鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層的分布與時代

武振杰, 林寶玉, 姚建新, 姚 翔

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 國土資源部地層與古生物重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083

鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層的分布與時代

武振杰1), 林寶玉1), 姚建新1), 姚 翔2)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 國土資源部地層與古生物重點實驗室, 北京 100037;

2)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083

海相紅層是紅層研究的一個重要方向, 在前人地層學(xué)、古生物學(xué)等資料基礎(chǔ)上, 筆者在鄂爾多斯周緣露頭區(qū)針對奧陶紀(jì)海相紅層進行了專門研究, 從中識別出 7套奧陶紀(jì)海相紅層。借助于對應(yīng)地層中已報道的筆石、三葉蟲、珊瑚等不同化石類別的特征分子、典型化石帶或化石組合, 基本確定了這 7套海相紅層的形成時代: 自下而上分別為特馬豆克期、弗洛期晚期(也許包括大坪期早期)、大坪期、達瑞威爾期、桑比期、凱迪期早期和凱迪期晚期。建立了鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層對比表, 分析了奧陶紀(jì)海相紅層形成環(huán)境和古地理分布情況。

奧陶紀(jì); 海相紅層; 鄂爾多斯; 分布; 時代

紅層研究始于陸相紅層, 一直以來海相紅層受到的關(guān)注較少(Einsele, 2000); 這種局面在 21世紀(jì)之初得到了扭轉(zhuǎn), 一系列的白堊紀(jì)海相紅層論著得以發(fā)表(王成善和胡修棉, 2002, 2005; 萬曉樵等, 2005; 胡修棉等, 2006; 胡修棉和王成善, 2007; Wang et al., 2009, 2011; Hu et al., 2012; 胡修棉, 2013)。除白堊紀(jì)外, 海相紅層也出現(xiàn)在其他地質(zhì)歷史時期。如加拿大魁北克阿巴拉契亞寒武紀(jì)復(fù)理石序列中頻頻出現(xiàn)的由泥質(zhì)巖、粉砂巖、砂巖和礫巖層組成的紅色韻律層(Lajoie and Chagnon, 1973),英國威爾士早寒武世 Caerfai Bay組的火山碎屑紅色泥質(zhì)巖(Turner, 1979), 這兩套地層都是發(fā)育在寒武紀(jì)的海相紅層(胡修棉, 2013)。此前中國奧陶紀(jì)海相紅層多見于華南和塔里木地區(qū), 其中華南地區(qū)為中上奧陶統(tǒng)牯牛潭組、寶塔組及相當(dāng)?shù)貙? 巖性為紅色瘤狀灰?guī)r(胡修棉, 2013); 塔里木盆地則見于柯坪地區(qū)上奧陶統(tǒng)坎嶺組, 巖性同樣為紫紅色瘤狀灰?guī)r, 相當(dāng)于華南寶塔組紅色灰?guī)r相。戎嘉余等(2012)系統(tǒng)總結(jié)了華南志留系3套海相紅層的空間分布和時代特征; 德國 Variscan盆地大量出露泥盆系法門階紅色遠(yuǎn)洋泥質(zhì)巖(Franke and Paul, 1980)。此外, 四川盆地下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組紅色泥質(zhì)沉積(Wignalland Twitchett, 1996; Hotinski et al., 2001)、歐洲的侏羅紀(jì) Ammonitico Rosso紅色灰?guī)r(Jenkyns, 1988; Cecca et al., 1992)、西藏南部始新世朋曲組扎果段的紫紅色頁巖夾巖屑砂巖(李祥輝等, 2000; Wang et al., 2002)、和新近紀(jì)紅色粘土(Bryant and Bennet, 1988)等也都是典型的海相紅層(王成善和胡修棉, 2005)。白堊紀(jì)外其他地質(zhì)歷史時期的海相紅層研究應(yīng)該是該領(lǐng)域下階段的一個重要方向(王成善和胡修棉, 2005)。

鄂爾多斯周緣主要涉及內(nèi)蒙古自治區(qū)、寧夏、甘肅、陜西等交界地區(qū), 此區(qū)域奧陶系出露較多, 地層發(fā)育齊全, 化石豐富, 地層古生物研究基礎(chǔ)資料較豐富。本文首次在該地區(qū)針對奧陶紀(jì)海相紅層進行專門研究, 在典型奧陶系剖面中確定海相紅層, 描述紅層的特征、厚度, 紅層中所含化石情況, 借助前人已發(fā)表的地層和古生物資料以及王澤九等(2014)最新修定的中國地層表來確定紅層年代; 選擇性采集地化樣品,分析紅層及其圍巖Fe2O3和FeO的含量; 建立鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層層序, 在不同剖面之間開展對比研究。這項工作的完成將有助于華北板塊和中國奧陶紀(jì)海相紅層研究的深入。

1 主要研究剖面

研究區(qū)域奧陶系露頭較多, 本文選擇了海相紅層巖性特征明顯、化石帶或化石組合清楚的13個剖面(圖 1, 因篇幅原因不再對每個剖面贅述)來開展海相紅層研究。以便確定這些海相紅層的年代, 并在此基礎(chǔ)上建立起奧陶紀(jì)海相紅層的層序。

2 奧陶紀(jì)海相紅層分布和時代

通過對研究區(qū)內(nèi) 13個奧陶系剖面中海相紅層的特征、厚度以及牙形石、珊瑚、筆石等化石材料的綜合分析和研究, 在鄂爾多斯盆地周緣奧陶紀(jì)地層中劃分出了7層海相紅層, 分屬于奧陶系3統(tǒng)的6個階(表1)。借助于紅層中不同化石的特征分子、典型化石帶或化石組合, 基本確定了這些海相紅層的時代, 并在此基礎(chǔ)上建立了鄂爾多斯盆地周緣奧陶紀(jì)海相紅層地層對比表(表2)。

表1 鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層劃分Table 1 Division of Ordovician red beds around Ordos Basin

2.1 ORB-1海相紅層

研究區(qū)內(nèi)該套海相紅層見于內(nèi)蒙古烏拉特前旗、甘蕭平?jīng)觥㈥兾麽?、銅川耀參1井和銅川北黃深 1井, 另外在陜西偏關(guān)也有分布(圖 2a)。其典型剖面位于內(nèi)蒙古烏拉特前旗色麻溝, 此處山黑拉組與下伏上寒武統(tǒng)老弧山組和上覆二哈公組之間均為整合接觸關(guān)系, 二哈公組根據(jù)其中所含的牙形石可基本確定屬達瑞威爾階(詳見下文), 因此可以推斷山黑拉組對應(yīng)的地質(zhì)年代分別為特馬豆克期、弗洛期和大坪期。色麻溝剖面山黑拉組中自下而上共發(fā)育三套海相紅層: (1)對應(yīng)其底部第20層的海相紅層, 巖性為暗色、深灰色中薄層泥晶頁巖夾粉紅色泥晶灰?guī)r, 厚 21.8 m(地層劃分見內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1996), 應(yīng)屬特馬豆克階; (2)對應(yīng)其中部第24層的海相紅層, 應(yīng)屬弗洛階; (3)對應(yīng)其頂部35層的海相紅層, 應(yīng)屬大坪階。其中第一套紅層也是研究區(qū)內(nèi)奧陶系中發(fā)現(xiàn)的層位最低的海相紅層, 命名為ORB-1, 地質(zhì)時代推斷為特馬豆克期。

2.2 ORB-2海相紅層

該套紅層典型剖面位于內(nèi)蒙古烏海市桌子山老石旦東山, 對應(yīng)于下奧陶統(tǒng)三道坎組底部第 1層、第2層和第4層, 巖性為紫紅色泥質(zhì)白云巖、紫紅色砂巖、紫紅色白云質(zhì)灰?guī)r夾石英砂巖與灰白色石英砂巖互層, 該海相紅層中含豐富的牙形石、腕足類和頭足類化石, 厚 57.0 m(地層劃分和化石見安太庠等, 1990)。該海相紅層中的牙形石Aurilobodus leptosomatus An和Loxodus dissectus An是“下馬家溝組”下部的化石帶。Scolopodus eburnus Jiang和Scolopodus flexilis An是“下馬家溝組”下部最常見的分子。因此, 三道坎組ORB-2海相紅層的年代應(yīng)屬弗洛期晚期, 也許包括部分大坪期早期(表2)。

陜西隴縣溫水鎮(zhèn)白家灘剖面也見有該套海相紅層。該剖面地層劃分主要有兩種方案, 馮增昭等(1991)將其劃分為麻川組、水泉嶺組和三道溝組, 何自新等(2006)將其劃分為馬家溝組, 下分七段。其中馮增昭劃分方案的麻川組對應(yīng)于何自新方案的馬家溝組馬一段, 水泉嶺組對應(yīng)于馬家溝組馬二段至馬五段, 三道溝組對應(yīng)于馬六段和馬七段。白家灘剖面發(fā)育三套海相紅層, 其中最下部的麻川組海相紅層(對應(yīng)于馬一段)即為ORB-2海相紅層, 下部巖性為棕紫、淺紫色中薄層含陸屑泥質(zhì)粉細(xì)晶白云巖夾含角礫粉砂質(zhì)頁巖, 上部巖性為灰、淺灰紅色中厚層微—粉晶灰質(zhì)白云巖, 厚 68.7 m(地層劃分見何自新等, 2004)。

屬于該套海相紅層的還有寧夏中衛(wèi)天景山剖面天景山組下部紅層(地層劃分見寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1996)、內(nèi)蒙古烏拉特前旗色麻溝剖面山黑拉組中部紅層、寧夏同心青龍山水泉嶺組底部紅層(地層劃分見寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1996)。

表2 鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層對比表Table 2 Correlation of Ordovician red beds around

2.3 ORB-3海相紅層

研究區(qū)內(nèi)該套海相紅層見于內(nèi)蒙古烏拉特前旗色麻溝剖面山黑拉組上部、陜西隴縣白家灘剖面水泉嶺組下部和寧夏中衛(wèi)天景山剖面天景山組上部。由上文分析可知, 內(nèi)蒙古烏拉特前旗色麻溝剖面對應(yīng)于山黑拉組頂部第 35層的海相紅層頂部屬大坪階, 即為ORB-3海相紅層。陜西隴縣白家灘剖面發(fā)育的第二套海相紅層見于水泉嶺組下部(對應(yīng)于馬二、馬三段)2-14層, 紅層巖性主要為淺紫色、灰色中層夾塊狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶團粒灰?guī)r, 以及淺灰紫色、灰云斑泥-微晶砂屑灰?guī)r, 局部具云斑構(gòu)造或亮晶團?；?guī)r, 底部為褐紫色疙瘩狀泥-微晶灰?guī)r; 該海相紅層厚度約150 m(剖面信息據(jù)何自新等, 2004)。據(jù)馮增昭等(1991)資料, 在水泉嶺組中含牙形石 Tangshanodus tangshanensis An, 因此該套紅層可劃為大坪期ORB-3海相紅層。

2.4 ORB-4海相紅層

見于內(nèi)蒙古烏拉特前旗山黑拉剖面、寧夏同心張大井剖面、甘肅環(huán)縣羅山川和車道鄉(xiāng)剖面、寧夏彭陽賀家川剖面以及陜西隴縣白家灘剖面(表2)。甘肅環(huán)縣車道鄉(xiāng)車道坡苦水掌紅石澗子(南莊子)剖面共發(fā)育 3套海相紅層: 南莊子組紅層、車道組下部紅層和車道組上部紅層(表2)。其中南莊子組紅層見于 1-5層, 巖性為棕灰、褐灰色塊狀礫屑灰?guī)r夾紫紅色、黃綠色頁巖, 與紫紅色薄層灰?guī)r互層等, 厚8.1 m。該海相紅層中含有三葉蟲碎片, 牙形石化石豐富, 有 Periodon aculeatus Hadding, Protopanderodus robustus (Hadding), P.varicostatus (Sweet et Bergstr?m), Erraticodon sp., Walliserodus ethingtoni (F?hraeus), Drepanodus arcuatus Pander, Parapaltodus flexuosus (Barnes et Poplawski), Pygodus serras (Hadding)(安太庠等, 1990)。其中的牙形石分子Pygodus serras(Hadding)在世界各地限于筆石帶Didymograptus murchisoni帶上部—Glyptograptus teretiusculus帶的中上部, 據(jù)此可把此套海相紅層的時代定在達瑞威爾期。

甘肅環(huán)縣羅山川上游南湫鄉(xiāng)澇池溝—井溝渠奧陶系剖面平?jīng)鼋M下部第4層巖性為褐紅、灰綠色粉砂質(zhì)頁巖夾薄層灰?guī)r, 厚 4.5 m。頁巖中筆石: Didymograptus sp., Climacograptus sp., C.antiquus Lapworth, Pseudoclimacograptus sp., Orthograptus calcaratus Lapworth, Leptograptus sp.; 薄層灰?guī)r中含牙形石: Protopanderodus varicostatus (Swect et Bergstr?m), P.cooperi (Swect et Bergstr?m), Walliserodus ethingtoni (F?hraeus), Drepanodus arcuatus Pander(剖面信息引自安太庠等, 1990)。該海相紅層上面的第 14層含牙形石帶 Pygodus anserinus Lamont et Lindstr?m和P.serrus(Hadding)的過渡型標(biāo)本, 安太庠等(1990)認(rèn)為該剖面平?jīng)鼋M下部 1-14層的對應(yīng)于Pygodus serra帶, 說明該海相紅層形成于達瑞威爾期。

寧夏同心張大井剖面下奧陶統(tǒng)米缽山組底部的第1層為海相紅層, 巖性為褐紅色、灰色板巖, 厚度 1 m(剖面描述見寧夏回族自治區(qū)巖石地層, 1982)。汪嘯風(fēng)等人(1996)報導(dǎo), 該海相紅層上部含筆石 Pseudamplexograptus confertus等, 層位與Didymograptus artus帶至D.murchisoni帶大致相當(dāng),因而該海相紅層屬達瑞威爾階。

寧夏彭陽縣賀家川剖面海相紅層較為發(fā)育, 其中下部1-7層巖性主要為紫紅色中-厚層凝灰質(zhì)細(xì)砂巖、紫紅色灰?guī)r互層為主, 厚173 m(剖面描述見寧夏回族自治區(qū)巖石地層, 1982)。含大量筆石化石,主要有 Glyptograptus teretiusculus等, 其年代應(yīng)屬于達瑞威爾階的上部。

陜西隴縣白家灘剖面發(fā)育的第三套海相紅層見于三道溝組(對應(yīng)于馬七段)41-61層, 巖性為淺灰、灰色中-厚層塊狀孔層藻泥-亮晶灰?guī)r夾深灰、灰白色塊狀礫屑灰?guī)r及紫紅、灰紫色泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r,厚度167 m(剖面信息據(jù)何自新等, 2004)。該套地層中含頭足類Nybyoceras sp等(馮增昭等, 1991), 時代屬達瑞威爾階。

內(nèi)蒙古烏拉特前旗佘太鎮(zhèn)山黑拉馬樁剖面二哈公組發(fā)育一套海相紅層, 巖性為灰白色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r夾粉紅色厚層頁巖, 厚度212 m(地層剖面見林寶玉等, 1984)。安太庠等(1990)在該剖面的二哈公組中采獲大量的牙形石化石: Erismodus typus, Microcoelodus sp.(上部), Scandodus handanensis(下部); 并認(rèn)為下部含Scandodus handanensis的地層相當(dāng)于華北峰峰組閣莊段, 上部含 Erismodus typus的地層屬于峰峰組八陡段。因此, 二哈公組海相紅層屬達瑞威爾階。

2.5 ORB-5海相紅層

該套海相紅層見于內(nèi)蒙古桌子山、甘肅環(huán)縣車道鄉(xiāng)和寧夏彭陽等地區(qū)(表3)。內(nèi)蒙古桌子山青年農(nóng)場公烏素組中上部第3層至第9層為一套紅層, 其中紅色層位主要為紫灰色薄層灰?guī)r和紫灰色頁巖,非紅色層位則為黃綠色頁巖、深灰色或灰黑色灰?guī)r等, 厚度約33 m; 含豐富的筆石、三葉蟲、遺跡化石, 見有腕足類(地層劃分見安太庠等, 1990)。汪嘯風(fēng)等(1996)認(rèn)為該組所含的筆石 Amplexograptus gansuensis帶, 其層位與Climacograptus wilsoni帶大致相當(dāng), 也就是說該套海相紅層的年代為桑比期。

圖2 鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層古地理分布(改自馮增昭等, 1991)Fig.2 Paleogeographic distribution of Ordovician red beds around Ordos Basin (modified after Feng et al., 1991)

上文已提及甘肅環(huán)縣車道鄉(xiāng)車道坡苦水掌紅石澗子(南莊子)剖面共發(fā)育 3套海相紅層, 其最下部的南莊子組紅層為達瑞威爾期的 ORB-4海相紅層。車道組下部第9到第11層為該剖面第2套紅層,紅色層位主要為棕紅、褐紅色、黃灰色鈣質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)灰?guī)r以及褐紅色白云質(zhì)條帶, 厚度5.6 m, 前人資料中未見有標(biāo)準(zhǔn)的帶化石。該剖面發(fā)育于車道組上部的第三套紅層為凱迪期的 ORB-6海相紅層(詳見下文), 因此可推斷介于兩者之間的車道組下部這套海相紅層時代應(yīng)為桑比期。

2.6 ORB-6海相紅層

鄂爾多斯盆地周緣該套海相紅層目前只在甘肅環(huán)縣車道坡南莊子剖面有發(fā)現(xiàn), 對應(yīng)于車道組第15~16層, 厚4.9 m(地層劃分見安太庠等, 1990)。巖性主要為紫紅色中薄層瘤狀泥晶灰?guī)r夾薄層淺紫紅色灰?guī)r, 紫紅色粉砂質(zhì)灰?guī)r, 紫紅色、淺紫紅色中薄層鮞狀灰?guī)r和暗紫灰色中厚層鮞狀灰?guī)r等。該紅層中含少量腕足類、豐富的頭足類、三葉蟲、海百合及牙形石化石(詳見安太庠等, 1990), 其中的頭足類Sinoceras Chinese (Foord)是揚子地區(qū)寶塔組及其相當(dāng)?shù)貙拥膸ЩＲ虼? 車道組上部海相紅層的年代應(yīng)為凱特期早期。

2.7 ORB-7海相紅層

研究區(qū)內(nèi)奧陶系最后一套海相紅層見于寧夏彭陽縣羅洼鄉(xiāng)和陜西隴縣李家坡剖面。彭陽石節(jié)子溝剖面背鍋山組底部第 1層為海相紅層, 巖性為淺褐紅色、灰色薄層灰?guī)r和瘤狀灰?guī)r, 富含珊瑚化石、少量頭足類及三葉蟲化石。珊瑚: Sarcinula guyuanensis Lin, Agetolites sp., Catenipora sp., Plasmoporella sp.等, 厚約2 m。該紅層及其上部地層中的珊瑚化石中大多數(shù)分子均見于浙江西部凱迪階晚期的三衢山組, 因此, 該套海相紅層的年代應(yīng)為凱迪期晚期。

在背鍋山組命名剖面陜西隴縣新集鄉(xiāng)李家坡剖面, 海相紅層見于背鍋山組上部, 紅色層位巖性主要為淺紅色、肉紅色、紅色灰?guī)r, 中間夾一些白色灰?guī)r, 厚158.5 m, 其中產(chǎn)豐富的珊瑚及三葉蟲化石(林寶玉等, 1984)。李家坡剖面背鍋山組上部珊瑚和三葉蟲化石與寧夏彭陽縣羅洼鄉(xiāng)石節(jié)子溝背鍋山組中化石幾乎一致, 說明該剖面背鍋山組上部海相紅層年代也為凱迪期。

3 鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層地層特征及形成的古環(huán)境

關(guān)于鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)古地理環(huán)境, 馮增昭等(1991)已做過精辟的論述。筆者在綜合前人資料的基礎(chǔ)上, 結(jié)合典型剖面實地考察, 對鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層的地層特征和形成的古環(huán)境逐一加以說明。

3.1 ORB-1海相紅層

內(nèi)蒙烏拉特前旗該紅層巖性為暗灰、深灰中薄層泥晶灰?guī)r夾粉紅色泥晶灰?guī)r。陜西岐山該紅層巖性主要為淺棕色、淺灰色、灰白色泥質(zhì)粉-細(xì)晶白云巖, 以中薄層為主, 偶爾見有微細(xì)層紋狀, 上部夾一層淺紫色、淺黃色頁巖, 為潮上泥云坪環(huán)境。陜西銅川耀參1井和黃深1井, 紅層巖性為淺棕紅色、紫紅色、淺灰色泥質(zhì)和含泥白云巖, 水平紋層理、干裂及鳥眼構(gòu)造發(fā)育, 無生物或生物很少, 為近巖潮上云泥坪環(huán)境。此外, 在鄂爾多斯陸東側(cè)的山西偏關(guān)剖面也見有該套海相紅層。

該套海相紅層主要分布于鄂爾多斯陸的南部、東部和北部, 以南部的陜西岐山—銅川一帶最發(fā)育。大多形成于近巖潮上泥云坪環(huán)境, 主要見于環(huán)繞鄂爾多斯陸的偏關(guān)岐山泥云坪中; 表明了該海相紅層的形成與鄂爾多斯陸有密切的關(guān)系, 其氧化鐵物質(zhì)主要來自該古陸。

3.2 ORB-2海相紅層

上文分析已知該套紅層見于內(nèi)蒙古烏海桌子山、內(nèi)蒙古烏拉特前旗、寧夏中衛(wèi)天景山、寧夏同心青龍山等剖面, 此外在岐山和甘肅平?jīng)龅鹊匾灿蟹植?圖 2b)。該紅層的年代為弗洛期, 可能包括部分大坪期。烏海桌子山剖面的三道坎組, 巖性主要為灰黃色、淺灰色、淺紅灰色中厚層白云質(zhì)石灰?guī)r和砂質(zhì)石灰?guī)r, 底部和頂部為灰白色、紫紅色細(xì)粒石英砂巖, 含頭足類化石, 為潮間上部沉積環(huán)境。在平?jīng)銎拭? 該紅層巖性主要為灰白、白色、淺紅色白云質(zhì)石灰?guī)r夾黃綠色和灰綠色頁巖, 含頭足類化石, 為潮間上部沉積環(huán)境。在隴縣地區(qū), 該套海相紅層巖性主要為紫紅色、灰紅色、灰黃色中厚層泥-粉晶白云巖, 泥質(zhì)白云巖和含灰白云巖, 水平紋理發(fā)育, 見有石膏假晶, 藻白云巖和礫石, 含頭足類化石, 為潮上泥云坪環(huán)境。隴縣白家灘剖面麻川組ORB-2海相紅層中采集的樣品分析結(jié)果見表3, 結(jié)果表明海相紅層紫紅色白云巖中 Fe2O3含量大多數(shù)均高于非紅層Fe2O3含量, 且隨著海相紅層顏色的加深, Fe2O3含量變大。在岐山一帶, 該紅層巖性主要為淺灰色、灰色、淺棕紅色含泥-粉晶白云巖和棕紅色頁巖, 中上部具有殘余砂屑, 為潮上泥云坪環(huán)境。

綜上, ORB-2海相紅層主要發(fā)育于西部環(huán)陸含砂泥云坪, 西部云灰坪和南部環(huán)陸泥云坪, 為潮間上部環(huán)境—潮上泥云坪環(huán)境, 海相紅層物質(zhì)來源主要是來自鄂爾多斯陸, 形成“E”形分布的格局(圖2b)。

表3 陜西隴縣白家灘ORB-2海相紅層Fe2O3和FeO含量Table 3 Content of Fe2O3and FeO in the Ordovician red beds of Baijiatan section, Longxian County, Shaanxi province

3.3 ORB-3海相紅層

該套海相紅層典型剖面見于陜西隴縣溫水鎮(zhèn)白家灘, 此外該紅層還出露于內(nèi)蒙古烏拉特前旗色麻溝和寧夏中衛(wèi)天景山(圖 2c)。白家灘水泉嶺組下部ORB-3巖性為淺紫灰色、磚紅色中層夾塊狀泥質(zhì)灰?guī)r、泥晶團?；?guī)r, 局部具云斑構(gòu)造。在其中采集磚紅色灰?guī)r樣品3 個, 其中Fe2O3含量為0.35%~0.64%, FeO含量均為0.03%; 非紅層淺灰色灰?guī)r中采集樣品 1個, Fe2O3含量為 0.22%, FeO為0.15%, 結(jié)果表明海相紅層紫紅色白云巖中Fe2O3含量高于非紅層 Fe2O3含量。根據(jù)馮增昭等(1991)資料, 在陜西隴縣和寧夏中衛(wèi)該套海相紅層主要形成于開闊海環(huán)境, 內(nèi)蒙烏拉特前旗該套海相紅層形成時位于伊盟陸北部(圖2c)。

3.4 ORB-4海相紅層

該套海相紅層的年代為達瑞威爾期, 典型剖面位于甘肅環(huán)縣車道鄉(xiāng)南莊子。寧夏彭陽縣賀家川平?jīng)鼋M下部紅層、甘肅環(huán)縣羅山川平?jīng)鼋M下部紅層、寧夏同心張大井米缽山組紅層、內(nèi)蒙烏拉特前旗二哈公組紅層也屬該期海相紅層(圖2d)。

甘肅環(huán)縣車道鄉(xiāng)南莊子組下部海相紅層巖性為棕灰、褐灰色塊狀礫屑灰?guī)r夾紫紅色、黃綠色頁巖與紫紅色薄層灰?guī)r互層等, 馮增昭等(1991)認(rèn)為屬于碎屑流沉積。甘肅環(huán)縣羅山川平?jīng)鼋M下部海相紅層巖性為褐紅、灰綠色粉砂質(zhì)頁巖夾薄層灰?guī)r,頁巖中含豐富的筆石、牙形石, 屬西緣深水斜坡沉積。寧夏彭陽縣賀家川平?jīng)鼋M下部海相紅層巖性主要為紫紅色中厚層凝灰質(zhì)細(xì)砂巖、紫紅色頁巖互層為主, 含豐富的筆石化石, 亦是深水斜坡沉積, 而且伴有強烈的火山活動, 也顯示該紅層的形成與火山活動有密切的關(guān)系。寧夏同心張大井米缽山組底部海相紅層的巖性為灰色、褐紅色板巖, 其上地層中含鈣質(zhì)礫巖和板巖, 板巖中含豐富的筆石化石,可能也是深受斜坡沉積, 鈣質(zhì)礫巖亦是重力流沉積。內(nèi)蒙烏拉特前旗二哈公組海相紅層巖性為灰白色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r夾粉紅色薄層灰?guī)r, 可能屬泥云坪沉積。

3.5 ORB-5海相紅層

該套海相紅層的形成時期為中奧陶世桑比期,屬于該海相紅層的有甘肅環(huán)縣車道鄉(xiāng)車道組下部海相紅層、寧夏彭陽縣賀家川平?jīng)鼋M上部海相紅層和內(nèi)蒙桌子山青年農(nóng)場的公烏素組海相紅層(圖2e)。

甘肅環(huán)縣車道鄉(xiāng)車道組下部海相紅層, 主要巖性為黃灰色中薄層泥晶灰?guī)r, 黃灰、棕紅、褐紅色鈣質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖, 粉砂質(zhì)灰?guī)r, 淺黃綠色薄層鈣質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖等, 屬西緣深水斜坡沉積環(huán)境。寧夏彭陽縣賀家川平?jīng)鼋M上部海相紅層的巖性為紫紅色、黃綠色厚層凝灰質(zhì)細(xì)砂巖與紫紅色、黃綠色頁巖互層為主, 含豐富的筆石化石, 屬西緣深水斜坡沉積環(huán)境。該海相紅層的形成除由鄂爾多斯陸供應(yīng)陸源碎屑物質(zhì)外, 與火山活動也有密切的關(guān)系。內(nèi)蒙桌子山公烏素組海相紅層巖性為紫灰色薄層灰?guī)r、頁巖, 黃綠色頁巖、深灰色或灰黑色薄層灰?guī)r等; 含極豐富的筆石化石, 屬于鄂爾多斯陸西緣深水斜坡沉積環(huán)境。

3.6 ORB-6海相紅層

該海相紅層目前僅見于甘肅環(huán)縣車道鄉(xiāng)剖面車道組上部, 下部巖性為紫紅色薄層瘤狀泥晶灰?guī)r夾三層生物灰?guī)r, 含豐富的頭足類、海百合化石,屬鄂爾多斯陸西緣深水斜坡中較深水沉積; 上部為灰、暗紫色、紫紅色中層鮞狀灰?guī)r、紫紅色粉砂質(zhì)頁巖等, 屬深水斜坡上部灘相沉積(圖 2f)。在紫紅色鮞狀灰?guī)r中采得 2個樣品, 經(jīng)分析其 Fe2O3含量分別為1%和1.2%; FeO含量分別為0.40%和0.37%。

3.7 ORB-7海相紅層

該海相紅層目前僅見于寧夏彭陽縣石節(jié)子溝、陜西隴縣李家坡和陜西銅川市耀州地區(qū)(圖2g)。寧夏彭陽縣石節(jié)子溝該套海相紅層見于背鍋山組下部,巖性為淺褐紅色、灰色薄層灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r; 灰?guī)r中的紫紅色硅質(zhì)團塊經(jīng)分析Fe2O3的含量為0.18%, FeO含量為0.03%; 而在其上的灰白色灰?guī)r中Fe2O3的含量略大于0.05%, FeO的含量為0.06%。含豐富的珊瑚和少量頭足類、三葉蟲化石, 其中珊瑚化石常呈小礁狀發(fā)育。彭陽ORB-7海相紅層形成于鄂爾多斯陸西南緣淺水緩坡沉積環(huán)境中。陜西隴縣李家坡剖面ORB-7海相紅層見于背鍋山組上部, 紅層巖性淺紅層、肉紅層和紅色灰?guī)r, 中間夾一些白色灰?guī)r, 也形成于鄂爾多斯陸西南緣淺水緩坡沉積環(huán)境中。兩個剖面的該套紅層的物質(zhì)來源和三氧化二鐵均來自鄂爾多斯陸。

4 結(jié)論

(1)鄂爾多斯周緣奧陶系中識別出了7套海相紅層, 形成時代從早到晚分別為特馬豆克期、弗洛期晚期(也許包括大坪期早期)、大坪期、達瑞威爾期、桑比期、凱迪期早期和凱迪期晚期。

(2)海相紅層巖石類型多種多樣, 其中碎屑巖有紫紅色砂巖、紫灰色頁巖、褐紅色板巖、紫紅色厚層凝灰質(zhì)細(xì)砂巖等; 碳酸鹽巖有粉紅色泥晶灰?guī)r、紫紅色泥質(zhì)白云巖、肉紅色或淺紅色礫狀灰?guī)r、紫紅或淺紅色鮞狀灰?guī)r等。

(3)樣品分析結(jié)果表明, 海相紅層中 Fe2O3含量大多數(shù)均高于非紅層含量, 且隨著紅層顏色的加深, Fe2O3含量變大。

(4)鄂爾多斯周緣奧陶紀(jì)海相紅層沉積環(huán)境多樣, 既有潮間帶上部—潮上泥云坪沉積環(huán)境, 也有淺水緩坡沉積環(huán)境, 還有深水斜坡沉積環(huán)境。

(5)海相紅層的形成有其特定的條件, 可作為區(qū)域性(如板塊內(nèi))或大區(qū)域性(板塊之間)對比標(biāo)志。

Acknowledgements:

This study was supported by National Program on Key Basic Research Project (973 Program) (No.2011CB403001) and China Geological Survey (No.1212011085516).

安太庠, 鄭昭昌.1990.鄂爾多斯盆地周緣的牙形石[M].北京:科學(xué)出版社: 1-201.

馮增昭, 陳繼新, 張吉森.1991.鄂爾多斯地區(qū)早古生代巖相古地理, 中國巖相古地理叢書之二[M].北京: 地質(zhì)出版社: 1-190.

李祥輝, 王成善, 胡修棉, 萬曉樵, 徐鈺林, 趙文金.2000.朋曲組—西藏南部最高海相層位一個新的地層單元[M].地層學(xué)雜志, 24(3): 243-248.

何自新.2004.鄂爾多斯盆地地質(zhì)剖面圖集[M].北京: 石油工業(yè)出版社.

林寶玉, 邱洪茶, 徐長城.1984.內(nèi)蒙古烏拉特前旗佘太鎮(zhèn)地區(qū)奧陶紀(jì)地層的新認(rèn)識[J].地質(zhì)論譯, 30(2): 95-105.

內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.1996.內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層[M].武漢: 中國地質(zhì)大學(xué)出版社: 1-344.

寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.1996.寧夏回族自治區(qū)巖石地層[M].武漢: 中國地質(zhì)大學(xué)出版社: 1-132.

胡修棉, 王成善, 李鋅輝, JANSA L.2006.藏南上白堊紀(jì)大洋紅層: 巖石類型、沉積環(huán)境與顏色成因[J].中國科學(xué)D輯:地球科學(xué), 36(9): 811-821.

胡修棉, 王成善.2007.白堊紀(jì)大洋紅層: 特征、分布與成因[J].高校地質(zhì)學(xué)報, 13(1): 1-13.

胡修棉.2013.顯生宙海相紅層的分布、類型與成因機制[J].礦物巖石地球化學(xué)通報, 32(3): 335-342.

戎嘉余, 王懌, 張小樂.2012.追蹤地質(zhì)時期的淺海紅層—以上揚子區(qū)志留系下紅層為例[J].中國科學(xué): 地球科學(xué), 42(06): 862-878.

王成善, 胡修棉.2002.IGCP463: 特提斯上白堊統(tǒng)海相紅層[C]//第四屆世界華人地質(zhì)科學(xué)研討會論文摘要集.

王成善, 胡修棉.2005.白堊紀(jì)世界與大洋紅層[J].地學(xué)前緣, 12(2): 11-21.

萬曉樵, 李國彪, 司家亮.2005.西藏南部晚白堊世—古新世大洋紅層的分布與時代[J].地學(xué)前緣, 12(2): 31-37.

汪嘯風(fēng), 陳旭, 陳泰紅, 朱慧英.1996.中國地層典, 奧陶紀(jì)[M].北京: 地質(zhì)出版社: 1-126.

王澤九, 黃枝高, 姚建新, 馬秀蘭.2014.中國地層表及說明書的特點與主要進展[J].地球?qū)W報, 35(3): 271-276.

References:

AN Tai-xiang, ZHENG Zhao-chang.1990.Ordos Basin Peripheral Conodont[M].Beijing: Science Press(in Chinese).

BRYANT W, BENNET R.1988.Origin, physical and mineralogical nature of red clays: The Pacific Ocean Basin as a model [J].Geo-Marine Letters, 8(4): 189-249.

CECCA F, FOURCADE E, AZEMA J.1992.The disappearance of the “AmmoniticoRosso”[J].Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 99: 55-70.

EINSWLE G.2000.Sedimentary basins: Evolution, facies, and sediment budget[M].Berlin: Springer Verlag.

FENG Zeng-zhao, CHEN Ji-xin, ZHANG Ji-sen.1991.Lithofacies Paleogeography of Early Paleozoic of Ordos[M].Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

FRANKE W, PAUL J.1980.Pelagic red beds in the Devonian of Germany- Deposition and digenesis[J].Sedimentary Geology, 25: 231-256.

HE Zi-xin.2004.The geological section atlas of ordos basin[M].Beijing: Petroleum Industry Press(in Chinese).

HOTINSKI R M, BICE K L, KUMP L R.2001.Ocean stragnation and end-Permian anoxia [J].Geology, 29: 7-10.

HU Xiu-mian, SCOTT R W, CAi Yuan-feng, WANG Cheng-shan, MELINTE-DOBRINESCU M C.2012.Cretaceous oceanic red beds (CORBs): Different time scales and models of origin[J].Earth-Science Reviews, 115(4): 214-248.

HU Xiu-mian, WANG Cheng-shan, LI Xing-hui, JANSA L.2006.Upper cretaceous oceanic red beds in southern Tibet: rock type, sedimentary environment and cause of color[J].Science China, 36(9): 811-821(in Chinese with English abstract).

HU Xiu-mian, WANG Cheng-shan.2007.Cretaceous Oceanic Red Beds: characteristics, distribution and factor[J].Geological Journal of China Universities, 13(1): 1-13(in Chinese with English abstract).

HU Xiu-mina.2013.Distribution, Types and Origins of Phanerozoic Marine Red Beds[J].Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 32(3): 335-342(in Chinese with English abstract).JENKYNS H C.1988.The early Toarcian (Jurassic) anoxic event: Stratigraphic, sedimentary and geochemical evidence[J].Am J Sci., 288: 101-151.

LAJOIE J, CHAGNON A.1973.Origin of red beds in a Cambrian flysch sequence, Canadian Appalachians, Qubec[J].Sedimentology, 20(1): 91-103.

LI Xiang-hui, WANG Cheng-shan, HU Xiu-mian, WAN Xiao-qiao, XU Yu-lin, ZHAO Wen-jin.2000.The Pengqu Formation: a New Eocene Strat igraphical Unitin Tingri Area, Tibet[J].Journal of Stratigraphy, 24(3): 243-248(in Chinese with English abstract).

LING Bao-yu, QIU-Hong-cha, XU Chang-cheng.1984.New understanding of Ordovician in Wulate Qianqi of Inner Mongolia region[J].Geological Review, 30(2): 95-105(in Chinese).

RONG Jia-yu, WANG Yi, ZHANG Xiao-le.2012.Tracking shallow marine red beds through geological time as exemplified by the lower Telychian (Silurian) in the Upper Yangtze Region, South China[J].Science China, 55: 699-713(in Chinese with English abstract).

TURNER P.1979.Diagenetic origin of Cambrian marine red beds: Carefai Bay Shales, Dyfed, Wales[J].Sedimentary Geology, 24(3-4): 269-281.

WAN Xiao-qiao, LI Guo-biao, SI Jia-liang.2005.The distribution and ages of Late Cretaceous-Paleocene oceanic red beds in southern Tibet[J].Earth Science Frontiers, 12(2): 31-37(in Chinese with English abstract).

WANG Cheng-shan, HU Xiu-mian, HUANG Y, HUANG Y, SCOTT R W, WAGREICH M.2009.Cretaceous Red Beds (CORB): A Window on Global Oceanic and Climatic Change[C]//HU Xiu-mian, WANG Cheng-shan, SCOTT R W, WAGREICH M, JANSA L.(Eds.), Cretaceous oceanic red beds: Stratigraphy, composition, origins and Paleoceanographic and Paleoclimatic Significance, SEPM Speial Publication 91: Tulsa, 13-33.

WANG Cheng-shan, HU Xiu-mian.2002.IGCP463: Upper cretaceous oceanic red beds in Tethys[C]//The 4th World Conference on Geological Sciences(Chinese with English abstract).

WANG Cheng-shan, HU Xiu-mian.2005.Cretaceous world and oceanic red beds[J].Earth Science Frontiers, 12(2): 011-021(in Chinese with English abstract).

WANG Cheng-shan, HU Xiu-mian, HUANG Yong-jian, WAGREICH M, SCOTT R, HAY W.2011.Cretaceous oceanic red beds as possible consequence of oceanic anoxic events[J].Sedimentary Geology, 235: 27-37.

WANG Xiao-feng, CHEN Xu, CHEN Xiao-hong.1996.Stratigraphy in China: Ordovician[M].Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

WIGNALL P B, TWITCHETT R J.1996.Oceanic anoxia and the end Permian mass extinction[J].Science, 272: 1155-1158.

Bureau of Geology and Mineral Resources of Ningxia Hui Autonomous Region.1996.Rock strata In Ningxia hui autonomous region[M].Wuhan: China University of Geosciences Press(in Chinese).

Bureau of Geology and Mineral Resources of Inner Mongolia Autonomous Region.1996.Rock strata In Inner Mongolia autonomous region[M].Wuhan: China University of Geosciences Press(in Chinese).

WANG Ze-jiu, HUANG Zhi-gao, YAO Jian-xin, MA Xiu-lan.2014.Characteristics and Main Progress of The Stratigraphic Chart of China and Directions [J].Acta Geoscientica Sinica, 35(3): 271-276(in Chinese with English abstract).

Distribution and Ages of Ordovician Marine Red Beds around Ordos Basin

WU Zhen-jie1), LIN Bao-yu1), YAO Jian-xin1), YAO Xiang2)
1) Key laboratory of Stratigraphy and Paleontology, Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083

Based on previous work on stratigraphy and paleontology, the authors recognized 7 Ordovician marine red beds through a specialized study around Ordos Basin.The ages of these marine red beds confirmed by means of zone fossil, typical fossil zone or fossil assemblages of graptolite, Trilobita and coral in the interior or nearby places are in upward succession Tremadocian, late Floian (probably including early Dapingian), Dapingian, Darriwilian, Sandbian, early Katian and late Katian.The correlation of Ordovician red beds around Ordos Basin was erected, followed by a discussion on the paleoenvironment and distribution of these red beds.

Ordovician; marine red beds; Ordos; distribution; ages

P534.42; P539.2

A

10.3975/cagsb.2015.05.13

本文由國家重大基礎(chǔ)研究計劃“973”課題“鄂爾多斯奧陶紀(jì)古陸表海盆成鉀條件、機理和后期演化”(編號: 2011CB403001)和中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項目“陜北奧陶紀(jì)鹽盆地鉀鹽資源調(diào)查評價”(編號: 1212011085516)聯(lián)合資助。

2015-05-03; 改回日期: 2015-08-03。責(zé)任編輯: 閆立娟。

武振杰, 男, 1979年生。博士, 助理研究員。主要從事地層學(xué)研究。E-mail: wuzhenjie@cags.ac.cn。