鄂尔多斯地区晚古生代的海侵.pdf

中国矿业大学学报990 2 0 7 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG i n l a t e l a t e - Ca r b o n i f e r o u s t h e w e s t e r n s e a c o n n e c t e d w i t h t h e e a s t e r n a t t h e n o r t h e r n p a r t ; a u n i t e d i n l a n d s e a w a s f o r m e d i n t h e e a r l y p e r m i a n o w i n g t o s e a w a t e r f l o w i n g o v e r t h e c e n t r a l p a l e o u p l i f t ; f r o m m i d d l e p e r m i a n t o e a r l y l a t e -Pe r m i a n , t h e s e d i m e n t a r y b a s i n w a s a p a r a l i c o n e t h a t h a d s o m e c o n n e c t i o n w i t h o p e n s e a a n d s o m e t i m e s w a s i n f l u e n c e d b y i n g r e s s i o n . I t i s p r o p o s e d t h a t O r d o s a r e a m a y h a v e p a r t i a l c o n n e c t i o n w i t h n o r t h e r n Xi n g a n -M o n g o l i a T r o u g h . T h e t r a n s g r e s s i o n w a s c o n t r o l l e d b y a r e a t e c t o n i s m a n d w a s c l o s e l y i n t e r r e l a t e d t o f l u c t u a t i o n o f s e a l e v e l . K e y w o r d s e p i r i c s e a , t r a n s g r e s s i o n , m a r i n e f a c i e s b e d , l a t e Pa l e o z o i c , O r d o s 研究区位于华北地台西部，晚古生代经历了多次海侵，并留下沉积记录. 海侵沉积 记录对于进行区域煤岩层对比、确定不同级别层序界面、建立层序地层格架、重塑沉 积期古地理具有重要意义. 近年来，华北地台石炭系与二叠系界线及其内部界线划分取 得了重大进展 何锡麟等，1990 ，1995，桂学智，1993，汪曾荫，1995，夏国英等， f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 7 . h t m （第 1／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 6 中国矿业大学学报990 2 0 7 1996 ，王双明，1997 ，本文采用汪曾荫 1995 石炭系二分、二叠系三分的划分方案 ［1］，通过区内30 条露头及2 6 0 余口煤油气钻井剖面的分析，对晚古生代地层进行了划 分和对比 图1 ，并对鄂尔多斯地区晚古生代海侵作用规律和古地理特点有了进一步认 识. 图1 鄂尔多斯地区晚石炭世早二叠世地层对比简图 Fi g . 1 D i a g r a m o f l a t e Ca r b o n i f e r o u s e a r l y Pe r m i a n s t r a t a c o r r e l a t i o n i n O r d o s a r e a 1. 煤层；2 . 碳质泥 页 岩；3. 泥 页 岩；4. 砂质泥岩； 5. 粉砂岩；6 . 细砂岩；7 . 中砂岩；8 . 粗砂岩； 9. 含砾粗砂岩；10 . 石灰岩；11. 铝质泥岩；12 . 动物化石； T ST . 海进体系域； H ST . 高位体系域 1 晚古生代海侵特点 研究区除晚石炭世西缘地区外，晚古生代盆地充填主要形成于陆表海，海侵具有 鲜明的特点 1 海平面变化频繁，海侵具有周期性. 本溪组、太原组由多个碳酸盐岩、陆源碎屑 岩和煤层构成的向上变浅旋回组成 图1 ，分别代表着开阔潮下、碎屑滨岸及浅水三角 洲体系的沉积，构成y o r e d a l e 旋回. 高级别海平面变化旋回中包含多个次级海平面变化旋 回. 相对海平面的频繁升降导致可容纳空间的变化，形成了地层的旋回沉积记录. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 7 . h t m （第 2 ／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 6 中国矿业大学学报990 2 0 7 2 幕式海侵，海侵具有突发性. 陆表海浅水、基底平缓，海平面略有升降便会引发 大区域的海水进退，海侵表现为不连续的幕式海侵过程，造成大范围内海相碳酸盐岩 的连片分布，以潮下碳酸盐岩为主，具有良好的等时性. 碳酸盐岩常以煤层的直接顶板 出现，其分界面是由瞬时的幕式海侵事件产生的，导致碳酸盐沉积在时间上的连续性 和相序上的不连续性，成为横向追索对比的可靠依据. 3 快速海侵、慢速海退. 陆表海在快速、不连续的海侵过程中形成潮下碳酸盐沉 积，并在缓慢的海退过程中逐渐过渡到滨岸及浅水三角洲陆源碎屑沉积，最终演替为 潮坪或泥炭沼泽而发生泥炭堆积. 层序构成由海进体系域和高位体系域组成，缺失低位 体系域 图1 ，与被动大陆边缘慢速海侵、快速海退、低位体系域始终发育的特点有别. 研究区晚古生代海侵特点与陆表海背景密切相关，不同时期海侵规模、范围和方 向有所差异. 2 晚古生代的海侵作用 2 . 1 晚石炭世早期的海侵 晚石炭世早期早时，受贺兰裂陷带影响，海侵和沉积作用限于西缘喇叭状海湾 内，海侵记录为含Pr o f u s u l i n e l l a p a r v a 蜓带灰岩，以贺兰山北段羊虎沟组中下段灰岩为 代表. 受盆地基底断裂和沉降活动影响，相邻地区地层厚度、岩性组合、灰岩层数和厚 度差异很大. 海侵中心位于呼鲁斯太地区，灰岩18 ～2 0 余层，总厚大于2 5m ，其它地区 灰岩层数较少、厚度较薄，海水来自西部的祁连海 图2 . 图2 鄂尔多斯地区晚石炭世早期灰岩分布略图 Fi g . 2 D i s t r i b u t i v e d i a g r a m o f e a r l y l a t e -Ca r b o n i f e r o u s l i m e s t o n e o f O r d o s a r e a f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 7 . h t m （第 3／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 6 中国矿业大学学报990 2 0 7 晚石炭世早期晚时，随地台整体下沉海侵范围扩大，以中央古隆起为界分为两个 海域，海侵沉积记录是含Fu s u l i n a -Fu s u l i n e l l a 蜓带灰岩. 西缘地区代表层位是呼鲁斯太地 区18 ＃煤顶板灰岩和石炭井、沙巴台地区羊虎沟组上部灰岩. 环县石板沟剖面底部灰岩 中见牙形刺Id i o g n a t h o d u s d e l i c a t u s ，I . m a g n i f i c u s ，I . s h a n x i e n s i s ［2 ］，海域向东扩展至石 板沟乌海卡布其地区. 灰岩厚度中心位于石咀山和石板沟地区，西部祁连海水沿SW 和NW W 方向侵入. 中央古隆起以东地区同步下沉形成受限陆表海，代表层位是准格尔 南部第一至第三灰岩，保德张家沟灰岩，柳林Lb灰岩，韩城本溪组泥灰岩. 灰岩分布受 基底地形控制，连续性差，除准格尔地区见1～3层外一般见1层. 区域上准格尔保德、 离石、蒲县地区较厚，整体自东向西减薄尖灭、海侵时间逐渐相对滞后，海水来自 NEE方向. 2 . 2 晚石炭世晚期的海侵 海侵沉积记录是含T r i t i s i t e s 蜓带灰岩，分布范围较含Fu s u l i n a Fu s u l i n e l l a 蜓带灰岩 大大缩小，仅限于东缘柳林准格尔一带，代表层位是柳林地区L0灰岩、保德地区扒 楼沟灰岩、准格尔南部第四灰岩. 西缘地区未发现T r i t i s i t e s 蜓带［3］，但乌海卡布其17 ＃ 煤顶板含软体类化石泥岩，呼鲁斯太、石炭井等地区含腕足化石泥灰岩、钙质泥岩代 表了同期海相沉积的存在. 灰岩分布以保德准格尔南部、乌审旗和石咀山为厚度中心 图3 ，其间仅有薄层泥灰岩分布，灰岩累积厚度与地层厚度呈正相关，海水分别由 NEE和SW 方向侵入. 受当时南高北低的古地形和地台持续沉降影响，中央古隆起北端没 于水下，东、西部海域沿北部开始汇合. 图3 鄂尔多斯地区晚石炭世晚期灰岩分布略图 Fi g . 3 D i s t r i b u t i v e d i a g r a m o f l a t e l a t e -Ca r b o n i f e r o u s f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 7 . h t m （第 4／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 6 中国矿业大学学报990 2 0 7 l i m e s t o n e o f O r d o s a r e a 2 . 3 早二叠世早期的海侵 海侵沉积记录是含Ps e u d o s c h w a g e r i n a Sp h a e r - o s c h w a g e r i n a 蜓带灰岩. 代表层位是柳林地区L1，L2 -3，L4和L5灰岩 分别与太原西山庙 沟、毛儿沟、斜道和东大窑灰岩相当 ，呼鲁斯太地区K 4，K5灰岩及4＃煤顶板灰岩. 海 侵初期的庙沟灰岩期海侵范围较小，限于韩城靖边榆林兴县以东地区. 相当毛儿 沟灰岩和斜道灰岩期海侵代表了研究区的最大海侵，北达河曲伊金霍洛旗鄂托克 旗乌海一带，南至铜川西峰地区. 处于海退期的东大窑灰岩期海侵范围相对缩小， 退缩至保德榆林安边洛河以东地区；西缘地区相应为泥灰岩及海相泥岩. 灰岩分 布由东、西两侧向中部中央古隆起变薄，大于30 m 的厚度中心位于中东部的离石 乡宁之间 图4 ，是东部海水通道所在，海水由ESE方向侵入. 中央古隆起没于水下， 东西部海域全面贯通，全区成为统一的陆表海. 图4 鄂尔多斯地区早二叠世早期灰岩分布略图 Fi g . 4 D i s t r i b u t i v e d i a g r a m o f e a r l y e a r l y -Pe r m i a n l i m e s t o n e o f O r d o s a r e a 2 . 4 早二叠世晚期的海侵 早二叠世晚期研究区海侵规模和范围减小. 华北地台以海相石灰岩为代表的规模海 侵限于晋东南、豫东、鲁南、苏北及两淮地区［1］，本区相应海侵记录为含动物化石 的海相夹层 如东缘的乡宁海相层和雷家沟海相层［4］ . 表现为含动物化石的钙质泥岩 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 7 . h t m （第 5／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 6 中国矿业大学学报990 2 0 7 及硅质泥岩. 动物化石为小个体及壳体特化的网格长身贝及瓣鳃类、海百合茎碎片等. 海 相夹层自南而北层数减少、层位降低，海水来自SE方向，推测海侵波及本区临县绥 德延安韩城一带. 在西缘乌海卡布其山西组下部存在潮控三角洲沉积［5］，与东部 海相夹层遥相对应. 3 相关问题讨论 1 中二叠世至晚二叠世早期研究区并非封闭的内陆盆地，而是一近海内陆坳陷. 该 时期海域远离研究区，形成陆相为主的沉积建造，但仍受海水内泛影响，下石盒子组 底部海绿石的发现、上石盒子组存在的硅质海绵岩是其沉积记录. 硅质海绵岩见于本区 乡宁、柳林、河曲梁家碛和呼鲁斯太、公勿素、沙巴台，与华北地台东部两淮、豫东 等地区相对应. 岩石类型为硅质泥岩及微晶硅质岩，动物化石以海绵骨针为主，缺少正 常海相化石，硅质海绵仅与代表广盐性生物组合的介形虫、腕足类等共生，反映了一 种高局限的半咸水咸水环境. 其时空展布自南东向西北方向层数减少说明海水来自SE 方向，代表了包括本区在内的华北盆地在沉积过程中存在与东部海域短暂的连通和海 泛事件；西缘地区可能是与北侧兴蒙海槽局部发生连通的结果［6 ］. 揭示着中二叠世至 晚二叠世早期研究区并非封闭的内陆盆地，而是与外海有一定联系的近海内陆坳陷， 受区域海平面升降所驱动间或受海水内泛波及. 晚二叠世晚期本区转化为内陆湖盆. 2 晚石炭世包括研究区东缘在内的中华北地区可能存在与兴蒙海槽的局部连通. 晚 石炭世，海水由东西两侧侵入，早期海域限于中央古隆起东、西两侧，晚期以海峡形 式沿北部相通 图3 . 值得注意的是，晚石炭世东、西部海水进退并不一致. 含蜓地层研 究表明［3］，西缘地区未发现T r i t i s i t e s 带，东部地区Fu s u l i n a -Fu l i n e l l a 带比西缘地区要高. 在华北地台，T r i t i s i t e s 带灰岩仅分布于北纬35～40 的准格尔至柳林、长治，金乡至滕 州，唐山等地区［1］，其它地区为同期非碳酸盐岩沉积. 区内同期灰岩呈不连续的透镜 状，表现为残余海的性质；同时准格尔南部不仅是晚石炭世晚期区域灰岩厚度中心之 一，而且T r i t i s i t e s 一属在这里高度分化、独占43种［7 ］. 其原因，除东、西部基底构造活 动存在差异外，本文认为晚石炭世包括本区东缘在内的中华北地区可能存在与北侧兴 蒙海槽的局部连通. 3 海侵作用主要受区域构造背景、基底断裂和沉降活动以及海平面升降机制控制. 作为华北地台的次级单元，研究区晚古生代构造演化与秦祁海槽和兴蒙海槽的构造活 动密切相关，并对区域海侵作用产生影响. 早古生代末北秦岭地区发生洋壳消减，使华 北地台南隆北倾［8 ］，控制了晚石炭世的沉积格局和海侵方向. 沉积基底以缓慢沉降为 主，海水分别来自NEE和SW 方向，分为东西两个海域；随基底持续沉降，东西部海域 沿北部汇合. 晚石炭世末，受西伯利亚板块俯冲挤压作用的影响，华北地台北缘因洋壳 消减而抬升，区域构造体制转而北隆南倾. 早二叠世东部海水改由E-SE方向侵入，中央 古隆起没于水下，全区成为华北陆表海的一部分. 中晚二叠世，随华北地台整体持续抬 升海水逐渐撤出本区. 同时，盆地基底断裂和沉降活动也控制着海侵范围和方向. 晚石炭 世早期早时，研究区海侵和沉积作用限于西缘裂陷带内，华北地台东部也仅出现在郯 庐断裂两侧地区［1］；晚石炭世东、西部海水进退不一致也与之不无关系. 在全球显生宙海平面变化曲线［9］上二级海平面变化曲线在早石炭世晚期有一次 规模不大的海平面升高，本区晚古生代海侵作用大致与之同步. 陆表海条件下，海水进 退与相对海平面变化和沉积物供给有关，晚石炭世早二叠世早期沉积物供给相对不 足，相对海平面升降与海水进退同步，表现为周期性的海水进退；中晚二叠世沉积物 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 7 . h t m （第 6 ／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 6 中国矿业大学学报990 2 0 7 供给速率较大，主要表现为海退特征. 作者简介 郭英海，男，196 4年生，讲师，工学博士 作者单位 中国矿业大学资源与环境科学学院 徐州 2 2 10 0 8 参考文献 1 汪曾荫. 华北地台晚古生代年代地层系统. 中国煤田地质，1995, 7 3 17 ～2 3 2 王双明主编. 鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价. 北京 煤炭工业出版社，1997 . 7 5 3 王玉净, 袁效奇, 耿国仓. 鄂尔多斯盆地石炭纪蜓类研究新进展及其古地理面貌初探. 微 体古生物学报, 1992 , 9 2 12 7 ～150 4 陈钟惠主编. 鄂尔多斯盆地东缘晚古生代含煤岩系的沉积环境和聚煤规律. 武汉 中国 地质大学出版社, 198 9. 13～14 5 郭英海, 贾进华. 乌海卡布其山西组潮控三角洲沉积特征. 见 王宜林主编. 第五届全国 沉积学及岩相古地理学学术会议论文集. 乌鲁木齐 新疆科技卫生出版社 K , 1997 . 17 6 ～ 17 7 6 汤锡元, 郭忠铭. 陕甘宁盆地西缘逆冲推覆构造及油气勘探. 西安 西北大学出版社， 1992 . 10 5～10 7 7 何锡麟, 张玉瑾, 朱梅丽等. 内蒙准格尔旗晚古生代含煤地层与生物群. 徐州 中国矿业 大学出版社，1990 . 44～6 7 8 尚冠雄主编. 华北地台晚古生代煤地质学研究. 太原 山西科学技术出版社，1997 . 5～ 12 9 Va i l P R. Se i s m i c s t r a t i g r a p h y a n d g l o b a l c h a n g e s o f s e a l e v e l , p a r t 3 G l o b a l c y c l e s o f r e l a t i v e c h a n g e s o f s e a l e v e l . I n Pa y t o n C E e d . Se i s m i s s t r a t i g r a p h y -a p p l i c a t i o n s t o h y d r o c a r b o n e x p l o r a t i o n . A A G P M e m o i r , 197 7 2 6 6 3～8 1 收稿日期 1998 -0 3-2 4 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 2 / 990 2 0 7 . h t m （第 7 ／7 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 0 6