鄂尔多斯盆地中央古隆起板块构造成因初步研究

卷(Volum e)23,期(Num ber)2,总(SUM)80页(Pages)191～196,1999,6(Jun.,1999)大地构造与成矿学Geotectonica et Metallogenia鄂尔多斯盆地中央古隆起板块构造成因初步研究X任文军　张庆龙　张进　郭令智(南京大学地球科学系,南京210093)摘　要　运用板块构造理论,对鄂尔多斯盆地西缘和南缘的地质背景和构造变形特征进行分析,认为鄂尔多斯盆地中央古隆起在早古生代由祁连海槽与鄂尔多斯盆地碰撞拼贴产生的近东西方向的侧向挤压应力作用而形成。

盆地西缘近南北向的青铜峡-固原断裂是碰撞拼贴带,断裂带与中央古隆起延伸方向平行,同时,秦岭海槽由南向北推挤以及渭北构造带北界的近东西走向的草碧-老龙山-圣人桥断裂的左行走滑使中央古隆起的南端向东转折,导致中央古隆起在平面上呈现“L”形展布。

关键词　鄂尔多斯盆地　中央古隆起　板块构造　断裂　挤压应力1　前　言鄂尔多斯盆地是我国大型克拉通盆地,是我国的重要能源盆地之一。

从元古代至早古生代时,盆地南部为秦岭海槽,西南部为祁连海槽,西北部为贺兰坳拉槽[1995,林畅松等]。

中央古隆起是鄂尔多斯盆地一个主要构造单元。

从1988年12月在中央古隆起的东翼北部的第一口科学探井——陕参1井获得工业气流后,在盆地中部下古生界奥陶系风化壳中找到了目前我国最大碳酸盐岩气田,这一大型气田的产出与中央古隆起关系甚密。

因此,近年来,研究中央古隆起的成因已成为热点之一。

已有不少学者提出不同的中央古隆起的成因观点[1992,汤锡元等;1994,张军等],经我们研究认为:祁连海槽在古生代由西向东的推挤和秦岭海槽由南向北的推挤是形成中央古隆起的主要原因。

X本文研究得到“九五”国家重点科技攻关项目资助,项目编号为96-110-01-05-09。

任文军,男,1966年生,硕士研究生,工程师,从事构造地质及地球物理和石油地质的研究。

1999年1月收到,1999年5月改回。

图1　鄂尔多斯盆地早古生代构造图1—实测与推测逆断层;2—地应力作用方向F ig .1　Ea rly Palaeozoic tectonic map of the Or dos basin2　中央古隆起的位置及形态特征中央古隆起并非位于鄂尔多斯盆地中央,而是位于盆地的西南部,但习惯上仍称中央古隆起。

它分布于定边-庆阳-环县一带,走向近南北向,面积约5万km 2,南端向东拐到富县,平面上呈“L ”形展布,古隆起横剖面形态特征西陡东缓。

其西部为我东、西部的重要地质界线,即近南北走向的贺兰-六盘山构造带(图1)。

3　中央古隆起的形成机制(1)鄂尔多斯盆地西缘是一大型逆冲推覆构造带,它由数条近南北向的向西倾斜向东逆冲的大型逆冲断层组成。

该带中最为重要的一条南北向断裂即青铜峡-固原断裂为鄂尔多斯盆地西界,它与中央古隆起的形成密切相关。

青铜峡-固原断裂南起宝鸡一带,向北沿六盘山东侧通过。

经固原直抵贺兰山,北段到青铜峡。

该断裂东边的中上元古界是一套粗碎屑岩及燧石条带硅质白云岩。

上元古界是一套厚度小而变化大的冰积与冰水沉积的碎屑建造。

而断裂西边的中上元古界为一套巨厚的变质岩系,古生界寒武系及奥陶系在该断裂的东边是一套碳酸盐岩类碎屑岩沉积,并缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统,而断裂西边中寒武统为一套厚度在百米以上的轻度变质的类复理石建造,中奥陶统亦为类复理石建造,泥盆系为一套山麓-河流相磨拉石建造,到了石炭-二叠纪,该断裂两侧岩性已基本一致。

可见,晚古生代前,鄂尔多斯盆地与北祁连海槽是分离的,早古生代加里东运动促使两者发生会聚碰撞,说明了该断裂是不同板块的边界,也说明了鄂尔多斯盆地与祁连褶皱带在中石炭世时已经拼贴在一起了。

在青铜峡—固原断裂带的西侧有大量火成岩出露,而东侧没有出现,同时在该断裂带上还发现有多处辉绿岩的出露,据甘肃地矿局20万分之一区域地质调查,在固原炭山的闵家沟就发现了三个露头点。

另据1962年宁南地质队资料,在炭山一带钻孔中,以及黑石山,黑马泉等地亦见有辉绿岩侵入到蓟县系硅质岩中。

我们在实地考察中,发现辉绿岩与硅质灰岩接触带的岩石破碎,破碎带中的砾石有辉绿岩,也有石灰岩和砂岩角砾,但却未见烘烤和热变质现象。

辉绿岩露头呈球状风化,岩石呈灰黑色、灰绿色。

因此,我们认为在青铜峡—固原断裂带出现的辉绿岩是由于断裂构造活动而带出地表的,属于构造“冷侵位”,这也是此断裂为板块碰撞活动带的证据之一。

断裂总体呈近SN 向展布,因此推测祁连海槽的挤压应力方向是近EW 向,这个挤压应力是形成中央古隆起的主要力源。

据张抗等的研究,在香山、罗山、贺兰山南端的科学山等地发现了强烈的与构造活动有关192大地构造与成矿学 第23卷图2　滑塌岩块形成及应力方向示意图1—未参与重力构造的隆起的核部岩石;2—为滑混堆积提供物质来源的灰岩层;3—复理石;4—含外来岩块的岩层Fig .2　Car togr am of cr eeping blocks f or ming and the or ientation of str ess的“滑塌堆积”(图2),可见有数米或数十米(有的数百米)的外来体夹于泥沙质、灰质沉积物中,外来体中含寒武纪的三叶虫等化石,在基质中曾发现奥陶纪的笔石化石。

根据这一现象,第一,我们认为这种堆积是板块碰撞拼贴带的证据之一,而且说明这一“强烈的构造活动”[1981,张抗等]应在奥陶纪,在中奥陶世时构造活动迅速加剧,南北向构造带北段东侧的鄂尔多斯盆地迅速隆起,盆地内部缺失中奥陶平凉组碎屑岩。

第二,根据滑塌堆积的基本原理,可能推断中奥陶世时鄂尔多斯盆地发生了相对抬升。

分析鄂尔多斯盆地西缘南部六盘山构造带的重力资料表明:六盘山弧形构造带布格重力异常为北西向,与地表构造主体方向一致,向上延拓后北西向重力异常很快消失,代之以南北向重力异常的出现。

这表明,该弧形构造带浅层重力线场源为北西向,为完整的厚度小的外来岩性体。

深层重力线场源为南北向,反映的是加里东期结晶基底南北向构造线方向和断层作用,显示该区基底加里东期近东西向挤压应力的存在。

此外,根据对西缘节理构造的研究,鄂尔多斯盆地西缘奥陶纪时存在一近东西向的挤压构造应力场,这一近东西向的区域挤压构造应力场,是产生中央古隆起的主要因素。

从图1可以看出中央古隆起南北向长轴位置与青铜峡—固原断裂平行,因此中央古隆起的形成与青铜峡—固原断裂的挤压活动有不可分割的成生联系。

(2)鄂尔多斯盆地南缘主要是指渭北构造带,它西起千阳向东经麟游、永寿至泾阳的口镇圣人桥,再向东经铜川折向北东方向的白水,直至韩城的禹门口一带,野外地质调查发现,盆地南缘构造带内永寿鹞子村、口镇嵯峨山、歧山县西方乡后沟村等地普遍可见晚古生界地层以区域性角度不整合覆盖在早古生界地层之上,不整合面之上的晚古生界及其以后的地层变形以宽缓褶皱为主,而不整合以下的早古生界地层褶皱变形强烈,并伴有劈理化或轻微区域变质作用,同时该带不整合面以下早古生界地层中展现的构造线方向亦为近东西向和南东向,根据区域地层展布分布,大致在泾川—富平近北西西向分界线后,晚古生界与早古生界的接触关系变形强度呈逐渐减弱的趋势,说明该期变形是由于北秦岭海槽向华北板块俯冲碰撞引起的。

我们对盆地南缘构造带陇县-岐山-麟游-永寿-耀县-铜川-韩城早晚古生代地层的对比后发现,上古生界加里东期构造变形有如下特征:塑性较大的岩性组合中变形极为强烈,褶皱紧闭,常见倒转褶皱,伴随有断层传播褶皱[1995,张庆龙等;1999,张进等]和逆冲叠瓦构造,发育透入性强烈挤压构造带。

在强变形带外,厚层灰岩、白云岩等强硬岩性组合构造变形强度较弱,以产生宽缓褶皱和小型断层为特征,属于变形带伴生的弱变形区(如岐山-涝川弱变形区)。

据周鼎武的研究,鄂尔多斯盆地南缘在加里东期经历了一次挤压变形,主要表现为东西向展布的强烈褶皱变形,形成一系列南倾北倒的大型不对称紧闭倒转褶皱和同产状向北逆冲的叠瓦状断层带,组成自南向北逆冲的强烈构造变形带,其间发育以冲断带及其所夹之褶皱组成的叠瓦状叠置的构造岩片[1989,周鼎武等]。

193第2期 任文军等:鄂尔多斯盆地中央古隆起板块构造成因初步研究194大地构造与成矿学 第23卷此外,我们对带内普遍发育小型构造节理也进行了分析,结果表明:这些节理系统绝大多数是由侧向挤压产生的构造节理。

并得出主压应力方向是近南北向。

据周鼎武等研究,草碧-老龙山-圣人桥一线从遥感图像和航空照片上均显示为一线性构造,而区域重、磁异常图显示的线状异常带和卫星照片所反映的线性构造基本吻合,向东经渭河地堑基底,与华北板块南缘构造带北侧边界的潼关-宜阳-鲁山-淮南的逆冲推覆带相连[1994,周鼎武等]。

我们认为,草碧-老龙山-圣人桥断裂是渭北构造带和鄂尔多斯盆地的真正分界,该断裂为具有一定区域规模的呈东西向分布的逆冲—推覆构造带,秦岭海槽的向北推挤这一由南向北推挤构造应力,也是中央古隆起由南北向转向东西的力源。

4　中央古隆起的构造演化根据板块构造的基本理论以及地体理论,分析鄂尔多斯盆地的西缘和南缘的构造发育条件及变形程度,可以看出,鄂尔多斯盆地内的构造变动受其西部和南部的影响最大,也就是说,祁连海槽在早古生代由西向东的推挤和秦岭海槽由南向北的推挤是形成中央古隆起的主要原因。

中央古隆起呈南北向展布,说明其受力方向为近东西向,其横剖面形态西陡东缓,说明其受力的力源是由西向东推挤,西部边界青铜峡-固原断裂呈近南北向延伸并且长度与下奥陶统马家沟组灰岩构成的中央古隆起的轮廓相近也绝非偶然。

出露于科学山、罗山、香山等地的混杂岩说明当时有强烈的构造活动;由于寒武系的外来体混杂在奥陶系的浅海相碎屑岩中,可以推断该强烈的构造活动时代为早古生代,而这一强烈的构造活动为祁连海槽与鄂尔多斯盆地拼贴碰撞活动。

近年来,许靖华和Sengor(1984)等人认为,鄂尔多斯西缘贺兰山冲断—褶皱带是一个重要的板块古缝合带或加里东褶皱带,是中国东部和西部分界的缝合带,并向北延伸至蒙古境内。

在祁连海槽由西向东推挤的相当时期,渭北构造带亦由南向北推挤,致使下古生界地层普遍褶皱并被上古生界地层不整合地覆盖,下古生界地层的褶皱变形程度由南向北逐渐减弱,说明挤压力是由南向北推挤,在不整合带的南边多为角度不整合,在偏北边为平行不整合,亦说明构造变形强度是由南向北逐渐减弱。

由于祁连海槽由西向东的推挤所形成的近东西向挤压力,使鄂尔多斯盆地南缘草碧-老龙山-圣人桥断裂产生左行走滑,从而派生出NNE—SSW 的挤压力,它使北秦岭褶皱带的近南北向挤压力有点向东偏转,这一挤压应力造成了中央古隆起的南端折向近东西向。

对于中央古隆起的形成及其构造演化,我们用图3做简单说明:在加里东运动时期,由于祁连海槽由西向东的推挤应力作用,沿盆地西部边缘产生了近东西向的挤压应力,造成了近南北走向、向西倾斜的青铜峡—固原断裂并向东逆冲推覆,造成了沿断裂带基性岩的产出和混杂推积,同时在盆地西南形成了古隆起。