鄂尔多斯及邻区中新元古界沉积特征及岩相古地理研究

2016-03-11高建平周立发罗婷婷

地下水 2016年4期

关键词：洛南蓟县碎屑岩

高建平，周立发，罗婷婷

(西北大学地质系，陕西西安 710069)

鄂尔多斯及邻区中新元古界沉积特征及岩相古地理研究

高建平，周立发，罗婷婷

(西北大学地质系，陕西西安 710069)

中新元古界在世界范围内都是一个沉积特征明显的重要层系。鄂尔多斯及邻区的中新元古代大致发育了稳定型、过度型、活动型和冰川沉积型四种基本沉积类型。以不同构造阶段的地层沉积特征研究为基础，结合区域构造环境分析，通过编制岩相古地理图的方式，重点对洛南断裂以北的鄂尔多斯南缘及西南缘长城纪、蓟县纪和震旦纪的岩相古地理及其演化进行了研究。

鄂尔多斯盆地；中新元古界；沉积特征

1　长城纪岩相古地理特征及其演化

鄂尔多斯及邻区长城纪的构造-沉积格局是清楚的，自西南向东北依次分布着五个不同的沉积相区，它们是北祁连-北秦岭深海盆地火山岩-碎屑岩相分布区，河西走廊深水陆棚碎屑岩分布区，西缘和南缘浅水陆棚碎屑岩-白云岩相分布区，盆地西部海岸砂岩相分布区，盆地东北部陆相砂岩分布区。

北祁连-北秦岭深海盆地火山岩-碎屑岩相分布区大致以西南华山断裂-洛南断裂为北界。断裂南北两侧的岩性组成、变质程度、火山活动、构造变形程度都有很大的差异，完全属于不同的沉积组合类型，断裂以北的长城系明显属于稳定型的沉积组合，而断裂以南则属于活动型沉积组合。断裂以南的活动型沉积组合以北祁连地区的海原群和北秦岭地区的宽坪群为代表。

河西走廊深水陆棚碎屑岩分布区推测在西南华山断裂-洛南断裂以北和青铜峡-固原断裂以南的西南缘地区沉积了一套深水陆棚或斜坡环境过渡型的碎屑岩沉积组合，由于后期地层的沉积叠加，使得这一地区的长城系并没有出露。

西缘和南缘浅水陆棚碎屑岩-白云岩相分布区在青铜峡-固原断裂以东和洛南-宝鸡断裂以北，马家滩-环县-镇原-富平-永济一线以西或以南的区域，沉积了以黄旗口群和高山河群为代表的长城系，岩相特征分析，整体属于浅水陆棚碎屑岩-白云岩相，地层两分明显，下部以碎屑岩为主，向上逐步过渡为碎屑岩和碳酸盐岩互层沉积。这个地区的长城系在地层的岩性组合上，明显属于稳定型沉积组合，但是相对于盆地内典型的稳定型沉积组合，其沉积厚度明显要大，尤其是南缘地区最为明显。

盆地西部海岸砂岩相分布区由于后期地壳抬升，盆地西部海岸砂岩相区的沉积物遭到不同程度的抬升和剥蚀。目前的研究表明，这个地区仅保存了相当于黄旗口群下部沉积，而上部沉积保存不全。

盆地内的长城系仅限于贺兰山-西缘地区的黄旗口群、桌子山-伊盟隆起上的西勒图族或长城系，不包括相当于南缘地区的熊耳群及其同时代的沉积物。

2　蓟县纪的岩相古地理特征及其演化

鄂尔多斯南缘及邻区的蓟县系主要是一套以碳酸盐盐为主的沉积组合，且碳酸盐岩以白云岩为主。蓟县系的白云岩在整个鄂尔多斯及邻区都有广泛分布，且在区域上有很好的对比性，尤其是以南缘地区的蓟县系龙家园组和巡检司组为代表的硅质条带白云岩和硅质条纹白云岩。

相对于长城纪来讲，鄂尔多斯地区蓟县纪的构造-沉积格局并无太大变化，只是由于长城纪末的地壳抬升，盆地沉积范围有所收缩，主要变现为东北部古陆的形成。这个时期，自西南向东北依次分布着四个不同的沉积相区，它们是北祁连-北秦岭深海盆地火山岩-碎屑岩相区，河西走廊台地前缘白云岩相，西缘和南缘开阔海台地白云岩-藻白云岩相，盆地西部海岸砂页岩-白云岩相，盆地东北部隆起区。相对于长城系，碎屑岩相沉积的大规模较少，白云岩的特别发育为研究区蓟县纪沉积的基本特点。

北祁连-北秦岭深海盆地火山岩-碎屑岩相分布区，西南华山断裂-洛南断裂依然是控制蓟县纪北祁连-北秦岭深水海槽的重要边界断裂，断裂以北主要发育稳定型的沉积组合，断裂以南主要发育活动型的沉积组合。根据洛南断裂北侧蓟县系的岩性组合特点，结合海原群和宽坪群上部、中部、和下部地层的系统研究，可以认为蓟县纪北祁连-北秦岭地区仍然处于深水盆地环境，其内堆积了一套基性火山岩-细粒碎屑岩-碳酸盐岩的沉积组合。

西缘和南缘浅水陆棚碎屑岩-白云岩相分布区在青铜峡-固原断裂以东和洛南-宝鸡断裂以北，盐池-西峰-铜川-永济一线以西或以南的区域，沉积了以王全口群和洛南群为代表的蓟县系，岩相特征分析，整体属于开阔海台地白云岩-藻白云岩相。以南缘地区的蓟县系为代表，地层两分明显，下部以西缘的王全口群和南缘地区的龙家园组、巡检司组为代表的白云岩-藻白云岩相，向上逐步过渡以杜关组、冯家湾组为代表的碳酸盐岩夹碎屑岩的沉积组合。在盆地内，蓟县系主要为一套以硅质条带白云岩、硅质条纹白云岩等为主的碳酸盐岩岩系，在层位上相当于南缘地区的龙家园组和巡检司组。这个地区的蓟县系在地层的岩性组合上，明显属于稳定型沉积组合，但是相对于盆地内典型的稳定型沉积组合，其沉积厚度明显要大，尤其是南缘地区最为明显。

盆地西部海岸砂岩-白云岩相分布区，由于蓟县纪末的地壳抬升，使得研究区的蓟县纪地层保存欠佳。根据盆地内钻遇蓟县系的庆深1井的资料分析，下部以碎屑岩为主，上部主要为碎屑岩夹白云岩，石英砂岩为主体夹泥岩、含云泥岩、泥-粉晶白云岩的岩性组合，一致反映为海岸砂岩-白云岩相的组合特点。

蓟县系洛南群在甘肃华亭马峡、平凉大台子、陕西洛南以及陕西陇县峡口以西的景福山一带有较大范围的出露，地层发育良好，岩序清晰，接触关系明了，为一套厚千余米的碳酸盐岩系，含丰富的叠层石，其组合具有华北与华南过渡性特点。在小秦岭地区，洛南群发育良好，厚近2 000 m，并向东、向北不断减薄，逐渐缺失上部层段，至宁探1井只存在蓟县系下部龙家园组，因此在其西边不远镇探1井可能只存在洛南群下部地层。

蓟县纪海侵继续向东向北扩大，在西缘北部乌海摩尔沟剖面可以见到蓟县系王全口组底部含砾砂质白云岩，其陆源物质已经大大减少。从洛南至庆阳、环县、再到北部的苏峪口，广大地区整体上地形平缓，水体不深，属于碳酸盐潮坪沉积环境，受波浪、潮汐及间歇暴露的影响，形成一套特殊的岩相标志，主要为潮间带沉积，同时也包括一部分潮上带及潮下带沉积。

3　震旦纪的岩相古地理特征及其演化

蓟县纪末的地壳上升在整个鄂尔多斯及邻区表现得尤为明显，主要是整个鄂尔多斯盆地区青白口系的缺失，同时震旦系也仅在鄂尔多斯西缘和南缘见有分布。鄂尔多斯地区震旦纪的构造-沉积格局是清楚的，由于蓟县纪末的地壳抬升，盆地沉积范围大范围收缩，主要变现为东北部古陆的扩大。这个时期，自西南向东北依次分布着四个不同的沉积相区，它们是北祁连-北秦岭深海盆地火山岩-碎屑岩相区，河西走廊前缘斜坡相，西缘和南缘冰碛砾岩-泥砾岩相，盆地隆起区。

至蓟县纪之后，晋宁运动使鄂尔多斯盆地上升，造成长期的沉积间断，缺失青白口系。直到震旦纪罗圈期，才在盆地西、南缘苏峪口-演武-庆阳-长武-彬县一线以西沉积了一套没有经过充分分选快速堆积而成的混积堆积，主要为重力流沉积，同时不排除局部有冰川消融沉积的可能。应是特殊构造背景下特定沉积作用过程的反映。

在区域范围内，鄂尔多斯盆地西缘贺兰山-青龙山-固原阴石峡地区的正目观组，阿拉善地块南缘龙首山的韩母山群，华北地块南缘洛南北部的上张湾组及其洛南以东的罗圈组，盆地内镇探1井钻遇的罗圈组，它们的岩性组合特点十分相似，应属于同时代、同类型沉积建造。

在固原阴石峡剖面，这里的震旦系厚度不大，仅十余米。但是岩性组合特征及其地层结构关系十分明显和清晰，主要表现为：一是与上覆寒武系和下伏蓟县系均为清晰的平行不整合接触，可见厚约数十公分的风化壳；二是砾岩层自下而上呈粒序特点，下部(或底层)发育厚层块状的砾岩层，砾石多呈棱角状或次棱角状，分选和磨圆度极差，向上部砾石半径明显变小；三是砾石成分几乎无例外地属于下伏地层蓟县系的硅质白云岩，由此可以判断，这里的震旦系砾岩属于就地和近源的沉积产物；四是胶结物以泥质为主；五是阴石峡剖面的艰险西。

关于研究区震旦系砾岩层的成因一直存在较大争议，归结为冰碛和重力流之争。在苏峪口剖面、固原阴石峡剖面及镇探1井取芯中发现这段沉积主要为深灰色、灰色、褐灰色砾岩夹褐灰色含砾中砂岩和深灰色泥质沉积。角砾主要为硅质岩及白云岩，大小一般3-8cm，在苏峪口剖面的震旦纪碎屑流中可以见到较大的砾石。颗粒主要为棱角状，分选差。基质以泥质、凝灰质为主，砂质次之。角砾形状不规则，大小不一，棱角分明，排列杂乱无序。而且块状白云质角砾岩相显示了上述碎屑流的每一个特征，只是搬运距离较短。从其夹有的泥质沉积及砂岩透镜体来分析，可能有陆源物质，形成于较浅的水体之中。

结论：根据鄂尔多斯及邻区长城系、蓟县系、青白口系和震旦系的实际研究情况，结合前人已有研究成果，重点探讨了洛南断裂以北的鄂尔多斯南缘及西南缘长城纪、蓟县纪和震旦纪的岩相古地理及其演化。同时对这个地区的岩相标志如斜层理、波痕、干裂等进行了较详细的观察统计，在取得一定的实际资料的基础上，通过编制岩相古地理图的方式，刻画了研究区高山河早、中、晚期的岩相古地理图。初步研究表明，高山河群既有碎屑潮坪沉积，也有碳酸盐潮坪沉积，洛南群则以碳酸盐潮坪沉积为主。潮坪沉积在中新元古界中占有相当的比重。

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