鄂尔多斯盆地南部环形区成因与秦祁海槽间构造关系_郭帮杰.pdf

第42卷第3期 2014年6月 文章编号l001-1986201403-0017-05 煤田地质与勘探 COALGEOLOOY 2.山东科技大学地质科学与工程学院，山东青岛266590 摘要近年来，界尔多斯盆地南部环形影像特征逐渐引起人们的关注。这个独立于鄂尔多斯盆地 的环形整体特殊形状的成因各有说法。在野外地质考察的基础上，通过分析对比和探究各种相关 资料，友现鄂尔多斯盆地南部环形区和秦祁海槽在各大构造运动中都有密切联系，二者处于同 一应力场；鄂尔多斯盆地南部环形区的主要成因为其与秦祁海槽等周围块体之间的相互作用，包 括挤压、碰撞、旋转和磨蚀；鄂尔多斯盆地南部环形区受到古生代到新生代多次构造运动的影响， 其中燕山运动和喜马拉雅运动对其抬升及形状的形成起主要作用。 关键词鄂尔多斯盆地南部环形区；秦祁海槽，构造关系；相对转动 中图分类号P54文献标识码ADOI I 0.3969/j.issn.l 001-1986.201 4.03.004 Tectonic r elationship b etween the cause o f Ordos sout hern annular region and t h e Qinqi trou g h GUO Bangjie12, YANG Fen自ie1,ZHOU Xin归＼ZHOU Bingjing1, FU Wenzhao1, MA Xiaomeng1 I. National Key Laborato,y of Remote Sensing I旷ormationand Image Analysis Technology, Beijing Research institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China; 2. College of Geological Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China Abstract In recent years, ring structure in south Ordas basin has gradually aroused people’s concern and it has many explanation for its ation. Based on the field geological study, this paper studies, analyses and compares a variety of data. We find that there is an intimate connection between Ordos southern annular region and Qinqi through in every major tectonic period and they are in the same stress field, the main cause of the ring structure in south Ordos basin is the interaction between it and the blocks around it, such as compression, collision, rotation and abrasion, and the southern Ordos basin ring is impacted by multi-phase tectonics and the greatest cause for its lift- ing and ation is Yanshan movement and Himalayan movement Key words Ordos southerηannular region; Qinqi trough; tectonic relationship; relative rotation 鄂尔多斯盆地南部遥感图像所采用的时相是 2003年ll月9日和2004年ll月l日，它是由中巴 资源卫星WFI宽视角影像进行彩色合成而形成的 （图I）。在遥感图像上，该区整体呈一个比较规则的 环形。环形中心位于甘肃东华池附近，环形的北界 是陕北的白于山北麓，南界是西安市北边的渭河， 东界为黄河，西到六盘山脉。环形直径超过300kmo 鄂尔多斯盆地南部的环形影像，反映了该区域 的整体地质特征与北部的根本差异。这种特有的环 形特征是由深部地幌作用形成，还是因多期构造作 用形成另外，该环形区西部、南部及东南部等近 2/3的边缘为秦祁海槽所限，这是有有特殊意义 收稿日 期2013-01-25 罔l鄂尔多斯拉地南部的环形影像［II Fig. I CBERS i1age of the south Ordos basin 基金项目国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2003CB2I 460 I 作者简介郭帮杰（198 8一），男，去做宿州人，博上研究生，从事大地构造及遥感地质研究 ChaoXing 中生代构造运动 中生代构造运动主要包括印支运动和燕山运 动，而对鄂尔多斯盆地影响最大的则是燕山运动。 印支运动方向与加里东运动方向相近，其构造基本 叠加在加里东运动构造之上，使得盆地南高北低［4］。 挤压力由于外围轮廓的原因发生些许变向（西南部 从西向鄂尔多斯盆地海侵；而中卫同心地区逐渐隆 起，至晚石炭世已不再接受太原组沉积。鄂尔多斯 盆地在晚石炭世沉积太原组，说明该时期开始沉降 而接受沉积。此时，悔西运动已影响到该地区，烟 筒山背斜及卫宁北山东段榴皱带开始形成，沉积中 心从西向鄂尔多斯盆地转移。据杨锋杰等［I］，鄂尔 多斯盆地南部环形区构造活动开始于海西晚期。据 任文军等［3］，晚古生代前，鄂尔多斯盆地与北祁连 海槽是分离的，早古生代的加里东运动促使两者发 生会聚碰撞；直到中石炭世，二者沉积地层才一致。 综上所述，经海西运动后，二者才真正地连为 一体，并发生碰撞等作用，鄂尔多斯盆地南部西缘 初步界定。 l一JliJtlt区；2一前黑山组；3一土坡组，4一太原组；5一分区界限 民13鄂尔多斯盆地西缘石炭纪沉积地层分布 Fig.3 Distribution of Cart均niferouss田.tain w臼tmarginofOr甘OSbasin 定边 第42卷 0 40 80 km 盐城 N ，、J、队 ’，／．飞睛， 古鸣 、善 ，拉 阿 『4 仁75 ，」」l 2 「1} I 煤田地质与勘探 1.2 1.1 古生代构造运动 古生代时期，鄂尔多斯盆地南部和l西部与秦祁海 槽的构造作用主要表现在1m里东运动和海西运动。 早古生代，扬子板块通过秦岭地块向华北克拉 通俯冲，使北秦岭地块的南、北两个洋盆闭合来实 现汇聚而不是直接与华北克拉通碰撞［2］。根据岩体 的侵位成岩时代，北秦岭地块内的早古生代侵入岩 体可明显分为500Ma左右的东秦岭富水中基性侵 入杂岩，和以约430Ma为主的介于430-410Ma的 岩体。根据陆松年等［2］的地球化学方法，认为前者 为俯冲带构造环境岩浆侵入活动形成的，后者为早 古生代板块俯冲、汇聚造山过程中形成的。这次运 动基本控制了鄂尔多斯盆地南部边界。 古生代时期，鄂尔多斯盆地阿缘为祁连洋，沉 积了厚层的古生代地层，但缺少忐阳系。多处见泥 盆系直接与香山群角度不整合接触，111此认为，鄂 尔多斯盆地西缘于加里东晚期有隆起事件发生，而 在泥盆纪开始又沉降接受沉积。 根据鄂尔多斯盆地西缘石炭纪沉积地层分布特 点来看（图3），从早石炭世到晚石炭｜业．祁连海逐渐 鄂尔多斯盆地南部环形区与秦祁海槽在构造 运动中的关系 鄂尔多斯盆地南部环形主司罔及其与秦祁海槽 之间分布着众多断裂（图2）。从二者的位置关系及古 生代以来的各大构造期中二者的相互作用来看，鄂 尔多斯盆地南部及其周围的秦祁海槽应在同一应力 场中，在外力影响下相互作用。 陈12构造纲要图 Fig.2 The outline of structures 乌’中JiU 堡 山也 如 －去 18 7自tlJJt. I ChaoXing 第3期郭帮杰等．鄂尔多斯盆地南部环形区成因与秦祁j每槽问构造关系 19 为北北东向压应力），并产生侧向剪切力，周缘断裂 发生剪切运动。西缘可见到保罗系砾岩与泥盆系角 度不整合接触。宋立军等［5］认为，祁连造山带作用 形成的南西北东向的挤压应力，使青铜峡一间原一 宝鸡断裂发生右旋走滑运动，形成其附近的腔嗣山 组砾岩的沉积。晚三叠世末期至早中保罗世，由于 印支期造山后的伸展作用，使得鄂尔多斯盆地周缘 处于张性环境，岩石圈伸展而断陷成盆（68］，使得河 西走廊发育东西向断陷盆地，大青山地区亦发育有 东西向石拐盆地。鄂尔多斯盆地的沉积范围，南北 受制于秦岭和阴山；向西可达贺兰山及河西走廊一 带；向东可达安徽河北一带（910］。离石断裂两侧的 早中三叠世至早中保罗世地层完全可以对比，厚度 差异不大，层序几乎重合［门］。 中晚保罗纪至白噩纪时期，泛太平洋板块向欧亚板 块俯冲，方向为西北向。华北古板块东部发生大规模逆 冲推覆作用。鄂尔多斯盆地总体受到来自北西方向的巨 大挤压力，鄂尔多斯盆地南部环形区东部受到北西向挤 压力，使得盆地榴皱抬升，范围在东西向迅速缩小。 盆地东缘，山西地块向鄂尔多斯地块挤压，鄂 尔多斯盆地开始向西倾斜；吕梁1J1开始降起，离石 断裂再次活动［门－I匀，中南段挤月二.＃切强烈（13］。晚保 罗世，离石断裂活动强烈，这点可从紫金11燕山期 碱性岩浆活动得州［14］。根据贾维花［11］，紫金11碱性 杂岩体侵入的地层目前地表见到的最新为＝叠纪的 二马营组，说明它的侵入晚于二马营组沉积成岩。 根据中国科学院地质与地球物理研究所对紫金山碱 性杂岩的正长石斑品进行的K-Ar法同位素年龄测 定，其结果为134.8Ma ，这相当于早白圭世早期。 盆地西缘，属于祁连地层区的银川地区榴皱隆 起，成为贺兰横山堡隆起带的中间部位［8］。由于在 新生代的断陷沉降而不复存在，但石II览山地区北东 南西向的大型榈皱依然存在（罔4）。该区二叠系和二 叠系相隔出现，零星的株罗系也被卷入变形。东侧 可见两条大规模逆冲断层，在西侧雀台沟一带形成 反冲断层。后期卷入白主系，使其普遍榴皱降升而 被剥蚀，新近系和第四纪系直接不整合于下臼圭统 之上，如六盘山地区和牛首山地区。 因4石嘴，1, f在ill期榈皱变形遥感影像（上）及剖面（下t5J Fig.4 Profile of fold and remote sensing image of Yanshan period in Shizuishan 1.3 新生代构造运动 新生代构造运动表现为喜马拉雅运动。始新世末， 印度板块向欧亚板块俯冲，青藏高原整体强烈上升。 其巨大的北东向挤压力，经过祁连块体到达鄂尔多斯 地块亦对其产生巨大影响。阿拉善地块与鄂尔多斯地 块之间构造软弱带因青藏高原东北推覆模的挤压而断 陷成盆，银川盆地得以形成（16-17］。这一点可以从卫宁 北山近东西向榴皱及银川盆地中呈右行雁列沉降中心 判定，而且鄂尔多斯盆地西缘发育多处近南北向断层。 刘经南等［18］认为，青藏高原北东向推挤作用对鄂尔 多男fr西缘南段近东西至北东向的排，挤，使其发生逆时 针转动；韩忠尔等根据渭河盆地及周边的GPS证据， 切i]lj定鄂尔多斯盆地南部边缘的环形构造区域存在逆 时针旋转的运动态势 太平洋板块向i扰、E板块的俯冲和H本海的弧形 扩张．相当于对鄂尔多斯盆地施加了一个南西西向的 推挤力。该推挤71J喜马拉雅运动东向挤王（形成如 ｜苓Is所示的新近纪断层）共同作用，在鄂尔多斯地块 与秦岭地块之间形成张应力（图6）。据卫星影像（图I 及前人研究［19］，鄂尔多斯盆地东音r山西地童发育左 ChaoXing 20 煤田地质与勘探第42卷 行雁列地辈，与渭河地重呈S形．可以判断出是受右 行走滑控制。这有可能是鄂尔多断地块逆时针转动引 起的右行走滑，也可能是太平洋板块对鄂尔多斯盆地 产生的南西向挤压力产生的丰1行走滑。考虑到鄂尔多 斯地块东西都受力，是不是鸟正的旋转难以断定，只 能确定它们是相对旋转，fI]鄂尔多斯盆地南部相对于 周缘地区旋转。另外，根据工程地质力学研究，构造 薄弱带变形及位移要比稳定地块容易的多。在同一作 用力下，薄弱带的移动要比稳定地块要大，而稳定地 块相对于薄弱带反向移动。如果鄂尔多斯地块南部及 南缘地童受喜马拉雅运动影响大，那么鄂尔多斯盆地 应该表现为顺时针运动，即鄂尔多斯盆地南部相对于 周缘为顺时针转动。然而，事实却相反［18-20］；而且 银川地重南部沉降中心从靠近鄂尔多斯盆地的灵武 地区（古近纪和新近纪沉降中心）向西（第四纪沉降中 心）转移，灵武地区及东侧邻近鄂尔多斯西缘慢慢抬 升［21］，这也意味着鄂尔多斯地块作向西挤压运动。 也就是说鄂尔多斯地块南部受到来自东边的西向挤 压力。所以从这点看山西地整一渭河地莹的成因与太 平洋板块的俯冲挤压有关的可能性较大，文献［18,20 认为的鄂尔多斯盆地南部大规模逆时针转动的可能性 较小。 罔5野外照片 Fig.5 Field photos 40。 II O。 1 16 .;11.h；多斯盆地各期构造受力综合图 Fig.6 Stress of Ordos in different tectonic phases 100。 期 阴阳削雅 文山 川 机 印此吨’马 』nγ 』恒「呻 120。E ChaoXing 第3期郭帮杰等鄂尔多斯盆地南部环形区成因与秦祁海槽间构造关系 21 2 鄂尔多斯盆地南部环形区形状成因分析 太古宙时期的克拉通已经具有明显的刚性特征， 其后的构造运动已难以使古老克拉通发生韧性变形。 根据万天丰［22］，每个大的陆核及其次级陆核边部的 片麻理或韧性剪切带的叶理面都具有环形、弧形旋转 的特征，这表明陆核可能是在碰撞过程中发生旋转运 动，并聚合起来的。整个鄂尔多斯盆地南部环形区都 在臼瑾等人划分的东胜陆核区内，而且位于东胜陆核 的东南部，与太原陆核相邻，而且环形区四周断裂都 具走滑性质。 加里东期至喜马拉雅期的构造运动使得鄂尔多 斯盆地南部地区受到不同时期不同方向的挤压力，使 其在原有地核基础上的沉积增生更加固实、稳定，并 在与周围地块相互作用的过程中，发生碰撞、相对转 动及磨蚀，甚至影响到深部构造，进而伴随着构造热 事件。如紫金山燕山期碱性岩浆活动与离石断裂活动 有关。而且我们未找到该区有大面积的玄武岩出露， 或隐伏于地下的情况。这说明从这个时期至今，鄂尔 多斯盆地南部环形特征的成因并非为单纯的地幢柱 影响，而主要是构造作用的影响结果。 因此，我们认为由于陆核的稳定性，该区在几次 构造运动中起到中流砾柱的作用，在与周围板块发生 碰撞增生、相对旋转及些许变形磨蚀的过程中，形状 越发趋于规则的圆形。 3结论 鄂尔多斯盆地在早古生代因秦岭地块的俯冲碰 撞限定了其南部界限。晚古生代海西期的祁连海槽闭 合，首度限制了其西部边界。后经燕山运动的改造， 鄂尔多斯盆地范围缩小，东西边界基本确定。喜马拉 雅运动使其进一步变形和抬升。 鄂尔多斯盆地南部受限于四周断裂，并且非常稳 定而难以变形和移动，相当于一个中流砾柱。南缘及 西缘受到来自秦祁海槽的各种应力，均可产生侧向扭 应力 的分量，使其周围的薄弱带相对它发生滑动、磨 蚀等各种运动和变形。这在一定程度上使其突显出规 则的圆形特征。 由于没有大面积玄武岩这个地幢柱作用重要特 征的出现，所以鄂尔多斯盆地南部的环形特征仅靠单 纯地幢柱作用难以形成。所谓的地幢热柱脉动式上涌 应该是板块碰撞作用中的岩浆上涌，环形成因以其与 秦祁海槽等周围块体之间的构造作用为主。 另外，环形区北部边界原因不明，可能是各期构 造运动使其沿惠安堡一吴堡断裂走滑旋转所致，这还 有待进一步研究。 参考文献 川杨锋杰，王明镇，李增学，等鄂尔多斯盆地南部环形影像特 征及地质意义［J）。地球科学勺环境学报，2006,283 37--41 [2）陆松年，于海峰，李怀坤中央造1J1带（中一西部）前寒武纪地 质［M］.北京地质出版社，2009 [3）任文军，张庆龙，张迹，等号II尔多斯盆地中央古隆起板块 构造成因初步研究［J］.大地构造与成矿学，1999,232 191 196. 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