节理较 NW 向节理发育角度较陡且密 集， 也印证了本区印支期 NE 向的挤压应力对碳酸盐 岩地层的改造强于燕山中期 NW 向挤压。 另外，因区域应力场以及构造位置点的测量不 同，以及受到多期构造运动的改造，各测量点的节 理发育存在明显的区域性差异，如图 5，其中舜耕 山地区 NNE 向优势节理发育， 八公山地区受西南秦 岭大别造山带影响较大，多组节理裂隙发育，其 优势节理发育明显。 ChaoXing 124 煤田地质与勘探 第 46 卷 图 5 研究区分区节理等密图、走向玫瑰花图 Fig.5 Contour and rosette plots of joints in subareas of the study area 3.2 节理裂隙充填特征 在八公山至舜耕山一带碳酸盐岩节理极为发 育，区内节理开缝一般在 15 mm，以泥质和方解石 充填为主，少部分有石英充填图 6。 图 6 节理充填特征 Fig.6 Filling characteristics of joints 3.3 节理裂隙对岩溶作用的影响 八公山舜耕山地区岩溶发育经历了长历史时 期的作用，从古生代到新生代，不同时期、不同环 境以及不同的构造应力的改变和叠加，在不同的地 层中形成了多种多样的岩溶地貌，在这一地区各具 特色，例如马家沟组岩溶多发育在与石炭系不整合 面上，多以溶沟形态展出，崮山组岩溶多发育于可 溶岩与非可溶岩贴合面上节理交汇处，毛庄组的岩 溶小型节理密集发育，导通地下水使其碳酸盐岩整 体砂化，在层面上不均匀分布，张夏组岩溶多发育 在 3 组或 4 组构造面节理交汇处图 7。 综上可以看出，岩溶发育是岩性、构造、水文 地质条件、地貌等多因素综合作用的结果，但实际 上岩溶地区的地形地貌、水文地质特征等都在构造 的控制下，而岩性是物质基础，水文和地貌是岩溶 形成的重要条件，构造是岩溶发育的主控因素[3]。 节理作为构造体系中的一部分，其对控制岩溶发育 的贡献也是巨大的[16]， 主要体现在节理裂隙的走向、 倾角、充填物以及节理裂隙的疏密程度 4 个方面。 a. 节理的走向在岩溶发育的初期控制岩溶的 发育方向，裂隙的发育方向会限制水的流动方向， 洞山张夏组老佛洞就是沿着研究区 NNW 向发育。 b.节理的倾角对岩溶的控制主要表现在垂向 上，裸露在岩石表面的高角度裂隙有利于地表水和 大气降水向地下运移，对下部岩体侵蚀，同时其裂 隙本身也可以作为储水空间，发育陡立的溶隙、溶 沟以及溶蚀破碎带，此类型在舜耕山北麓马家沟组 以及李嘴孜地区地层中较为常见。 c. 节理充填物的不同对岩溶的控制作用也不 同，通常充填方解石的节理，不易被溶蚀，抑制岩 溶发育，而裂隙和节理充填泥质等松散胶结物时， ChaoXing 第 3 期 黎志豪等 淮南地区构造特征及其对岩溶作用的影响 125 图 7 研究区岩溶发育剖面 Fig.7 Karst development sections in the study area 易冲蚀，而有利于岩溶的发育，马家沟组地层中充 填方解石的裂隙大多保留，野外可见，而充填松散 泥质等物质的裂隙，其节理中的充填物大多被冲蚀 掉，形成大片的宽谷、溶沟及洞穴。 d. 节理的密集程度控制着岩溶的发育强度，不 同的应力场和岩性组合决定节理的密集程度，调查 发现断裂带周围往往为节理密集带，其岩石孔隙度 较大，易构成连通较好的节理网，有利于地表水对 沿途的溶蚀，岩溶现象发育。在九龙岗、洞山以及 八公山淮矿水泥厂附近发育的溶洞都集中在 NE 向 与 NW 向以及层面裂隙三者交汇处。 4 结 论 通过对淮南八公山舜耕山地区的岩溶地质调 查及构造对岩溶控制作用分析，得到以下认识 a. 板块边缘较大规模的逆冲断层，其断层带受 强烈挤压作用，一般为隔水断层，其上盘受牵引拖 拽形成褶皱的形迹，使得下部岩层中张裂隙发育， 有利于地下水的富集和运移，从而控制岩溶发育的 位置，如本区局部岩溶发育段沿舜耕山断层和阜凤 断层上盘有条带状分布规律。 b. 位于山谷间的张性断裂，其地势低洼且导水 性质较好，往往成为地下水的排泄点，两侧岩溶发 育，且区内 NW 向张性断裂受燕山末期拉张应力改 造影响较大，与 NE 向断裂相比，其周围岩溶更为 发育。 c. 本区节理裂隙对岩溶发育的控制有着巨大 的贡献，节理的走向控制着岩溶发育的方向和平面 形态；节理的倾角控制着岩溶发育的深度和垂向形 态，较小的有利于岩溶层间发育小型的溶孔、溶洞， 高角度倾角的节理，有利于岩溶破碎带以及溶沟等 发育； 节理的充填物为松散沉积物如黏土等物质时， 利于岩溶的发育；节理的密集区中节理交汇处有利 于岩溶发育。 参考文献 [1] 韩行瑞. 岩溶水文地质学[M]. 北京科学出版社，2015. 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