寒武纪原型盆地

寒武纪原型盆地特征~

(一)岩相与沉积环境
1. 早寒武世
早寒武世塔里木地块为古昆仑洋与天山洋围限, 自地块内部向边缘水体急剧加深。海水覆盖整个盆地, 因周边缺少物源, 主要沉积了一套碳酸盐岩。 受西高东低的地形控制,沉积体系出现东西分异, 自东向西形成盆地、斜坡、台地边缘、开阔台地及局限台地沉积体系。盆地西部为克拉通内坳陷碳酸盐岩沉积, 盆地东部为克拉通边缘坳陷盆地相硅质岩相区, 二者之间沿轮南1井、满参1井一线形成马蹄形的台地边缘带。
盆地水体西浅东深, 沉积环境相对稳定, 沉降幅度大。西部台地及台地边缘下寒武统由下向上发育了玉尔吐斯组、肖尔布拉克组与吾松格尔组。 阿瓦提-塔中地区下寒武统为一套局限台地相厚层白云岩、藻白云岩, 已有和4井、方1井等井钻遇。满加尔坳陷的东部及库鲁克塔格地区为欠补偿盆地相。塔东1井揭示一套厚64m的硅质岩, 属相对深水环境产物; 西大山组(Є1xd)钻遇巨厚层黑色硅质泥岩, 偶见黄铁矿斑点。在库鲁克塔格地区, 下寒武统出露广泛, 主要为硅质泥岩、泥灰岩和薄层灰岩, 厚度较薄, 一般小于200m。
西昆仑地区昆仑洋的证据主要是新元古代—早古生代库地蛇绿岩的存在, 据姜春发(1992)、王东安 (1989)研究该区域属于深海-次深海区, 其杂色沉积火山碎屑岩为深水浊流沉积。
2. 中寒武世
中寒武世出现了膏盐岩沉积, 并在盆地内占有重要地位, 总体反映了海退的趋势。但沉积格局基本继承了早寒武世的特点。
西部克拉通内坳陷主要为大套膏盐 (泥)岩夹白云岩、灰岩和云质泥岩, 为局限台地沉积, 西部柯坪露头区岩性有所不同, 主要为云质泥岩、藻白云岩、白云质灰岩, 部分层段见有石膏假晶。
台地边缘相和前缘斜坡相目前还没有井钻遇,推测为藻礁灰岩、藻礁云岩等。库南1井和塔东1井部位处于斜坡和欠补偿盆地环境; 库鲁克塔格地区则发育盆地相硅质泥岩、页岩和薄层灰岩。塔西南地区为台地边缘-斜坡相, 北山及昆仑山地区仍延续了早寒武世的构造格局。
3. 晚寒武世
晚寒武世, 海水再次入侵, 水体缓慢加深。盆地东深西浅、平面上三分的古地理格局仍很明显, 斜坡相、广海陆棚相和半深海盆地相的位置及展布特征基本不变。与早、中寒武世相比, 主要差别在于盆地沉积以开阔台地相为主,局限台地相主要发育在巴楚-塔中地区,其他体系的相带变宽。总体反映了海水变深、海底地形变缓的沉积背景。
欠补偿盆地相分布于库鲁克塔格地区, 主要为薄层灰岩和泥页岩, 含几丁石、笔石、微古植物化石。此外, 库南1井钻遇的斜坡-陆棚相, 主要岩性为灰岩和泥灰岩。北山地区自甘肃至新疆境内, 水体逐渐加深, 为陆架边缘盆地沉积。
(二)原型盆地类型及构造格局
早寒武世盆地的西南缘与北缘分别发育北昆仑裂谷盆地和南天山裂谷盆地, 东南侧为阿尔金-祁漫塔格隆起(图2-3-1)。盆地内西高东低, 但西部克拉通内部坳陷沉降较快, 发育开阔台地与局限台地沉积。 盆地东部为克拉通边缘坳陷, 属强烈拉张环境的产物。南天山裂陷作用东强西弱, 东部为海水较深的槽盆, 火山活动发育, 西部则为浅海陆架沉积。兴地断裂为南天山裂陷与塔东克拉通边缘坳陷的分界断裂, 其南侧为半深海盆地, 北侧为浅水台地, 也可能形成水下隆起。
中寒武世原型盆地的主要特征是北昆仑洋的出现, 相应地沿着塔西南缘的叶城—和田—于田一带形成了被动大陆边缘, 主要发育开阔台地与斜坡相沉积 (图2-3-2)。其次是在海退背景下塔西克拉通内坳陷发育宽广的膏盐岩沉积, 属局限台地内坳陷的产物。与早寒武世相比, 局限台地向东南的塔中地区扩展, 而开阔台地向塔北西部地区拓展。塔东仍为克拉通边缘坳陷, 仅发生了沉积相带的迁移。
晚寒武世基本继承了早中寒武世原型盆地的特点 (图2-3-3)。北昆仑洋宽度进一步扩大, 南天山裂陷进一步加强。 由于北昆仑带拉张程度的加大, 位于其北侧的叶城—和田一带形成了一个水下低隆起, 这是塔西南隆起的雏形。 它的形成是在早期裂谷的肩部,后期均衡翘升作用的结果。在地震剖面上, 可见上寒武统自北而南向其减薄超覆。塔西克拉通内坳陷由于海平面上升, 局限台地范围缩小, 且由于沉降的不均一性, 于巴楚—塔中一带形成近东西向的台地内坳陷。
与震旦纪相比, 寒武纪沉积基本覆盖了整个盆地, 由南、北陆中间海的“南北分异”格局演变为“西高东低” 的形态, 盆地东南缘的阿尔金古陆地形进一步趋缓。 由早寒武世的初始海侵, 到中寒武世的海退, 再到晚寒武世的海侵, 表现出海平面总体升高的演变趋势。 由于拉张活动与沉降的不均一性, 沉积物源供给的平面变化, 塔东边缘坳陷为欠补偿环境沉积。

四川原型盆地的形成演化主要受周边的华夏地块、华北地块和松潘-甘孜地块的作用，其以江南断裂、城口-房县断裂和龙门山断裂为界与上述各地块之间的相互作用构成海相原型盆地发育的主要构造背景。盆地克拉通基底在晋宁期形成后，自南华纪开始，进入相对稳定的地台发展阶段，亦即海相盆地的演化阶段，直至中三叠世末的印支运动后，才进入真正的、实质性的海相盆地改造阶段。但在其发展过程中的不同阶段，克拉通内部不同部位及其周缘的大地构造性质是不均一的，空间上不同的次级构造单元则具有较显著的差异性。在Rodinia旋回中，寒武纪—奥陶纪四川海相盆地演化可分为两个阶段：寒武纪—早奥陶世被动大陆边缘及克拉通内坳陷阶段和中奥陶世前陆盆地和克拉通内挠曲坳陷发育阶段。
（一）寒武纪—早奥陶世克拉通内坳陷盆地和周缘边缘坳陷盆地发育
从南华纪开始，华南地区晋宁期的板块汇聚作用已被加里东早期的拉张-伸展作用所代替。保存于赣湘桂、粤北地区的华南盆地再次伸展、裂陷、水体加深，成为分隔扬子地块与华夏地块的一个新生海盆。在扬子地块北缘地区，由于裂离作用的进一步发展，在扬子地块与华北地块之间出现了以商丹缝合带残留蛇绿岩为代表的商丹洋。在扬子地块的西南，以昌宁-孟连洋为代表，分隔了扬子地块与冈瓦纳地块。与此同时，在扬子陆块内产生了西乡-神农架、攀西等大陆裂谷，发育了大陆火山喷发相及河流相碎屑岩。由此形成了以扬子地块克拉通（碳酸盐台地）为核心，分别向南、向北、向西南逐渐变深的克拉通边缘坳陷盆地，而四川盆地则为伸展作用下的克拉通盆地，受基底断裂的控制，盆地内以隆坳格局为主要特征，其中以乐山-龙女寺古隆起最为显著，表现为同沉积隆起和剥蚀隆起交替发育（图2-3-4，图4-3-5）。
1.早寒武世筇竹寺期原型盆地
四川盆地及邻区早寒武世的构造格局对晚震旦世具一定的继承性，边缘保持裂陷特征，表现为西高东低，整体向南东方向倾斜（图2-3-5，图2-3-6）。
上扬子浅海成为西北高、东南低的以波浪作用为主的广海型碎屑岩缓坡型大陆架。上扬子地块西部的泸定古隆起崛起暴露地表成为南北向的隆起区，并与松潘隆起共同构成南北轴向的不连续剥蚀区，因此在其临近的东部地区—都江堰—峨眉山一线以西地区发育了潮坪-滨岸相的云质砂砾岩和砂泥质沉积。

图2-3-4 四川盆地乐山-龙女寺古隆起2006WW31_5地震剖面下古生界接触关系图


图2-3-5 四川盆地及邻区早寒武世NW-SE向构造地层结构剖面示意图

东南部原扬子板块和华夏板块拼合界限一带产生一定程度的拉张，从北西-南东，构造格局由浅海变为扬子东南大陆边缘盆地、湘黔大陆斜坡盆地。北缘随着秦岭洋的进一步扩张，盆地类型为被动大陆边缘盆地。扬子地块西部早震旦世形成石棉-澄江后造山期裂谷带，早寒武世继承发展，在扬子地块西缘形成北东向龙门山-锦屏山坳拉槽，与上扬子以龙门山断裂为界。上扬子地块北部、东南部和川西仍发育三大海槽，并影响着沉积环境和沉积物空间分布和变化的格局。
四川盆地内部，受华蓥山断裂带、龙泉山断裂和龙门山断裂等基底断裂的控制，盆地内部表现为隆坳格局，其中以乐山-龙女寺古隆起和川渝坳陷最为典型。受早寒武世兴凯运动影响，尤其川西及川西北兴凯运动表现明显，地震剖面亦揭示下寒武统比中上寒武统具有更大的地层厚度分异（从坳陷或斜坡到隆起）及更多的上超和削蚀点，表现地壳活动于早寒武世时明显活跃。因此该时期盆地中基底断裂发生强烈活动，华蓥山断裂带、龙泉山断裂和龙门山断裂分别控制着龙门山隆起、乐山-龙女寺古隆起以及川渝坳陷。
2.早寒武世沧浪铺-龙王庙期原型盆地
沧浪铺-龙王庙期四川盆地及邻区构造格局与筇竹寺期类似，沉积和盆地的演化继承了前期的特点，是早寒武世沉积和构造格局的延续。陆块边缘发育被动大陆边缘盆地，盆地整体构造格局为北西高南东低，整体向南东方向倾斜。由碳酸盐缓坡向碳酸盐台地演化的过程，除沿康滇古陆边缘有碎屑岩沉积外，上扬子均沉积了薄层状灰岩，在边缘形成藻丘和灰泥丘（图2-3-7）。
早寒武世末发生海退，上扬子处于海退背景环境，泸定古隆起和松潘古隆起之间的低地隆升，泸定古陆向北延展断续延至陕西汉中西南地段。从北西-南东，上扬子整体构造格局由浅水碳酸盐缓坡变为扬子东南大陆边缘坳陷盆地、湘黔大陆斜坡盆地。随着秦岭洋的进一步打开，扬子北缘盆地类型为被动大陆边缘盆地。扬子地块西缘依然为北东向龙门山-锦屏山坳拉槽，与上扬子以龙门山断裂为界。

图2-3-6 四川盆地及邻区早寒武世筇竹寺组沉积期原型盆地分布图


图2-3-7 四川盆地及邻区早寒武世沧浪铺一龙王庙组沉积期原型盆地分布图


图2-3-8 四川盆地及邻区中寒武世陡坡寺组沉积期原型盆地分布图

四川盆地内部，依然为隆坳格局。乐山-龙女寺古隆起长期表现为水下沉积隆起，但在龙王庙期末，出露到水体上，发生剥蚀，表现为剥蚀隆起（图2-3-4）。该时期主要沉积中心较筇竹寺期向北东方向发生了迁移，分布于湘鄂西地区，即为湘鄂西坳陷。
3.中寒武世毛庄期（陡坡寺组沉积期）原型盆地
中寒武世毛庄期四川盆地及邻区继承了早寒武世时期的特点，上扬子边缘依然为裂陷特征，整体构造面貌向南东方向倾斜（图2-3-8，图2-3-9）。

图2-3-9 四川盆地及邻区中晚寒武世NW-SE向构造地层结构剖面示意图

泸定古隆起与滇中古陆相连，构成了康滇古陆，且与松潘古隆起之间的低地继续隆升，泸定古陆向北延展断续延至陕西汉中西南地段，且规模增大。
上扬子北缘的南秦岭被动大陆边缘火山活动较强，中寒武世—晚寒武世早期在南秦岭盆地中部出现数百千米火山裂隙喷发带，堆积大量的火山沉积物，可能属大陆边缘的张裂盆地，处于陆坡-次深海环境。
上扬子西缘以及东南缘亦为张裂作用下的盆地类型。上扬子从北西到南东由碳酸盐浅水缓坡逐渐过渡到台缘斜坡、大陆坡-次深海。四川盆地内部主要以乐山-龙女寺古隆起的继续发育为主要特征。
4.中寒武世徐庄期—晚寒武世凤山期（洗象池群沉积期）原型盆地
中寒武世中晚期—晚寒武世古太平洋水面保持相对稳定下降，华夏古陆和康滇古陆分别向北东和南西方向扩展。川西海槽盆地由于东部康滇古陆在东南地区的阻隔，使来自西部海槽的海水被阻挡，上扬子地块的水动力沉积作用主要受控于北部的秦岭海槽和南部的南华海槽。此时四川盆地通江—简阳—盐津以东地区成为广阔的碳酸盐台地相沉积环境（图2-3-10）。
洗象池群沉积期，四川盆地及邻区盆地结构对高台期具继承性，整体结构为向南东方向倾斜，制约着NE-SW方向的沉积相展布。但由于海平面的下降，汉中地块发生隆起，与康滇古陆一起构成了上扬子西缘的不连续隆起带，对川西海槽和上扬子克拉通盆地起到分隔作用。南秦岭区，洗象池期南秦岭盆地仍具拉张特征，为被动大陆边缘海盆地。南东侧受华南洋的作用，为大陆边缘盆地和大陆斜坡盆地。
较陡坡寺组沉积期，洗象池群沉积期上扬子地区内部也发生了地壳的不均衡调整。受基底断裂的控制，乐山-龙女寺古隆起持续发育，且在洗象池期末隆升至水体以上，成为剥蚀隆起，促使了洗象池群古岩溶的发育。该时期地壳的调整还促使了湘鄂西坳陷的发育，其中在恩施—遵义一带最大沉积厚度达1500余米。

图2-3-l0 四川盆地及邻区中晚寒武世洗象池群沉积期原型盆地分布图

5.早奥陶世桐梓组沉积期原型盆地
早奥陶世，海平面再次上升，寒武纪时存在的松潘-泸定-汉中古隆起再次沉没水下。仅在康定-昆明一线残留了康滇古隆起。原川西海槽盆地由于松潘-泸定古隆起的消失，使海水与陆台内部再次沟通，寒武纪时形成的川西甘孜-临沧海槽盆地不复存在，四川盆地及邻区再次演化为统一的巨型陆台海相沉积盆地（图2-3-11）。
早奥陶世，四川盆地及周缘仍为克拉通盆地，由周边的被动大陆边缘盆地和主体碳酸盐台地构成。上扬子地块北部南秦岭继续沉降成为槽盆，由于伸展裂陷作用使中秦岭微板块一度向南漂移，使中秦岭的动物群在早奥陶世与扬子区接近（殷鸿福等，1997），说明该时期南秦岭地区仍为海槽，对中国南方陆台的沉积有较大的影响。西缘依然为张裂状态，处于被动大陆边缘。四川盆地主体依然向SE方向倾斜，从NW向SE逐渐由碳酸盐台地过渡到大陆边缘盆地、大陆斜坡盆地。
6.早奥陶世红花园组沉积期原型盆地
红花园组沉积期是四川盆地及邻区伸展裂坳盆地持续发展阶段，总体上继承了早奥陶世早期陆台盆地的区域构造和沉积特征，仍为以岩石圈伸展坳裂为主要动力学性质的统一陆台盆地（图2-3-12）。
该时期盆地构造格局与桐梓期类似，四川盆地及周缘仍为克拉通盆地，由周边的被动大陆边缘盆地和主体碳酸盐台地构成。盆地结构面貌为向SE方向倾斜，受其制约，盆地内沉积相呈NNE-SSW向展布，盆地内部乐山-龙女寺古隆起持续发展。
（二）中晚奥陶世克拉通内挠曲坳陷盆地与西缘裂陷槽盆地和北缘、东南缘及南缘前陆盆地发育
奥陶纪是中国南方早古生代加里东构造旋回的重要转折阶段。孟祥化等（2000）认为：中奥陶世，华夏板块和扬子板块再次相会聚碰撞拼合，其缝合线北部以挤压为主，南侧表现为走滑性质。中晚奥陶世以后，秦岭洋进入汇聚收缩及扬子板块向华北板块之下俯冲为主的阶段，主俯冲带位置位于商丹缝合带处。
构造变革的地质响应是沉积盆地收缩，由伸展转为挤压背景，促使扬子的东南边缘、南缘转入前陆隆起造山的过程。由于前期克拉通盆地转为具隆起性质的盆地，且隆起带由南向北和由南东向北西的推挤，使得克拉通上的盆地缩小。周边的黔中隆起、江南隆起和上扬子北缘隆起在奥陶纪均表现为前陆盆地系统的水下前渊隆起。四川盆地及邻区在中晚奥陶世期间，周缘转变为活动大陆边缘盆地，四川盆地主体为挤压环境下的克拉通盆地，但盆地结构发生了较大的变化，由寒武纪—早奥陶世NW向SE方向倾斜的格局转变为向SSE方向倾斜。盆地内以隆坳格局为主要特征，乐山-龙女寺古隆起表现为同沉积隆起。
1.早中奥陶世湄潭-十字铺组沉积期原型盆地
由于上扬子北缘、南缘和东南缘区域构造环境转变为挤压环境，因此，边缘盆地由前期的被动大陆边缘盆地转变为主动大陆边缘盆地，且前缘隆起发育，但都表现为水下隆起（图2-3-13）。
四川盆地则为挤压环境下的浅海克拉通盆地，且受控于雪峰、黔中古隆起构造掀斜作用，导致西侧和北侧盆地变深。在区域挤压环境下，更加促使了盆地古隆起基底的挠曲，使得三台-巴中-镇巴隐伏断裂和华蓥山断裂带强烈活动，促使了乐山-龙女寺古隆起的进一步发育。其中华蓥山断裂带由基底断裂转变为将盖层亦断开，控制着川东南坳陷的沉积。
2.晚奥陶世宝塔-临湘组沉积期原型盆地
晚奥陶世宝塔-临湘组沉积期为深水盆地，陆棚范围较中奥陶世扩大。随着挤压作用的增强，上扬子南缘和东南缘的水下隆起向盆地内推进（图2-3-14）。

图2-3-ll 四川盆地及邻区早奥陶世桐梓组沉积期原型盆地分布图


图2-3-12 四川盆地及邻区早奥陶世红花园组沉积期原型盆地分布图


图2-3-l3 四川盆地及邻区中奥陶世湄潭一十字铺组沉积期原型盆地分布图


图2-3-l4 四川盆地及邻区晚奥陶世宝塔一临湘组沉积期原型盆地分布图

该时期盆地构造格局对中奥陶世具一定的继承性，上扬子周缘为主动大陆边缘盆地，且周缘的挤压作用，促使了盆地基底的强烈变形，使得盆地南缘和东南缘水下隆起以及盆内乐山-龙女寺古隆起的强烈发育。
受周缘及盆地内部水下隆起的控制作用，四川盆地表现为大隆大坳构造格局。乐山-龙女寺古隆起与黔中隆起间为一坳陷，如泸州处宝塔组沉积厚度为50m。且在大庸—花垣以西一带受江南隆起的造山作用，湘鄂西坳陷发育，盆地北侧盆地亦较深，如南江处宝塔组厚度为30m（图2-3-15）。

图2-3-15 上扬子区宝塔组-涧草沟组（临湘组）岩石地层对比图

（据许效松等，2001）
3.晚奥陶世五峰组沉积期原型盆地
晚奥陶世五峰期沉积的含碳质黑色页岩，与下伏宝塔组和临湘组灰岩间为一突变的水下间断面，前者为角石相，后者为丰富的笔石相，较宝塔-临湘组沉积期，上扬子盆地的构造性质转变，北缘、南缘和西侧被隆起带或古陆所包围。在南缘发育湘鄂西黔北前陆盆地（图2-3-16）。
该时期四川盆地依然为挤压环境下的克拉通盆地，海侵已达到最大，整个区内演化为一个欠补偿的缺氧盆地，地层变化范围0～10m。乐山-龙女寺古隆起作为湘鄂西黔北前陆盆地的前缘隆起，随着前陆盆地的发育，促使了前缘隆起的快速隆起，到志留纪，古隆起的隆起速度更进一步加快。

寒武纪，鄂尔多斯盆地在中新元古界大陆裂谷扩展的基础上继续拉张，从陆架宽度和沉积特征看整体呈现被动大陆边缘的结构型式。青铜峡-固原断裂—洛南断裂以北地区为克拉通内凹陷盆地环境，青铜峡-固原断裂以西和西南华山断裂以东为克拉通边缘凹陷盆地环境，西南华山断裂—洛南断裂以南和商丹断裂以北地区为北祁连-北秦岭裂谷型洋盆，它们共同组成了鄂尔多斯西缘和南缘的被动大陆边缘盆地的结构型式。由此可见，寒武纪，区域上整体都处于岩石圈伸展的构造动力学条件，不论是华北板块南缘、西缘，还是扬子板块北缘均属于被动大陆边缘的构造背景。其最主要的原型盆地特征可以归纳为以下两个方面。

（一）伸展背景下北祁连-北秦岭洋的形成

早寒武世苏峪口组沉积期，鄂尔多斯西缘和南缘裂谷伸展，形成了相对统一的北祁连-北秦岭洋沉积区，沉积了磷块岩和含磷碎屑岩，地层由西向东、由南向北依次超覆，逐渐减薄。沉积边界大体位于青铜峡—老爷山—固原一带，以北地区为克拉通边缘坳陷（图2-4-3）。晚寒武世—早奥陶世，是北祁连-北秦岭洋盆规模最大的时期。

北祁连-北秦岭洋发育的证据包括以下两个方面。

图2-4-3 鄂尔多斯盆地早寒武世辛集组沉积期原型盆地分布图

1.北祁连造山带和秦岭造山带

北祁连造山带地处走廊过渡带以南、中祁连地块以北，地理上包括走廊南山和托莱山靠北的部分。主要由下古生界褶皱基底和上古生界盖层组成，间有元古宇的微地块。蛇绿岩仅出露在北祁连山及走廊带，主要集中在北祁连的托勒山和走廊南山。就时间分布而言，蛇绿岩主要集中在早中奥陶世，但也有少量的年龄为寒武纪。按成因可以划分为大洋扩张脊型蛇绿岩、岛弧扩张脊型蛇绿岩以及孤后盆地扩张脊型蛇绿岩。寒武纪蛇绿岩的存在表征了同北祁连大洋盆地的存在。

北祁连山早古生代火山岩可划分为北、中、南三个带：①走廊南山北坡-毛毛山-南华山北火山岩带；②走廊南山南坡-马雅雪山-白银厂中火山岩带；③托莱山-门源-静宁火山岩带。夏林圻等（1998，2001）对北祁连山海相火山岩进行了系统的研究，特别是对北祁连山中东段的深入研究，已清楚地鉴别出四套海相火山岩系。其中的玉石沟洋岛型火山岩系，是典型蛇绿岩，以川刺沟基性火山熔岩为代表的洋脊的火山岩组成。辉石玄武岩Sm-Nd等时线年龄为(521.48±23.79)Ma～(495.11±13.78)Ma（夏林圻等，1998），属晚寒武世—早奥陶世，εNd(t)=3.65～4.08，为典型亏损性地幔物质来源，为慢速扩张洋脊的特征。

秦岭造山带呈近东西向狭长带状展布，横亘于中国大陆中部，东延大幅度收敛、构造叠置、抬升，收缩为大别山造山带，西去则撒开，分别连接祁连、昆仑和松潘、龙门造山带。在四川盆地北部，秦岭造山带平面上分布宽窄不一，大体呈东、西两头宽、中间窄的“哑铃”状。如东部的镇巴-城口间为分布最宽地带，宽达450km，是秦岭地质记录中出露与保存最完整的的地段。中间勉县一带为秦岭蜂腰地段，仅宽200km。

秦岭造山带在南、北向剖面上主体呈现为不对称扇形陆壳岩片叠置结构（张国伟等，2001）。自北而南依次以秦岭造山带北缘指向北的逆冲推覆构造系、以商丹带为主断裂的指向南的北秦岭叠瓦逆冲推覆构造系和以大巴山弧形断裂为总拆离滑脱界面的南秦岭多层次逆冲推覆构造系等为东西向的主体构造，并以南北边缘相向造山带内的巨大陆内俯冲构造为边界，共同构成现今秦岭造山带地壳上部北翼窄而陡、南翼宽而缓的不对称扇形结构剖面总体形态（图2-4-4）。

近来的研究表明，北祁连造山带的构造演化经历了早古生代的大陆裂谷、大洋裂谷、加里东晚期的洋壳俯冲消减的沟-弧-盆体系以及末期的大洋闭合、陆-弧碰撞造山、海西期的碰撞造山以及自海西晚期以来的陆内造山的复杂的叠覆造山过程，是多期、多幕式、多成因造山带（图2-4-5）。

图2-4-4 秦岭造山带构造剖面图

（据张国伟，2001）

图2-4-5 北祁连早古生代构造演化模式

（1）新元古代—中寒武世（679Ma～514Ma）大陆裂谷体制演化阶段

北祁连山新元古代—寒武纪大陆裂谷型海相火山岩，目前主要以残留块体的形式存在于北祁连早古生代海相火山岩系之中。海相火山岩具双模式特点(夏林圻、夏祖春等，1994；彭礼贵、任有样等，1995)，其中的酸性火山岩以富钠质的石英角斑岩类为特征，也含钾质石英斑岩。此类酸性火山岩多属火山口或近火山口相，在火山岩系分布区往往有火山颈、火山口等古火山机构，显示岩浆源于部分熔融的大陆地壳，其原因可能与地幔热柱上升有关。

（2）晚寒武世—早奥陶世（522Ma～499Ma）洋脊-洋岛型火山作用

晚寒武纪，随着大陆碎裂化加剧，大陆裂解，北祁连山已完成从大陆断陷向洋盆的转化。洋脊处，地幔柱物质底辟上涌。它们携带有分布不均匀的富含挥发组分的地幔流体。在地幔流体的参与下，上涌的地幔柱组分由于绝热减压而发生部分熔融(夏林圻等，1992，1994)，形成玄武岩浆。它们的喷发和侵入，形成洋壳层。新形成的洋壳连续地推动较老的壳离开脊轴，导致洋盆发生扩张。大洋板块随着离开洋脊脊轴而变冷、增厚，并在一些地幔局部上涌或热点处，为新产生的玄武岩浆挤入，形成洋岛。

（3）中奥陶世—志留纪洋壳俯冲消减的沟-弧-盆体系

从中奥陶世开始，北祁洋由之前的伸展离散体制开始向聚敛体制转换，洋壳向北俯冲消减，在北祁连和走廊南山一带形成具有聚敛效应的沟-弧-盆体系。

关于秦岭造山带的形成与演化，20世纪70年代以来主要认为是华北与扬子（华南）两个板块的俯冲碰撞造山带（李春昱等，1978；王鸿祯等，1982；张国伟等，1988；贾承造等，1988；任纪舜等，1991；扬巍然等，1991），并强调其构造的大型逆冲推覆和走滑平移（许志琴等，1988；吴正文等，1991）。资料综合分析表明，秦岭造山带的形成、演化与现今基本结构特征是由三个板块（华北、扬子及其间的秦岭板块）沿两条缝合带（即商丹带与勉略带）的俯冲造山和强烈的陆内造山构造叠加复合（张国伟等，2001）。其形成、演化大致经历了三大阶段：它经历了中新元古代在非均一拼合结晶基底上，以广泛强烈的扩张裂谷与小洋盆并存，垂向加积增生为基本特点的造山作用，以及大量幔源物质加入地壳，致使其成为秦岭主要成壳期，并以部分块体与扬子地块拼合统一到最终与华北板块扩张分离的方式，于晋宁期逐渐从中新元古代垂向增生而转向侧向运动与增生为主的板块构造演化，继之又发生了非开阔大洋型多板块俯冲碰撞类型的板块造山作用。并在经历复杂板块造山过程之后，又于印支晚期转入以陆内俯冲、陆壳推覆叠置、断块走滑、岩浆贯入、变质变形等为特点的陆内造山作用，经历伸展塌陷、陆内造山与扩张隆升、裂解等陆内造山过程，最终复合统一的秦岭造山带。即秦岭造山带先后经历了扩张裂谷垂向加积、板块俯冲与碰撞和陆内俯冲收缩与伸展隆升等多阶段不同类型造山作用与过程，而决非一次性单一类型造山作用而形成。

从构造演化上看，北秦岭逆冲推覆构造系先后经历了古元古代陆缘裂谷环境，而秦岭群代表秦岭造山带的古老结晶基底，并受到新元古代（1000Ma～800Ma）和古生代造山作用的强烈改造；中新元古代陆内—陆间裂谷环境（宽坪群）；寒武—早奥陶世被动大陆边缘，中奥陶世—志留纪活动大陆边缘的构造演化阶段。早古生代丹凤群弧前盆地指示在早古生代沿商丹—北淮阳断裂带存在一个现已消失了的古洋盆，即早古生代秦岭古洋盆。考虑到商丹断裂北侧侵入于秦岭群、宽坪群、二郎坪群中的加里东期花岗岩类的侵位年龄相对集中在457Ma～411Ma之间，秦岭古洋盆地壳向北发生俯冲的时代应为中奥陶世到晚志留世。以上述演化为基础，在经历了造山期的俯冲碰撞变质变形造山作用之后，又叠加了中新生代陆内造山作用，从而形成一系列自北向南高角度逆冲推覆的复杂逆冲推覆构造系，晚中生代大型的走滑作用使其更加复杂化（王涛，1997；张国伟，2001）。

2.北祁连寒武系香山群

香山群分布于龙首山-青铜峡-固原断裂以西的宁夏南部及河西走廊地区，主要出露于贺兰山南段及香山、米钵山等地，是一套区域浅变质、厚度巨大、具不同程度变形和以深水陆源浊积岩沉积组合为主的复理石建造（图2-4-6）。

香山群发育部位地处北祁连造山带与华北板块的交接部位——河西走廊地区，即位于鄂尔多斯地块、阿拉善地块、秦岭—祁连造山系的构造连接处，在鄂尔多斯早古生代原型盆地恢复中，因其介于鄂尔多斯西缘被动大陆边缘和北祁连岛弧之间，因此，对早古生代原型盆地的恢复起着重要作用。

本次研究在天景山—米钵山等地见下奥陶统天景山组灰岩角度不整合于香山群变质板岩、千枚状板岩之上（图2-4-7），无疑表明香山群层位低于早奥陶世，考虑到其一、三亚群的生物化石，因此，把香山群置于中-晚寒武世。

香山群岩性主要由灰绿色浅变质中-细粒长石石英砂岩、长石砂岩和灰绿色板岩等组成，韵律性强，并有薄层灰岩、硅质白云岩-硅质岩分别作为划分第二、第三亚群的岩相标志。按照香山群的沉积特点，从下到上划分为四个亚群（图2-4-7），在香山群第三亚群发育一套具深海相沉积特征的薄板状泥质岩、泥晶灰岩，同时可见层状分布的紫红色硅质岩和伴随产出的辉绿岩。

图2-4-6 中卫南部中寒武统香山群信手构造剖面

图2-4-7 中卫寺口子天景山组与香山群角度不整合接触

香山群厚度横向变化大，大体具有自西向东、自南向北厚度变薄的特点。香山群的浊积岩大多呈透镜状，横向延伸不远就很快相变为粘土岩（图2-4-8），前人通过对香山群砂岩主量元素分析表明，其Fe、Mg含量较高，Bhatia构造环境判别图解大多落于活动陆缘附近。浊积砂岩的微量元素分析表明，其Co、V、Sc、Zr等元素含量和活动陆缘构造环境接近，但其稀土元素总量及其他各个稀土参数则和被动陆缘环境下的浊积砂岩极其相似。所以香山群浊积砂岩的地球化学特征具有被动陆缘与活动陆缘的双重性质。其沉积环境应该是大洋环境，其物质来源主要来自阿拉善古陆和鄂尔多斯古陆。

图2-4-8 香山群地层柱状图

（二）克拉通内坳陷盆地的发育

图2-4-9是贺兰山—青龙山南北向中新元古代层序地层结构横剖面图，中-新元古界南厚北薄、西厚东薄，地层向北、向东超覆，其上被震旦系冰碛砾岩覆盖，表明中新元古代裂谷在新元古代末期消亡。寒武系自南向北、自西向东依次呈现超覆沉积，说明在寒武系沉积前鄂尔多斯西缘与贺兰山共同存在一个相对独立，且统一的中新元古界沉积盆地。古生界与元古宇之间的平行不整合或超覆不整合接触关系指示在新元古代末鄂尔多斯西缘贺兰山地区并未发生明显的造山运动，间歇性的扩张和平静式的闭合为其主导构造作用方式。

图2-4-9 鄂尔多斯盆地早寒武世朱砂洞组沉积期原型盆地分布图

寒武纪开始，海水自西、南方向大规模向鄂尔多斯台地侵入，中寒武世张夏期为海侵高潮，在盆地沉积了厚300～1200m的碳酸盐台地相内碎屑灰岩或白云岩。本次研究以斜坡相发育为界，将斜坡相向陆方向部分划分为克拉通内凹陷盆地，将斜坡相向洋方向划分为克拉通边缘坳陷盆地。克拉通内凹陷盆地是寒武纪除北祁连-北秦岭洋外最主要的构造单元。

早寒武世苏峪口沉积期鄂尔多斯、北祁连、北秦岭地区的岩相古地理特征自北向南依次为华北古陆，西缘和南缘浅水陆架-陆棚和北祁连-北秦岭深水海盆。马家滩—镇原—洛川—韩城一线以北的古陆为华北古陆的组成部分；以南和西南华山-洛南断裂以北的沉积区为克拉通内凹陷盆地的稳定地台边缘浅海环境，由浅水陆棚和滨岸潮坪组成，沉积水体总体以浅水为主，发育滨海浅滩、含砂泥云坪及局限台地沉积（图2-4-3）。

早寒武世五道淌组沉积期，鄂尔多斯西缘和南缘的古构造面貌继承了苏峪口期，克拉通内凹陷盆地范围向北扩大，最西可达定边—盐池—李1井一线（图2-4-9），依然表现为沉积地层具有由东向西、由北向南依次增厚的特点。沉积环境为稳定地台陆表海之浅海环境，主体属碳酸盐台地缓坡，进一步划分为砂泥云坪和浅水潮下碳酸盐岩缓坡。这个以碳酸盐岩为主体的沉积区的范围向南延伸至西南华山-洛南断裂一线。

中寒武世毛庄期，鄂尔多斯西缘和南缘的基本构造面貌较早寒武世早中期有较大变化，主要表现为：克拉通内坳陷盆地沉积区范围向北、东扩大，鄂尔多斯古陆（华北古陆的一部分）范围缩小；镇原-吴旗半岛式隆起将鄂尔多斯西北祁连海与南缘的秦岭海分隔。沉积地层结构具有由西向东、由南向北依次上超减薄、尖灭的特点。南部大体以定边—镇原—甘泉—吉县一线为界，西部以鄂12井—苏里格庙—定边一线为界，东北地区为鄂尔多斯统一的隆起区；以南至北祁连-北秦岭为统一的沉积区，这个以碎屑岩-碳酸盐岩间互沉积为主体的沉积区的范围向南延伸至西南华山-洛南断裂一线（图2-4-10）。自北向南、自东向西依次发育了滨海浅滩、局限台地、开阔台地、台地边缘浅滩相、台地前缘斜坡相、深水陆棚相。在西缘海内青铜峡-固原断裂和西南华山断裂之间可能发育了碎屑岩斜坡，表明北祁连-北秦岭裂谷型洋盆的继续扩展。

图2-4-10 鄂尔多斯中寒武世毛庄组沉积期原型盆地

中寒武世徐庄期随着海侵范围继续扩大，克拉通内凹陷沉积区范围增大，地层向北超覆，古陆范围则向北萎缩。沿古陆边缘自北向南依次发育滨海浅滩、碳酸盐台地、台地边缘斜坡以及深水陆棚相沉积环境。徐庄期的古地理格局基本继承了毛庄期以陆源碎屑沉积为主的特点，但主体部分已开始向开阔台地碳酸盐环境过渡，海侵范围继承扩大，陆地面积进一步缩小。坪滩共存，而且陆源砂滩和碳酸盐滩共存，并出现了高能量的鲕粒滩（图2-4-11，图2-4-12）。

中寒武世张夏期，海平面继续上升，海侵范围达到最大，古陆范围进一步缩小。克拉通内凹陷盆地的沉积格局为：①自北向南、自东向西地层厚度呈增厚趋势。在地鄂3井—惠安堡—华亭—灵台—宜君一线以南和以西，其地层厚度大于160m，而在靖边—横山—神2井一线以北地区地层厚度小于40m；②盆地隆坳相间格局显现，杭锦旗—城川—庆阳—崇信可能存在一个水上到水下的古隆起，它作为中央古隆起的雏形已经起到了分隔鄂尔多斯西缘祁连海和南缘秦岭海的作用；③环县—镇原一线古隆起呈南北向展布；④盐池—富县—吕梁一线以北的区域主体为台地局限海，盐池—富县—吕梁一线以南和青铜峡—固原—岐山—铜川以北整体为台地边缘碳酸盐岩滩；岐山—铜川以南，洛南断裂以北的区域整体为开阔碳酸盐台地（图2-4-13）。

晚寒武世海水向南退却，克拉通内凹陷盆地水体变浅，古地形较平坦，主要发育局限台地沉积。鲕粒灰岩夹层减少，厚度减薄，灰泥含量及白云岩、竹叶状白云岩增多。崮山-长山期出现广盐度底栖及浮游三叶虫，而凤山期三叶虫、腕足个体变小，并出现叠层石。说明晚寒武世处于海退环境，由局限台地潮下带上部-潮上带，水动力条件逐渐变弱，海水由动荡变为相对稳定（图2-4-14）。

图2-4-11 河西走廊中寒武统香山群地层对比

图2-4-l2 鄂尔多斯盆地中寒武世徐庄组沉积期原型盆地

图2-4-13 鄂尔多斯盆地中寒武世张夏组沉积期原型盆地分布图

图2-4-14 贺兰山—青龙山中新元古代层序地层结构横剖面图

（据宁夏区域地质志，1990）

1—角砾岩；2—磷砾岩；3—砂岩；4—白云岩；5—灰岩；6—花岗岩；7—片麻岩；8—泥岩、板岩；9—同位素年龄样采集层位及数值(单位:Ma)：

苏峪口组，

五道淌组，

陶思沟组，

呼鲁斯台组

晚寒武世研究区隆坳相间的构造分异十分明显（图2-4-15），其特点是：①相对独立的庆阳古隆起已经存在；②边缘伏牛古隆起更趋明显；③洛南断裂以北的华北南部地区整体的古地貌特征开始发生反转，早中寒武世的北高南低的古构造面貌开始转变成为南高北低，尤其是在洛南以东地区表现的更加突出；④在鄂尔多斯—北祁连—北秦岭地区沉积环境的分异明显：围绕庆阳古隆起发育环陆云坪，环陆云坪的东侧为云灰坪。区域上晚寒武世—早奥陶世，是北祁连-北秦岭洋盆规模最大的时期，在此背景下，中央古隆起和伏牛古隆起作为洋盆扩张最大时期的肩部隆起存在。

（三）不同构造期的盆地类型

寒武纪研究区从陆架宽度和沉积特征看整体呈现被动大陆边缘的结构型式。青铜峡-固原断裂-洛南断裂以北地区为鄂尔多斯西缘和南缘陆棚环境，青铜峡-固原断裂以西和西南华山断裂以东为走廊陆棚-陆坡环境，西南华山断裂-洛南断裂以南和商丹断裂以北地区为北祁连-北秦岭裂谷型洋盆，它们共同组成了鄂尔多斯西缘和南缘的被动大陆边缘盆地的结构型。商丹断裂以南则为扬子克拉通北部边缘坳陷。可见，寒武纪区域上整体处于岩石圈伸展的构造动力学条件，不论是华北板块南缘、西缘，还是扬子板块北缘，均属于被动大陆边缘的构造背景。

1.早寒武世—中寒武世徐庄期盆地类型

早寒武世—中寒武世徐庄期，推测大致以商丹断裂为界，以北属华北板块的范围，以南属扬子板块的范围，商丹断裂带则代表已经消失了的祁连-北秦岭商丹洋。对于华北板块，又以西南华山-洛南断裂为界，以北地区为一向南缘缓倾的宽阔陆架-陆棚环境，为华北克拉通南部边缘坳陷盆地；西南华山-洛南断裂与商丹断裂之间则可能为秦岭-商丹洋盆北部的大陆斜坡环境，属于早古生代秦岭商丹洋盆的重要组成部分。商丹-北淮阳断裂带所代表的商丹洋的主体部分在后期的构造演化中已经完全消失。值得提及的是，在青铜峡-固原断裂和西南华山断裂之间为走廊大陆斜坡。它与北侧开阔陆棚环境一起组成了早寒武世—中寒武世徐庄期的华北克拉通南部被动大陆边缘盆地；商丹-北淮阳断裂以南为扬子克拉通北部边缘坳陷盆地，也具被动大陆边缘盆地性质。

图2-4-15 鄂尔多斯盆地晚寒武世三山子组沉积期原型盆地分布图

2.中寒武世张夏期盆地类型

张夏期华北克拉通海侵范围达到高潮，克拉通四周均为开阔海，且与相邻的深海海槽相接。这种构造背景下的沉积特点是早寒武世—中寒武世徐庄期的以陆源碎屑岩沉积作用为主或浑水沉积作用为主的沉积环境基本消失，取而代之的是张夏期以碳酸盐沉积作用或清水沉积作用为主的沉积环境，这种沉积环境反映的盆地原型最大可能是克拉通台地型盆地环境。其最大特点是海水淹没了整个克拉通，克拉通周缘为深海盆地和基本不发育陆源碎屑物源区。区域上，青铜峡-固原断裂—洛南断裂以北整体属于华北克拉通台地型盆地的范围，断裂以南主体属于祁连-北秦岭裂谷型有限洋盆；青铜峡-固原断裂以西，西南华山以东的区域则为西缘海的大陆斜坡环境。

3.晚寒武世盆地类型

晚寒武世较早中寒武世盆地面貌发生了变化，随着祁连-北秦岭洋盆地的扩张，在华北地块西缘、南缘开始出现边缘隆起，即华北板块西缘的庆阳古隆起和华北板块南缘的伏牛古隆起，推测这种边缘隆起可能为裂谷肩隆起，并非构造挤压作用之结果，而是伸展背景下的产物。裂谷肩隆起以北地区为华北克拉通内坳陷盆地、以南地区为祁连-北秦岭裂谷型有限洋盆或陆间裂谷盆地。庆阳古隆起和伏牛古隆起断续相接一起组成了华北板块西缘和南缘的相对统一的边缘隆起。

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