宁夏六盘山地区白垩纪地层沉积相、沉积环境及地史演化特征探讨

宁夏六盘山地区白垩纪地层沉积相、沉积环境及地史演化特征探讨摘要:六盘山地区白垩纪六盘山群地质时代为早白垩世,地层发育良好,层序完整。地层区划属秦祁昆地层区祁连—北秦岭地层分区。岩石地层序列自下而上由三桥组、和尚铺组、李洼峡组、马东山组、乃家河组构成。通过对各岩石地层单位沉积相及沉积环境的分析研究表明,白垩纪六盘山群地层发育演化大致经历了四个时期:白垩纪初期(三桥期)以陆相冲积扇主,早期(和尚铺期—李洼峡期)发育了河流相—滨浅湖相沉积,气候由干热逐渐转向温湿;中期(马东山期)湖泊发育到鼎盛时期,此时湖水最深,湖面最广,发育半深湖—深湖相沉积;晚期(乃家河期)为湖泊衰亡期,发育半深湖相—咸化湖泊相沉积。乃家河期末,晚期燕山运动使盆地抬升,湖泊迅速消亡,结束了早白垩世六盘山盆地的沉积演化历史。

关键词:白垩纪沉积相沉积环境地史演化六盘山地区

六盘山地区位于宁夏南部,地层区划属秦祁昆地层区祁连—北秦岭地层分区。白垩纪六盘山群地层发育良好,层序完整,其地质时代为早白垩世,属内陆湖泊(凹陷盆地)沉积体系,发育冲积扇相、河流相、湖泊相及咸化湖相。岩石地层序列自下而上由三桥组、和尚铺组、李洼峡组、马东山组、乃家河组构成。各时期的沉积相及沉积环境反映了当时的构造古地理环境,其垂向叠加反映了这一时期的地史演化特征。

1 沉积相特征

1.1 三桥组沉积相

三桥组以粗碎屑岩为主体,具冲积扇亚相沉积特征,可细分为扇根和扇端亚相。

(1)扇根亚相。

三桥组主体属扇根亚相沉积。组成岩性较为单一,为灰、深灰色块状粗—中砾岩、灰色厚层—巨厚层状粗砾岩、紫红色块状—厚层状巨砾岩、巨—粗砾岩及粗砾岩。砾石杂乱排列,无定向性,局部略具叠瓦状排列,有时显示正粒序层,砾岩呈杂基支撑、基地式胶结类型,为白云质、钙质胶结。

(2)扇端亚相。

主要由紫红色中—细砾岩、含砾长石石英砂岩夹少量粉砂质泥岩组成。砾岩特征与扇根亚相砾岩相似,只是粒度细一些;长石石英砂岩多呈透镜状,时含细砾,发育平行层理、大型板状斜层理。

1.2 和尚铺组沉积相

和尚铺组由砂岩及少量砾岩、泥(页)岩组成,具有辫状河亚相沉积特征,据岩石组合特征、沉积构造可细分为辫状河道亚相、心滩亚相

和辫状河道间亚相。

(1)辫状河道亚相。

主要发育于和尚铺组下部和中部。由灰、深灰、紫红色厚—巨厚层砂砾岩、中—粗砾岩及细砾岩构成。砾岩常呈透镜状,发育底蚀构造,砾石呈叠瓦状排列。

(2)心滩亚相。

主要发育于和尚铺组上部,由紫红色长石石英砂岩组成,发育平行层理,大型交错层理。

(3)辫状河道间亚相。

由紫红色粉砂质泥岩、粉砂岩组成,发育水平层理、沙纹层理。

1.3 李洼峡组沉积相

李洼峡组属滨浅湖环境沉积,其岩性由兰灰、浅黄灰、灰紫、紫红色泥岩和浅灰、浅黄灰色中层状鲕粒灰岩、砾屑灰岩、砂屑灰岩、微晶灰岩及少量灰色中层状粉砂岩、细砂岩组成。泥岩一般不显层理呈块状层,有时略显水平层理而显示页理,含植物、叶肢介化石;细—粉砂岩常呈中—薄层夹于泥岩中,发育水平层理、沙纹层理,层面具对称的、不对称的及不规则的小型波痕,含植物碎片;鲕粒灰岩、砾屑灰岩、砂屑灰岩、微晶灰岩一般呈薄—中厚层状,具水平层理、微波状层理,

含植物、叶肢介、介形虫化石。

1.4 马东山组沉积相

马东山组属半深湖—深湖环境沉积,其岩性以灰绿—兰灰色泥岩、页岩为主,夹灰—深灰色薄—中厚层砂屑灰岩、鲕粒灰岩、微晶灰岩、泥灰岩,偶夹有粉砂岩、细砂岩、油页岩。碳酸盐岩呈薄—中厚层状,多具水平纹层、微波状层理,顶面平直,底面凹凸不平,发育结核状构造;泥岩一般呈块状构造,具球状风化,含植物碎片;页岩较少,页理不甚发育;粉砂岩、细砂岩发育水平层理、沙纹层理、小型槽状交错层理,含植物碎片。

1.5 乃家河组沉积相

乃家河组属半深湖—咸化湖泊环境沉积。其主体岩性为浅灰、浅灰绿、浅黄绿、浅兰灰色泥(页)岩、钙质泥岩和浅灰—深灰色泥灰岩、鲕粒灰岩、砂屑灰岩、砂质灰岩,偶夹细—粉砂岩,在红阳—硝口一带上部发育膏岩及盐岩沉积。泥岩、粉砂质泥岩多呈块状层,有时略显水平层理;粉砂岩、细砂岩呈中—薄层夹于泥岩、粉砂质泥岩中,发育水平层理、沙纹层理;碳酸盐岩主要为鲕粒灰岩、砾屑灰岩、砂屑灰岩、泥灰岩,呈中厚—薄层状,顶面平直,底面具波状,有时发育水平层理。石膏岩为厚层—块状,泥质含量高,时呈角砾状;页岩具水平层理,含植物、昆虫化石。

以上特征表明,乃家河组由半深湖相逐渐向咸化湖泊相过渡,后期

沉积了大量石膏岩及盐岩,湖水不断变浅,由还原环境逐渐变为强氧化蒸发环境。

2 沉积环境及地史演化

侏罗纪未的早期燕山运动使六盘山地区抬升遭受短暂的剥蚀后,至早白垩纪盆地开始凹陷下沉,接受了凹陷型内陆湖泊相沉积。从岩性组合、沉积特征及总体向上变细的垂向沉积序列看,六盘山群是在盆地持续下沉、湖水不断加深、沉积物供给较为充足的条件下形成的,它的形成、演化受构造、物源和气候的控制。

盆地形成伊始(三桥期),接受了以粗碎屑岩为主的冲积扇相沉积,扇根比较发育,扇端不甚发育。西部冲积扇发育良好,分异明显,沉积厚度大于731.7 m,砾岩中90%以上砾石来自于海原群的片岩、大理岩和加里东期花岗岩类,这说明物源区为北祁连造山带。而东部沉积厚度仅为26.8 m,冲积扇分异分带性不明显,表明盆地边缘较陡,属陡岸近岸沉积,碎屑物多呈棱角状也说明了这一点。从砾石绝大多数来源于早奥陶纪马家沟组的碳酸盐岩可知,盆地东部物源区为华北地台。

这一时期主要是以砂岩为主的岩石类型,发育大型板状斜层理、平行层理、槽状交错层理。砂岩中成分复杂,主要有磁铁矿、云母、石英等。碎屑分选差、磨圆度较差,上粗下细是粒度变化的主要趋势。岩石沉积物以红色为主,可见植物碎片,未见动物化石。这些特征说明

这一时期的气候干燥炎热,盆地东部由于物源区供给少,沉积物甚少。

李洼峡期,六盘山地区已演变为滨浅湖环境,此时盆地表现为间歇性下沉,湖水时进时退,在沉积物供给充足的条件下,沉积了以细碎屑岩、泥质岩夹碳酸盐岩的浅湖相沉积特征。李洼峡组中灰绿—兰灰色泥(页)岩和碳酸盐岩约占总厚度的1/2～1/3,含有较为丰富的动植物化石,这说明李洼峡期气候变得温湿。

马东山期,盆地的下降速度越来越快,随之而来的是湖水迅速加深,半深湖-深湖是这一时期六盘山地主的主要特征,随着盆地的不断下降,可容空间不断加大,沉积物的供给速率逐渐变缓,广泛沉积了以碳酸盐岩和泥质岩为主的马东山组,此时的气候变得比较温润,生物种类多种多样,有叶肢介、昆虫、介形虫、双壳类、鱼类以及各种植物和轮藻等。从颗粒灰岩比较发育和少量油页岩的出现可以判断此时湖水不断在加深。

乃家河期,盆地由半深湖环境向咸化湖泊环境转化,与马东山期相比,盆地的沉降速度不仅大大减小,并逐渐有了上升的趋势,沉积物供给也逐渐增多,可容空间逐渐减小,沉积物越来越多,在此条件下,沉积了以泥质岩为主夹碳酸盐岩、石膏岩及盐岩的乃家河组,属湖泊衰亡期沉积,这从乃家河组自下而上碳酸盐岩迅速减少,紫红色岩层逐渐增多和顶部膏岩层增多可以证明这一点,也表明乃家河晚期盆地逐渐抬升,湖水变浅并过渡为咸化湖泊,这一时期气候逐渐变得干旱、炎热。