內(nèi)蒙古烏蘭察布地區(qū)早白堊世沉積序列、沉積環(huán)境和構(gòu)造演化

張 輝， 劉瑞睿， 張志超

（河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北廊坊 065000）

烏蘭察布地區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，屬華北地臺北緣多金屬、石墨、煤成礦區(qū)［1-12］，但地層沉積序列、沉積環(huán)境及引發(fā)的構(gòu)造演化研究仍是空白，阻礙了礦產(chǎn)勘查工作，于是在烏蘭察布地區(qū)布置了1∶5萬旗下營等四幅的區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查研究工作. 研究區(qū)東部行政區(qū)域隸屬烏蘭察布市卓資縣，中西部屬呼和浩特市轄區(qū)，北西部屬武川縣管轄，總面積1577 km2. 依托該地質(zhì)調(diào)查項目，作者對內(nèi)蒙古烏蘭察布地區(qū)早白堊世沉積序列、沉積環(huán)境和構(gòu)造演化進行了研究，為未來礦產(chǎn)勘查工作提供扎實的基礎(chǔ)資料.

1 地質(zhì)背景

1.1 地層

研究區(qū)內(nèi)地層發(fā)育齊全，出露面積988.51 km2，占總面積62.68%（圖1），從老至新：黃土窯巖組（Ar2ht）和花山巖組（Ar2h）組成的中太古界集寧巖群（Ar2j）［13-14］、中太古界烏拉山巖群（Ar2w）［15-16］及下元古界紅山溝巖組（Pt1h）變質(zhì)巖系構(gòu)成的結(jié)晶基底；蓋層為中元古界增隆昌組（Pt2z）淺變質(zhì)海相碎屑巖-碳酸鹽巖建造，古生界下二疊統(tǒng)拴馬樁組（P1sm）淺變質(zhì)含煤碎屑巖，上二疊統(tǒng)老窩鋪組（P3l）紅色碎屑巖［17］，中生界侏羅系五當溝組（J1-2w）含煤碎屑巖，大青山組（J2d）紅色碎屑巖，白堊紀斷陷盆地內(nèi)粗碎屑巖為主的李三溝組（K1ls）、固陽組（K1g）及含細碎屑巖夾層的白女羊盤組（K1bn）火山巖，新近系中新統(tǒng)漢諾壩組（N1h）玄武巖，上新統(tǒng)寶格達烏拉組（N2b）紅色弱固結(jié)泥巖，第四系（Q）松散堆積物.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the study area

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)一級構(gòu)造單元屬華北板塊，二級構(gòu)造單元為華北地塊，三級構(gòu)造單元為陰山隆起［18-20］. 研究區(qū)北部、南部以構(gòu)造隆起為主，發(fā)育中太古代變質(zhì)深成體及古元古代侵入巖等變質(zhì)基底；中部以構(gòu)造凹陷為主，發(fā)育中、新生代地層，研究區(qū)分為三個四級構(gòu)造單元：陰山斷隆，大同營—金盆斷陷和涼城斷?。▓D2）.

1.3 巖漿巖

研究區(qū)內(nèi)侵入巖以酸性為主，出露面積659.6 km2，占總面積41.83%，有中新太古代、古中元古代、中二疊世、早白堊世的侵入巖，其中中太古代侵入巖已變質(zhì)為片麻巖. 白堊紀燕山期侵入巖以巖株、巖脈狀產(chǎn)出，巖性為二長花崗巖. 火山巖主要分布于白女羊盤組及漢諾壩組之中（圖2）.

圖2 研究區(qū)四級構(gòu)造單元圖Fig.2 Structural unit map of level IV

2 早白堊世沉積序列與沉積環(huán)境

研究區(qū)白堊系由下白堊統(tǒng)組成，出露在研究區(qū)中東部的大同營—金盆盆地內(nèi)（圖1），與下伏中侏羅統(tǒng)大青山組或其他地層、上覆漢諾壩組皆為不整合接觸.

2.1 下白堊統(tǒng)李三溝組（K1ls）

2.1.1 地質(zhì)分布特征

李三溝組出露面積75.8 km2，占總面積5.13%，厚743.04 m，雜色陸源碎屑巖建造. 根據(jù)巖性組合特征劃分為李三溝組一段（K1ls1）、李三溝組二段（K1ls2），兩者整合接觸，以一套厚度較大、延伸穩(wěn)定、標志層的礫巖層為界. 卓資縣小四道溝南西李三溝組實測地質(zhì)剖面為代表（圖3），剖面起點坐標為X：4 534.705 m，Y：19 597.471 m，H：1420 m.

圖3 卓資縣小四道溝南西李三溝組實測地質(zhì)剖面圖Fig.3 Measured stratigraphic section of K1ls in Zhuozi County

李三溝組分布集中，呈不連續(xù)、弧形環(huán)繞于大同營—金盆斷陷盆地邊緣，傾角10°～30°，傾向多變，在盆地南緣地層圍繞盆地邊緣向中心傾斜，且靠近盆緣處傾角相對較大，在盆地北緣受斷層影響地層產(chǎn)狀雜亂.

2.1.2 沉積序列沉積環(huán)境

1）李三溝組一段（K1ls1）

李三溝組一段基本層序分為基本層序A和基本層序B. 基本層序A（圖4）：李三溝組一段下部. 其下部砂質(zhì)礫巖夾含礫粗砂巖及長石粗砂巖透鏡體；中部長石粗砂巖夾泥質(zhì)砂巖；上部為粉砂質(zhì)泥巖夾長石砂巖透鏡體，含碳質(zhì)成分及煤線；分選磨圓差，厚度2～4 m. 基本層序B（圖5）：李三溝組一段上部. 其下部單元含礫粗砂巖，厚度0.3～1.0 m，平行層理；上部砂質(zhì)泥巖、含炭屑粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖透鏡體，厚度0.5～3 m，個別達6 m，水平層理、槽狀交錯層理、板狀交錯層理，具河流相沉積特點.

圖4 李三溝組一段下部基本層序AFig.4 Basic sequence A of the lower part of K1ls1

圖5 李三溝組一段上部基本層序BFig.5 Basic sequence B of the upper part of K1ls1

李三溝組一段下部沉積物分選磨圓差，反映了近物源區(qū)快速堆積的特點. 李三溝組一段相變明顯，下部為洪積扇相，上部逐漸變?yōu)楹恿骱酉啵黄矫嫔舷驏|洪積扇減小，為河流沼澤相及淺湖相，水流自西向東，物源來自西側(cè)陰山斷?。▓D2）.

2）李三溝組二段（K1ls2）

李三溝組二段基本層序分為基本層序A和基本層序B. 基本層序A：李三溝組二段下部. 其下部礫巖、礫質(zhì)砂巖，厚度變化較大0.7～5 m；中部含礫砂巖，厚度一般幾十厘米不等；上部細砂巖或泥質(zhì)細砂巖，厚度較小. 見平行層理、正粒序?qū)永?、板狀交錯層理、沖刷面，具有河流相沉積特點. 基本層序B：李三溝組二段上部. 其下部單元由含礫砂巖組成，具平行層理，正粒序構(gòu)造，厚度30～50 cm；上部粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等，無明顯層理，厚度0.5～2.0 m，局部頂部出現(xiàn)薄層煤線或粉晶灰?guī)r；層序頂?shù)捉缜逦厝唬瑔蝹€基本層序厚度一般1.5～3.0 m；反映了湖相沉積特點，細碎屑巖占比例很大.

2.2 下白堊統(tǒng)固陽組（K1g）

2.2.1 地質(zhì)分布特征

固陽組分布于大同營—金盆斷陷盆地中心，出露面積108.69 km2，占總面積6.89%，厚866.44 m，一套陸源碎屑巖，產(chǎn)狀平緩，底部整合于李三溝組二段之上. 分三個巖性段：固陽組一段、固陽組二段、固陽組三段，以二段和三段底部一套延伸穩(wěn)定的灰黃色粗巨礫巖為界，三者之間整合接觸. 卓資縣福生莊大納令溝東固陽組實測地質(zhì)剖面為代表（圖6），剖面起點坐標為X：4 539.704 m，Y：19 621.999 m，H：1436 m.

圖6 卓資縣福生莊大納令溝東固陽組實測地質(zhì)剖面圖Fig.6 Measured stratigraphic section of K1g in Zhuozi County

2.2.2 沉積序列與沉積環(huán)境

1）固陽組一段（K1g1）

中粗碎屑巖占明顯優(yōu)勢，發(fā)育兩種基本層序類型. 基本層序A：固陽組一段下部. 其下部塊層狀礫巖，厚度較大2～5 m，個別達10 m，偶見砂巖透鏡體，上部鈣質(zhì)含礫中粗粒巖屑長石砂巖，厚度一般0.3～1.5 m；沖積扇相沉積環(huán)境. 基本層序B：固陽組一段上部. 其下部灰黃色礫巖，中部灰黃色含礫鈣質(zhì)巖屑長石砂巖，頂部細砂巖、粉砂巖，亦可出現(xiàn)少量紫紅色泥巖；河流相沉積環(huán)境，水流方向為自西向東.

2）固陽組二段（K1g2）

發(fā)育基本層序C（圖7）：下部厚層狀、塊層狀灰黃色粗礫巖，中部灰黃色砂質(zhì)礫巖、含礫粗砂巖夾黃綠色砂質(zhì)泥巖，上部灰綠色泥質(zhì)巖夾灰黃色砂巖，發(fā)育水平層理，偶見煤線；反映了湖沼相沉積特征.

圖7 固陽組二段基本層序CFig.7 Basic sequence C of K1g2

3）固陽組三段（K1g3）

發(fā)育基本層序D（圖8）：下部灰黃色礫巖或砂質(zhì)礫巖，可見含礫砂巖透鏡體，中部灰黃、灰綠色砂巖、含礫砂巖，發(fā)育平行層理，頂部紫紅色粉砂巖或泥巖，發(fā)育水平層理，厚0.1～0.4 m；具洪泛平原沉積特點.

圖8 固陽組三段基本層序DFig.8 Basic sequence D of K1g3

2.3 下白堊統(tǒng)白女羊盤組（K1bn）

2.3.1 地質(zhì)分布特征

白女羊盤組主要分布于研究區(qū)東南部一帶，出露面積8.19 km2，占總面積0.52%，角度不整合于中太古界結(jié)晶基底或固陽組之上，該組巖性橫向變化較快，顯示火山巖地層特征.

2.3.2 火山巖相及火山噴發(fā)韻律

白女羊盤組為陸相山間盆地噴發(fā)-沉積的產(chǎn)物，可劃分出一個由熔巖到沉火山碎屑巖、含火山碎屑沉積巖組成的較完整得噴發(fā)旋回. 該旋回由噴溢相到噴發(fā)沉積相，成分上由基性至酸性，反映出火山活動整體上由弱漸強的雙峰式演化過程，依據(jù)巖石中火山碎屑物比例可劃分出4個完整的噴發(fā)韻律（表1）.

表1 白女羊盤組火山巖相噴發(fā)韻律表Tab.1 Eruption rhythm of volcanic lithofacies of K1bn

火山活動初期能量較弱，以地表溢流相為主，形成了一套中基性的火山熔巖，期間發(fā)生一次短暫升降運動，沉積了少量沉火山碎屑巖. 溢流相結(jié)束后盆地再次沉降，并長時間處于水下環(huán)境，此時火山活動趨于強烈頻繁，火山物質(zhì)成分由中基性演變?yōu)樗嵝?，形成了一套厚度較大的噴發(fā)沉積相巖石組合，并在火山噴發(fā)間歇期沉積含有大量動植物化石的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等，說明大同營—金盆盆地沉積環(huán)境經(jīng)歷地表轉(zhuǎn)到水下再到地表的過程.

3 構(gòu)造演化

中生代因太平洋構(gòu)造域的疊加，研究區(qū)經(jīng)歷了晚侏羅世的擠壓造山，形成一系列北東—南西向展布的逆斷層和推覆體等. 到早白堊世初期能量釋放，研究區(qū)處于伸展拉張的構(gòu)造環(huán)境，在大同營—金盆一帶形成斷陷盆地，盆地的演化可分為以下三個階段（圖9）.

圖9 大同營—金盆斷陷盆地早白堊世沉積環(huán)境、構(gòu)造演化圖Fig.9 Sedimentary environment and tectonic evolution of Early Cretaceous in Datongying-jin continental basin

3.1 初始裂陷期

早白堊世初期，在大同營—金盆一帶強烈伸展拉張發(fā)生斷陷，形成了斷陷盆地的雛形. 當時氣候較為干旱，盆地周緣的物源區(qū)機械風化強烈，為盆地提供了大量陸源碎屑. 沉積初期李三溝組一段下部以洪積扇相沉積為主，隨著盆地沉降，沉積環(huán)境逐漸演化為河湖沼澤相. 在空間分布上，沖積扇位于盆地邊緣山谷出口處，河流位于沖積扇前緣靠近盆地一側(cè)，湖泊在此階段分布范圍較小，主要位于盆地中心部位.

3.2 強擴張期

早白堊世中期，大同營—金盆盆地發(fā)生強烈擴張，盆地面積進一步增大，表現(xiàn)為早期封閉式擴張期和晚期開放式擴張期.

1）早期封閉式擴張期：隨著斷陷加劇，盆地基底沉降速度大于沉積物供給速率，盆地水域范圍擴大，水體加深，沉積環(huán)境以河湖相沉積為主，且細碎屑物質(zhì)明顯增多，在李三溝組二段上部出現(xiàn)了一些灰綠色細砂巖、粉砂巖，偶見煤線、薄層粉晶灰?guī)r.

2）晚期開放式擴張期：李三溝組二段沉積結(jié)束后，盆地基底沉降速率減慢，以風化夷平為主，各個封閉式盆地擴張為開放式盆地. 固陽組一段沉積開始，形成了一套厚度較大以礫巖為主的河流、洪積相沉積物，整合于李三溝組二段之上. 到固陽組二段盆地基底沉降加速，氣候較為溫暖潮濕，為動植物生長創(chuàng)造了條件，沉積環(huán)境以湖沼相為主，形成了一套粗細相間碎屑巖組合，向上細碎屑巖增多，出現(xiàn)大量泥巖、粉砂巖，局部夾煤線.

3.3 擴張后萎縮期

早白堊世后期，區(qū)域伸展拉張停止，盆地基底沉降趨于停止或緩慢抬升，盆地開始淤積、萎縮、消亡，沉積了固陽組三段，具有洪泛平原沉積特點. 同時，深部物質(zhì)沿盆地邊緣斷裂上涌，火山活動劇烈，形成了白女羊盤組，與下伏固陽組三段不整合接觸.

4 結(jié)論

1）研究區(qū)內(nèi)李三溝組沉積相變明顯，一段由洪積扇相發(fā)展為河湖沼澤相，二段以河湖相沉積為主，反映了大同營—金盆盆地演化早期水體由淺變深的特點.

2）研究區(qū)內(nèi)固陽組反映了大同營—金盆盆地不同構(gòu)造時期的不同沉積環(huán)境：早期以山間盆地內(nèi)充填類磨拉石建造，中期以湖泊相沉積為主，晚期主要為大型河流及洪泛平原沉積，表明了該盆地在固陽組沉積期經(jīng)歷了由下降沉積至隆升剝蝕的完整沉積旋回.

3）區(qū)域上大同營—金盆盆地的李三溝組中盛產(chǎn)砂金，含金層位為底部黃褐色底礫巖及上部紫紅色礫巖，厚度10 m以上，東鄰研究區(qū)附近金品位較富，最高達51.318 g/m3，最大金粒重36.5 g. 研究區(qū)內(nèi)李三溝組層位未發(fā)現(xiàn)砂金，但考慮具有相似的地質(zhì)背景，在盆地周邊均出露砂金的初始礦源層前寒武紀變質(zhì)基底，所以研究區(qū)內(nèi)李三溝組具有尋找古砂金的前景，尤其在盆地邊緣古河道內(nèi).

4）區(qū)域上固陽組為一套含煤地層，但在研究區(qū)內(nèi)的固陽組中未發(fā)現(xiàn)有工業(yè)意義的煤層，僅見煤線或薄層褐煤. 考慮到研究區(qū)整體上處于大同營—金盆盆地西側(cè)邊緣，成煤環(huán)境較差，故在研究區(qū)內(nèi)固陽組中尋找煤礦的前景不大.