寧夏賀蘭山北段晚石炭—早二疊紀沉積環(huán)境演化特征

王學寧

摘 要：依據(jù)巖石組合和生物組合特征，將寧夏賀蘭山北段的晚石炭紀至早二疊紀地層劃分為土坡組和太原組兩個組級巖石地層單位；巖石組合以陸源碎屑巖、石英砂巖、泥（頁）巖和少量碳酸鹽巖及煤層（線）沉積為主；從巖石特征、地層層序、沉積相及沉積環(huán)境演化特點看，晚石炭紀本區(qū)基底拗陷下沉，以海進作用為主，海水由南西向北東方向侵進，形成南西—北東向狹長海域，隨著盆地范圍的不斷擴大，形成了半封閉沉積環(huán)境的海灣，至早二疊紀早期演化為陸表海環(huán)境。

關鍵詞：賀蘭山北段 晚石炭—早二疊紀 巖石特征 沉積環(huán)境演化

中圖分類號：Q914 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0051-03

寧夏賀蘭山北段晚石炭-早二疊紀地層發(fā)育齊全，依據(jù)巖石組合和生物組合特征，將其地層劃分為土坡組和太原組兩個組級巖石地層單位；其地層沉積范圍基本一致，主要出露于胡魯斯臺、石炭井、李家溝、馬蓮灘和敖包圖等地。綜合地層區(qū)劃屬于華北地層大區(qū)（V）之晉冀魯豫地層區(qū)（V4）之華北西緣地層分區(qū)（V41）[1]。

1 巖石地層特征

1.1 土坡組（C2t）

巖性為灰—灰白色粗—細粒石英砂巖與深灰—黑灰色粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、頁巖、泥巖呈韻律狀互層，夾灰—深灰色泥灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r透鏡體及薄煤層[2]。在胡魯斯臺和石炭井地區(qū)李家溝一帶厚464.2m。本組不整合于下伏地層之上，與上覆地層太原組呈整合接觸。

其巖石組合特征是：中、上部為石英砂巖與粉砂巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖呈不等厚互層，下部為石英砂巖夾頁巖及灰?guī)r透鏡體，為一套三角洲相的巖石地層組合。

1.2 太原組（C2P1t）

本組與下伏的土坡組、上覆的山西組均為連續(xù)沉積。本組在賀蘭山北段沉積厚度110～180m，內(nèi)蒙阿左旗胡魯斯臺沉積厚度412.89m，向北向南均有變薄趨勢。巖性主要以灰-灰黑色頁巖、砂質(zhì)頁巖、泥巖為主，間夾淺灰色中厚薄層、中細粒石英巖狀砂巖、石英砂巖、生物碎屑灰?guī)r、含 2～4層可采煤層及薄煤層、煤線，在生物碎屑巖中富腕足類、蜓類等化石，頁巖中富含植物化石。野外以出現(xiàn)灰黃色厚層砂巖、底部有一層煤的底界作為本組頂界、山西組底界的識別標志[1，2]。為一套三角洲平原亞相為主，三角洲前緣亞相次之，前三角洲亞相發(fā)育差的巖石地層組合。

2 基本層序

2.1 土坡組基本層序

（1）粉砂質(zhì)泥（頁）巖—砂巖—頁巖夾生物碎屑灰?guī)r向上變粗再變細層序（見圖1a、b）。

該層序在土坡組的下段和上段發(fā)育。層序厚15～90m，以25～50m為主。層序下部為淺灰色粉砂質(zhì)泥巖，向上為粉砂巖、細砂巖，顯示自下向上逐步變粗特征，發(fā)育沙紋層理。層序中部為淺灰、灰白色中-細粒石英砂巖夾少量粉砂-細砂巖、泥（頁）巖（含植物莖桿）。底部含礫石，呈現(xiàn)向上變細的特征明顯，發(fā)育槽狀交錯層理、板狀斜層理、平行層理等；中部與下部呈侵蝕接觸。層序上部以黑色頁巖為主，間夾灰?guī)r透鏡體不穩(wěn)定層，偶夾煤線，在黑色頁巖中含菱鐵礦結(jié)核、鐵鈣質(zhì)結(jié)核等。從沉積厚度看，中、下部沉積度均大于上部厚度。該類層序顯示了三角洲前緣亞相沉積特征，上、中、下三部分分別屬分屬支流間灣微相、水下分流河道、河口砂壩。

（2）粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、細砂巖—頁巖夾灰?guī)r向上變粗再變細層序（見圖1b中部）。

本層序厚10～32m，構(gòu)成形式和特征與上述A層序下部和上部相同，即由河口砂壩微相和支流間灣微相組成。

（3）砂巖-頁巖夾灰?guī)r向上變細層序。發(fā)育于下段和上段。層序厚14～102m。下部與上述A層序中部巖性特征相似，為明顯向上變細的砂體；上部與A層序上部沉積特征相似，以黑色頁巖為主，夾透鏡狀灰?guī)r不穩(wěn)定層，偶夾煤線。該沉積層序與A層序中-上部相近，為一套三角洲前緣亞相沉積特征，上部與下部分別屬支流間灣微相和水下分流河道微相。

（4）砂巖—（粉砂巖）—泥（頁）巖向上變細層序（見圖1c）。該層序僅發(fā)育于上段。底部為淺灰、灰白色中層含礫鈣質(zhì)長石石英砂巖，自下而上粒度由粗變細，成層厚度由厚變??；砂巖發(fā)育槽狀層理、板狀交錯層理、平行層理、沙紋層理，層理構(gòu)造由大型變?yōu)樾⌒停@示水動力條件由強變?nèi)?；上部由深灰色泥巖、炭質(zhì)頁巖、煤層組成，偶夾粉砂巖。該層序為一套三角洲平原亞相沉積特征，上部與下部分別屬沼澤微相和水上分流河道微相。

2.2 太原組基本層序

（1）砂巖—粉砂巖—泥（頁）巖向上變細層序（圖2a）。

該層序底部含礫巖，向上的砂巖成層厚度由中厚層變?yōu)橹?薄層，巖石結(jié)構(gòu)由中粗變?yōu)橹?細粒，砂巖上部發(fā)育含豐富植物化石的炭質(zhì)泥（頁）巖及煤層（線）；沉積構(gòu)造主要有槽狀交錯層理、大型板狀斜層理和平行層理等。該類層序顯示了一套三角洲平原亞相沉積特征，上部與下部分別屬沼澤微相和水上分流河道微相。

（2）粉砂質(zhì)頁巖—砂巖—泥（頁）巖夾灰?guī)r向上變粗又變細層序（圖2b）。層序底部含礫，下部為夾中薄層細砂巖的粉砂巖和泥（頁）巖，細砂巖中發(fā)育沙紋層理；中部的中厚層中細粒砂巖中發(fā)育大型板狀斜層理、槽狀交錯層理、平行層理等層理構(gòu)造；上部以灰黑色粘土巖類（頁巖、泥巖、炭質(zhì)頁巖）為主，夾中厚層生物碎屑灰?guī)r及煤層、煤線。該層序為一套三角洲前緣亞相沉積特征，上、中、下三部分分別屬分屬支流間灣微相、水下分流河道和河口沙壩。

（3）粉砂質(zhì)泥（頁）巖、粉砂巖、細砂巖—（泥）頁巖夾灰?guī)r向上變粗再變細層序（圖2b）。該類層序不發(fā)育。層序厚10～20m，構(gòu)成形式與上述B類層序下部和上部相似，無中部水下分流河道砂體。

（4）砂巖—頁巖夾灰?guī)r向上變細層序（圖2b）。該類層序一般厚15～40m。層序下部沉積特征與B層序中部砂巖相近；上部以黑色頁巖、炭質(zhì)頁為主，偶夾灰?guī)r、煤層（線），其沉積特征與B層序上部相近。該層序較發(fā)育，具三角洲前緣亞相沉積特征，上部與下部分別屬支流間灣微相、水下分流河道微相。endprint

3 沉積相分析

3.1 土坡組沉積相

土坡組主要由陸源碎屑巖與石英砂巖、泥（頁）巖和少量碳酸鹽巖及煤層（線）組成，分別約占總厚度的30%、68%和2%。其沉積層序自下而上發(fā)育4個基本層序：粉砂質(zhì)泥（頁）巖-砂巖-頁巖夾生物碎屑灰?guī)r向上變粗再變細層序（圖1a、b）；粉砂質(zhì)頁巖、粉砂細砂巖-頁巖夾灰?guī)r向上變粗再變細層序（圖1b中部）；砂巖—頁巖夾灰?guī)r向上變細層序（圖1b中-上部）；砂巖—（粉砂巖）—泥（頁）巖向上變細層序（圖1c）。主要的層理構(gòu)造有槽狀交錯層理、板狀斜層理、平行層理、沙紋層理4個層理，最典型層理有雙向交錯層理、魚骨狀層理，巖石層面上常見不對稱波痕。從沉積特點分析，土坡組具有三角洲沉積環(huán)境特征，可細分為三角洲平原亞相（水下分流河道微相、分流間灣微相、沼澤微相）、三角洲前緣亞相（河口砂壩微相、遠砂壩微相）和前三角洲亞相。反映當時的沉積環(huán)境應處于弱還原或還原環(huán)境，并周期性被海水淹沒的過渡性環(huán)境。

3.2 太原組沉積相

該組巖性主要由陸源碎屑巖與石英砂巖、粘土巖和間夾碳酸鹽巖及煤層（線）構(gòu)成，分別占總厚度的32%和66%，碳酸鹽巖、煤層（線）占2%左右。其沉積層序自下而上發(fā)育4個基本層序：砂巖—粉砂巖—泥（頁）巖向上變細層序（圖2a）；粉砂質(zhì)頁巖—砂巖—泥（頁）巖夾灰?guī)r向上變粗又變細層序（圖2b）；粉砂質(zhì)泥（頁）巖、粉砂巖、細砂巖—（泥）頁巖夾灰?guī)r向上變粗再變細層序（圖2b）；砂巖—頁巖夾灰?guī)r向上變細層序（圖2b）。主要的層理構(gòu)造：在砂巖中發(fā)育中-大型板狀、楔狀、槽狀斜層理；在細砂巖中發(fā)育平行層理、中-小型波狀斜層理和雙向交錯層理；在泥（頁）巖中發(fā)育水平層理、沙紋層理。從沉積特點分析，太原組具有三角洲沉積環(huán)境特征，可細分為三角洲平原亞相（三角洲平原河道微相、三角洲平原泥炭沼澤微相）、三角洲前緣亞相（河口砂壩微相、遠砂壩微相、支流間灣微相）和前三角洲亞相。反映當時的沉積環(huán)境應為典型的海相弱還原或還原環(huán)境，并周期性被海水淹沒的過渡 性環(huán)境。

4 沉積環(huán)境演化征

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)和本區(qū)實測地質(zhì)資料分析，在晚石炭世早期以前，祁連海區(qū)向東擴展至賀蘭山南段，形成一個海灣，海水并未到達賀蘭山中、北段；直到晚石炭世晚期，海灣繼續(xù)擴大，越過靈武、銀川等地，到達賀蘭山中、北段，使石炭系地層由南向北逐漸上超于不同時代的老地層之上，在賀蘭山北段沉積了晚石炭世早期地層土坡組及晚石炭世—早二疊世早期地層太原組[3]。

晚石炭早-中期，海灣繼續(xù)沿南西-北東方向擴展，土坡組在胡魯斯臺的出露地層最全，沉積總厚度達到464.2m，其直接不整合于寒武系地層之上。在其東南的柴達朗溝、石炭井、李家溝、馬蓮灘一帶的沉積地層該組缺失中、下部，不整合于寒武系及其他更老地層之上，表明海灣在晚石炭世早-中期末，海侵一致向北東方向發(fā)展，逐步形成一個向南西開口的海灣，土坡組的沉積過程始終處于水下高能環(huán)境[4]。

晚石炭世晚期，賀蘭山地區(qū)海侵范圍有所擴大，特別是海灣東部的鄂爾多斯古陸下陷，使原來的海灣與華北海連成一片。整個沉積格局發(fā)生了較大改變，使石炭系的格局變?yōu)橐粋€廣闊的海陸交互環(huán)境，而不再限于古海灣沉積環(huán)境。

晚石炭世晚期至早二疊世早期，祁連海與華北海溝通，整個華北同祁連—走廊區(qū)一樣，呈現(xiàn)為廣闊的陸表海環(huán)境。在頻繁的海水進退作用下，形成了太原組三角洲相沉積。太原組以三角洲平原亞相為主，三角洲前緣亞相次之，前三角洲亞相發(fā)育差[5]。

早二疊世早期末，由于受區(qū)域構(gòu)造運動的影響，本區(qū)抬升隆起，海水退出，結(jié)束了本區(qū)的海相沉積歷史。

5 結(jié)語

本文通過對每個地層單元的巖石特征、地層層序、沉積相及沉積環(huán)境演化分析，筆者認為寧夏賀蘭山地區(qū)石炭紀地層是由一套陸源碎屑巖、泥質(zhì)巖、粘土巖及少量碳酸鹽及煤層（線）組成，具三角洲沉積環(huán)境特征。從巖石特征、地層層序、沉積相及沉積環(huán)境演化特征分析，賀蘭山北段早石炭世晚期-早二疊世早期地層是在基底拗陷下沉、盆地范圍不斷擴大的構(gòu)造背景條件下形成的。其中在晚石炭早-中期，本區(qū)以海進作用為主，處于南西向開口的水下高能海灣環(huán)境。晚石炭世晚期-早二疊世早期本區(qū)演化為陸表海環(huán)境，頻繁的海進、海退作用，形成了太原組的三角洲相。

參考文獻

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