内蒙古中部主要断裂对晚古生代地层分布的控制研究

姚 欢 （长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉430100中石油华北油田分公司地球物理勘探研究院，河北 任丘062552）孙朝辉，刘喜恒，朱 敏，余小林王 鑫，屈伟玉，李宏为 （ 中石油华北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘 062552）

内蒙古中部地区位于华北板块和西伯利亚板块夹持的中亚造山带东端，是经多期次构造作用形成的复合造山带。中亚造山带东端称 “兴蒙造山带”，在中生代以前受古亚洲构造域影响，经历了古亚洲洋的消减、2大陆板块陆缘相向增生而最终拼贴的演化过程［1-2］。传统的槽台理论认为，内蒙古中部地区作为地槽褶皱系是较为活动的构造单元，岩浆活动强烈，区域变质明显，构造变形复杂；晚古生代地层普遍遭受绿片岩相区域变质作用。然而，近年研究认为该区晚古生代地层仅处于晚期成岩和低级近变质阶段，油气资源潜力十分巨大［3-4］。文献 ［5］通过对地层分布规律的研究，提出包括本区在内的东北及邻区晚古生代为一巨大的稳定地块 （佳-蒙地块），该地块以西拉木伦河断裂为南缘边界，贺根山断裂做为板块缝合线的观点在地球物理资料方面得不到足够的证据支撑。笔者也认为，本区晚古生代处于一个相对稳定的地块上，故得以沉积和保存完整厚度较大的地层。

下面，笔者通过地球物理资料处理、解释，分析内蒙古中部地区主要断裂的构造特征，进而探讨其对晚古生代地层的控制作用。

1 主要断裂的地球物理特征

兴蒙造山带是华北板块与西伯利亚板块之间的古生代大洋关闭、微陆块聚合、板块增生拼合的产物。晚古生代的主要断裂多沿板块间的构造对接带分布，且在板块边界趋近于平行边界延伸［6］：如西拉木伦断裂呈东西向展布，平行于华北板块的北界；邻近于西伯利亚板块南侧的贺根山-黑河断裂则呈弧形弯曲状，由近东西向转为北东向延伸。从断裂发育特点看，总体具有由南向北、由西向东逐渐变强、变新的活动趋势。

1．1 重磁特征

重磁资料解释是区域大地构造分区和断裂识别的重要方法之一。在重力异常图上，如断距较大且断裂带与围岩的密度差较大，则断裂两盘将显示不同的接触关系［7-8］；在磁力异常图上，沿深大断裂多发火山岩而呈现串珠状异常。

内蒙古中部地区的区域布格重力场呈东北高西南低，差值大于50mGal，重力梯度为1mGal／20km。区域重力场揭示的深部线性异常反映本区发育2条大型重力异常带，呈北东或近东西向展布。

磁异常带主要呈东西、北东向展布。沿二连浩特-锡林浩特-索伦延伸的磁异常带，异常值最大达700nT。该带与贺根山断裂的延伸基本一致；但在东段，磁异常带缺乏清晰的连续显示。沿白云鄂博-正蓝旗-克什克腾旗发育的磁异常带的最大异常值为650nT；该带与重力深部线性异常带揭示的西拉木伦断裂符合 （见图1）。

1．2 反射地震剖面特征

1）贺根山断裂 贺根山断裂位于内蒙古中部地区中北部，经苏尼特左旗、贺根山、东乌珠穆沁旗延伸到大兴安岭附近，呈北东向，长度大于750km。在地震剖面上，该断裂北倾，受后期改造而可能具有走滑分量［9］（见图2 （a））。

沿断裂出露大量的海西期、印支期花岗岩和超基性岩体及古陆核残片［10-11］。其中，超基性岩体 （蛇绿岩套）在贺根山地区最为发育，同位素测年为346～380Ma。贺根山断裂是沉积地层和生物种群划分的重要界线，断裂北侧上古生界较全；南侧则缺失泥盆系。

2）西拉木伦断裂 西拉木伦断裂位于内蒙古中部地区南部。西起达茂旗，向东经温都尔庙沿西拉木伦河展布，延伸长度大于1100km，宽度大于10km，最宽达30～40km。在地震剖面上，沿断裂两盘发育褶皱和逆冲推覆构造，断裂面南倾，在深部滑脱面归并 （见图2（b））。从残留地层推测，断裂南侧为加里东褶皱带，北侧为晚海西褶皱带。西拉木伦断裂具有一定的负反转性质，晚古生代至中生代为逆冲断裂，新生代为张性。

图1 内蒙古中部地区主要断裂深部线性异常特征

图2 内蒙古中部主要断裂反射地震剖面特征

在地面上，苏尼特右旗武艺台、乌兰敖包及图林凯一带断续发育蛇绿岩套及蓝闪石片岩带［12］。在嘎少庙至温都尔庙地区，磨擦镜面、擦痕及膝折构造清晰，岩石普遍具柔皱片理化、碎裂岩化及糜棱岩化，具有韧性剪切带特征。

2 晚古生代地层及其分布规律

内蒙古中部地区晚古生代发育泥盆系、石炭-二叠系。本次研究拼接处理、解释6条贯穿全区的地震剖面，其中走向剖面4条，倾向剖面2条。结合区调资料和野外露头调查，分析贺根山断裂、西拉木伦断裂活动对同期地层厚度与分布的控制作用。

2．1 晚古生代地层解释

1）泥盆系 大致以贺根山断裂为界，北侧的东乌珠穆沁旗一带泥盆系发育齐全，出露良好，化石丰富。岩性以陆源碎屑岩为主，局部夹灰岩层；在贺根山一带发育火山熔岩。断裂南侧的泥盆系分布零星，仅见下泥盆统浅海相碎屑岩夹灰岩和上泥盆统 （下石炭统）色日巴彦敖包组浅海、滨海相碎屑岩夹火山碎屑岩露头。

2）石炭-二叠系 在露头、钻井地层划分约束下，从倾向剖面上，晚古生代地层厚度自南向北逐渐增加。以贺根山断裂为界，南侧缺乏泥盆系沉积，但石炭-二叠系沉积较为稳定。在后期整体抬升剥蚀过程中，一些凸起部位的石炭-二叠系剥蚀殆尽，出露元古宇。剖面西段的扎格斯台、额尔登苏木、都日木地区的晚古生代地层剥蚀严重。由于该段地表多被沙漠覆盖，缺乏露头资料；而且该区钻井均未揭示晚古生代地层，因此针对西部同期地层的分布多为推测，埋深在0～3500m之间。

通过走向地震剖面解释、追踪发现，剖面西段 （大庙-都日木段）的石炭-二叠系受基底构造活动影响，发育海陆交互相沉积地层。中生代，基底抬升，石炭-二叠系出露剥蚀；其中二叠系仅在局部地区残存。在剖面南侧的二叠系露头长约200km，推测该段以南的覆盖区可能有大面积的二叠系存在。剖面东段 （布朗沙尔-迪彦庙段）吉尔嘎朗图及其以东地区广泛发育泥盆系、石炭-二叠系。从地层厚度趋势上，晚古生代地层从包尔果吉向东逐渐增厚，推测埋深约在0～6000m。

2．2 晚古生代地层分布规律

1）早石炭世 推测内蒙古中部地区大部处于剥蚀状态。色日巴彦敖包组的分布西起苏尼特右旗赛林乌勒，东至苏尼特左旗阿拉塔特；在阿巴嘎旗沟呼都格、四子王旗包尔好来地区零星分布。西部碎屑岩夹层较多；在乌兰呼都格，岩性由下而上由凝灰岩向角砾凝灰岩变化，并夹长石砂岩和砾岩；至阿拉塔特，岩性变为以玄武岩和安山质晶屑凝灰岩为主 （见图3（a））。

2）晚石炭世 贺根山断裂以南以海相本巴图组碎屑岩和阿木山组碳酸盐岩为主，部分地区发育火山碎屑岩，并逐渐过渡为砂泥岩。该期地层总体表现为由东向西由海相逐渐过渡为海陆交互相、地层厚度逐渐变厚的特点。北部地区缺乏地层沉积，推测可能为古陆；晚石炭世表现为南海北陆的沉积特征（见图3（b））。其中本巴图组主要出露在阿鲁科尔沁旗、西乌珠穆沁旗、苏尼特左旗、苏尼特右旗、四子王旗、达尔罕茂明安联合旗和乌拉特中旗；阿木山组出露在阿鲁科尔沁旗南部、西乌珠穆沁旗南部。贺根山断裂以北的宝力高庙组为陆相火山岩及碎屑岩沉积，下伏安格尔音乌拉组。

3）二叠纪 二叠系发育大石寨组、哲斯组、林西组［13-14］。①大石寨组分布较广，但岩性变化大，泛指内蒙古中东部位于哲斯组和寿山沟组之间的基性、中基性及酸性熔岩和碳酸盐岩组合，局部夹正常碎屑岩沉积。早二叠世，南部地区主要为海相地层，火山岩十分发育；北部地区主要为陆相火山岩的宝力高庙组。大石寨组火山岩可以分为2个火山岩带，南带为岛弧拉斑系列；北带为钙碱性系列，其成分极性显示形成于活动大陆边缘弧环境。其中的玄武岩具有岛弧型微量元素地球化学特征，可能形成于板块俯冲的构造背景。中二叠世，内蒙古中部地区为海相及海陆交互相的沉积环境，发育海相碳酸盐岩及碎屑岩，缺乏火山岩，海相化石丰富，说明沉积环境较稳定 （见图3（c））。②哲斯组是我国北方典型的二叠纪海相地层。晚二叠世主要为陆相，局部地区为海陆交互相。全区缺乏碳酸盐岩沉积，火山活动少。③林西组为一套海陆交互相细碎屑岩沉积，主要分布在克什克腾旗、林西、索伦等地。林西组与下伏地层不整合接触，与上覆中生代地层接触不明。

内蒙古中部地区晚古生代地层分区反映至少经历2个成盆构造演化旋回：一是泥盆纪华北板块与西伯利亚板块的南北拉伸-挤压-拉伸旋回，内蒙古中部地区受贺根山断裂的影响，形成倾向北西的北低南高的古地理面貌。贺根山断裂以北地区沉降，发育泥盆纪的巨厚海相沉积，而以南地区抬升剥蚀，缺失泥盆系 （见图3（d））。二是石炭-二叠纪板块的挤压-拉伸-挤压旋回，内蒙古中部地区再次经历抬升-沉降-抬升过程。早石炭世继承晚泥盆世的抬升态势，基本处于剥蚀状态 （见图3（a））；晚石炭世，贺根山断裂闭合 （贺根山蛇绿岩测年295Ma），内蒙古中部地区整体沉降 （见图3（b））。二叠纪，形成倾斜南东的北高南低古地理形态。大致以贺根山一线为界，南部地区接受一套稳定的滨浅海-半深海沉积；北部地区则为一套海陆交互相或陆相沉积 （见图3（c））。

图3 内蒙古中部晚古生代构造古地理略图

3 结 论

（1）地球物理与区域地质调查表明，内蒙古中部地区发育贺根山断裂、西拉木伦断裂等2条重要的区域性断裂。断裂走向为东西向或北东东至北东向，延伸长度达600～1200km；发育规模大，活动时间长。沿贺根山断裂出露大量的海西期、印支期花岗岩和超基性岩体、古陆核残片，具有缝合线特征；在地震剖面上，断裂北倾，且受后期改造而可能具有走滑性质。西拉木伦断裂同样具有缝合线性质；但在地震剖面上表现为逆冲推覆构造。推测该断裂晚古生代-中生代为逆冲断裂；新生代为张性断裂，因此具有负反转特征。

（2）内蒙古中部地区晚古生代地层普遍分布。受后期改造影响，西部剥蚀严重；东部残留厚度较大。泥盆系主要分布在贺根山断裂以北地区，南部大多缺失；石炭-二叠系全区广泛，东部和北部厚度大，其他地区残留，且残留厚度差异较大。

（3）内蒙古中部主要断裂对晚古生代地层具有重要的控制作用。其中贺根山断裂控制泥盆系和石炭系分布；西拉木伦断裂控制石炭-二叠系分布。从地震剖面解释看，石炭-二叠系残留受2个因素影响，其一在现今的凸起区基本剥蚀殆尽，而主要残留在凹陷区；其二在具有反转性质的控凹边界断裂处剥蚀殆尽，主要残留在凹陷中部或斜坡区。

致谢：对华北油田公司赵贤正教授、金凤鸣教授，国土资源部油气资源战略研究中心乔德武教授、任收麦研究员，长江大学易远元教授，中国石油大学杨明慧教授等在研究中的大力指导与帮助表示衷心感谢！

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