南北構(gòu)造帶北部“古脊梁”演化過程探討

趙曉辰 柯先啟 白杰

摘要：選擇“古脊梁”為研究對(duì)象，在綜合前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)內(nèi)薊縣系奧陶系的展布特征和接觸關(guān)系、周鄰沉積區(qū)碎屑組分以及低溫?zé)崮甏鷮W(xué)資料等進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而探討“古脊梁”的演化過程。研究表明，“古脊梁”地區(qū)廣泛存在的古老地層的陡立和各期地層間的高角度不整合接觸，說明“古脊梁”在地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造隆升作用;延長組下部（長8～長10）和中上部（長1～長7）在沉積特征和碎屑組分上的明顯差異則表明，“古脊梁”在長8末期受到印支運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈影響而發(fā)生了顯著的構(gòu)造隆升;“古脊梁”周鄰的裂變徑跡年齡統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)一步反映出，“古脊梁”在中—新生代期間經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造隆升作用。研究認(rèn)為，“古脊梁”發(fā)生了多期構(gòu)造隆升事件，經(jīng)歷了復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的構(gòu)造演化過程，表現(xiàn)出構(gòu)造活躍期與構(gòu)造平靜期交替出現(xiàn)的特征：在構(gòu)造活躍期內(nèi)，發(fā)生強(qiáng)烈隆升，造成兩側(cè)沉積域的分隔;在平靜期內(nèi)，隆升作用減弱，廣泛接受沉積，早期形成的山體被逐漸夷平。

關(guān)鍵詞：“古脊梁”;南北構(gòu)造帶北部;隆升;動(dòng)態(tài)演化

中圖分類號(hào)：P542

DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2020-06-018

Tectonic evolution of? "the archaic uplift" in thenorthern North-South Tectonic Belt

ZHAO Xiaochen1， KE Xianqi2， BAI Jie3

（1.College of Geology and Environment， Xi′an University of Science and Technology， Xi′an 710054， China;

2.No.5 Oil Production Plant， PetroChina Changqing Oilfield Company， Xi′an 710200， China;

3.Petroleum Exploration Company， Shaanxi Yanchang Petroleum （Group） Co.， Ltd.， Yan′an 716000， China）

Abstract： To discuss the tectonic evolution of this area， the strata distribution and contact relationship， detrital components， and low temperature thermochronology data are analyzed. The steep ancient strata and angle unconformity between different strata indicate "the archaic uplift" experienced multiple periods of tectonic uplift. The obvious difference in sedimentary and detrital components between the lower Yanchang Formation （Chang 8～10） and upper Yanchang Formation （Chang 1～7） suggest "the archaic uplift" was significantly uplifted by the indosinian movement at the end of Chang 8. The fission track ages further reflect that "the archaic uplift" experienced multiple periods of uplift during the Meso-Cenozoic. In general， "the archaic uplift" has complicated tectonic evolution and multi-phase tectonic uplift， showing the characteristics of tectonic active and calm period appear alternately.

Key words： "the Archaic uplift"; the northern North-South Tectonic Belt; uplift; dynamic evolution

賀蘭川滇南北構(gòu)造帶，簡稱南北構(gòu)造帶，北起鄂爾多斯西緣構(gòu)造帶，穿西秦嶺，經(jīng)六盤山、龍門山，沿青藏高原東南邊緣向南進(jìn)一步延伸，可分為北部賀蘭六盤山南北向構(gòu)造帶、中部龍門山逆沖推覆構(gòu)造帶和南部鮮水河小江斷裂帶［1］。因其構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，強(qiáng)震頻發(fā)，也被廣大地震學(xué)家稱為“南北地震帶”［1-2］。該帶整體具有從深部到淺表的地質(zhì)、地球物理、地表系統(tǒng)的綜合分界性，是中國大陸東、西部的重要構(gòu)造分界線，對(duì)其進(jìn)行解剖研究也是進(jìn)一步探討中國大陸中新生代以來東、西部構(gòu)造差異演化的關(guān)鍵［3-4］。在南北構(gòu)造帶北部，屹立著一系列近南北向展布的山系（見圖1），因此前人認(rèn)為，該區(qū)存在一條南北向的“古脊梁”［5-9］。早期有學(xué)者認(rèn)為，“古脊梁”展布范圍為桌子山、賀蘭山—六盤山一帶（見圖1中黃框位置）［10］，但目前大多數(shù)學(xué)者經(jīng)過研究認(rèn)為，其展布范圍應(yīng)限于“青龍山、羅山—固原三關(guān)口一帶”（見圖1中紅框位置）［6-7，11］。除此以外，對(duì)于“古

脊梁”的演化過程也始終存在爭議，如形成時(shí)間上便存在加里東期［12］、海西期［5］、印支期［8］、燕山—喜馬拉雅期［7，11，13］等多種觀點(diǎn)?！肮偶沽骸钡穆∩龝r(shí)限及演化過程的探討，對(duì)于南北構(gòu)造帶北部（鄂爾多斯盆地西緣）的構(gòu)造演化和勘探區(qū)塊的優(yōu)選等問題均具有重要意義。甚至有學(xué)者認(rèn)為，其向南進(jìn)一步延伸，更是與龍門山、康滇—橫斷山等南北向造山帶一起構(gòu)成了中國大陸東、西部重要的構(gòu)造分界線［14］。因此，對(duì)該問題的探討具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際勘探意義。

本研究以“古脊梁”為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)其中生代期間的演化特點(diǎn)進(jìn)行分析，系統(tǒng)整理了研究區(qū)內(nèi)薊縣系奧陶系的展布特征和接觸關(guān)系、周鄰沉積區(qū)碎屑組分以及該區(qū)低溫?zé)崮甏鷮W(xué)等多方面資料，并借此來全面、深入地探討“古脊梁”的構(gòu)造演化過程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

“古脊梁”位于南北構(gòu)造帶北部中南段（寧南六盤山地區(qū)），處于鄂爾多斯盆地、阿拉善地塊、走廊過渡帶之間的結(jié)合交匯部位。具體而言，“古脊梁”指青龍山、大小羅山、云霧山以及固原三關(guān)口一帶的中元古界、寒武系和奧陶系碳酸鹽巖和碎屑巖構(gòu)成的褶皺帶［9，11］。周鄰地區(qū)則廣泛分布著各時(shí)代的沉積地層，包括志留系濱淺海相沉積、泥盆系磨拉石建造、石炭系海陸過渡相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積、二疊系至第四系陸源碎屑巖沉積。此外，研究區(qū)及周鄰斷裂十分發(fā)育，以青銅峽—固原斷裂為界，可劃分為桌子山平?jīng)鰶_斷體系和六盤山?jīng)_斷體系兩大部分［15］。向東或東北方向的疊瓦狀逆沖斷層則構(gòu)成了該區(qū)的主要格架，并伴隨同生及由斷層牽引而形成的褶皺、反沖斷層、后沖斷層、正斷層和走滑斷層等［12］。整體上講，研究區(qū)及周鄰自古生代以來，經(jīng)歷了不同的動(dòng)力學(xué)環(huán)境和構(gòu)造-熱力作用的影響，而中生代以來又遭受了強(qiáng)烈的陸內(nèi)變形和改造，形成了現(xiàn)今現(xiàn)象豐富、特征復(fù)雜，集擠壓、伸展、走滑于一地共存的地質(zhì)地貌景觀。

2 地層分布與接觸關(guān)系

在南北構(gòu)造帶北部中南段，即青龍山以南至平?jīng)龅貐^(qū)，其中元古界、寒武系和奧陶系碳酸鹽巖地層呈斷續(xù)狀、近南北向展布（見圖2）。同時(shí)，這些中元古界、寒武系和奧陶系現(xiàn)今往往發(fā)生陡傾，其上又被不同時(shí)代的地層所覆蓋。研究表明，區(qū)域不整合是標(biāo)定一個(gè)地區(qū)構(gòu)造隆升的重要標(biāo)志之一［16-17］，故本研究重點(diǎn)對(duì)“古脊梁”及周鄰地區(qū)地層的接觸關(guān)系開展了詳細(xì)的調(diào)研。

平?jīng)鲂碌昶拭婵梢妸W陶系與上覆上三疊統(tǒng)礫巖呈角度不整合接觸，且上三疊統(tǒng)礫巖含有大量灰?guī)r礫石。該剖面表明，該區(qū)奧陶系在晚三疊世已經(jīng)出露地表并遭受剝蝕（見圖3A、B）。固原蒿店、店洼等地均可見近于直立的奧陶系灰?guī)r被下白堊統(tǒng)不整合覆蓋（見圖3C、D），這表明在下白堊統(tǒng)沉積之前，該區(qū)奧陶系已經(jīng)發(fā)生了強(qiáng)烈的傾斜抬升。彭陽南洋溝剖面出露奧陶系平?jīng)鼋M頁巖和背鍋山組生物碎屑灰?guī)r，兩者為整合接觸；奧陶系整體呈西傾單斜構(gòu)造（見圖3E），且與上覆侏羅系為斷層接觸，斷層西傾，斷面擦痕清晰可見，奧陶系沖覆于侏羅系之上。該剖面表明，在中—下侏羅統(tǒng)沉積之后，其發(fā)生了強(qiáng)烈的逆沖作用。從重力圖上可見，該斷裂相當(dāng)于青龍山平?jīng)鰯嗔训囊徊糠郑?8］。固原北部官廳鄉(xiāng)養(yǎng)花臺(tái)剖面出露薊縣系淺灰色硅質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及白云巖，且被輝綠巖體侵入其中，并導(dǎo)致薊縣系變質(zhì)或糜棱巖化；其上部被下白堊統(tǒng)三橋組礫巖以角度不整合所覆蓋（見圖2），礫石成分主要為灰?guī)r、硅質(zhì)條帶白云巖及硅質(zhì)巖等。該剖面說明，在早白堊世之前，該處薊縣系已發(fā)生了強(qiáng)烈的抬升，出露地表，并向周鄰早白堊世地層提供物源。該剖面不遠(yuǎn)處的云霧山地區(qū)同樣可見薊縣系與下白堊統(tǒng)的角度不整合接觸。炭山東北處元古界王全口組和黃旗口組可見淺灰色硅質(zhì)灰?guī)r、白云巖，褐紅色石英砂巖夾硅質(zhì)頁巖呈陡傾層狀產(chǎn)出（見圖3H），不遠(yuǎn)處又被延安組以角度不整合覆蓋（見圖3G）。該剖面說明，在延安組沉積之前，該區(qū)的元古界地層已經(jīng)發(fā)生明顯的抬升陡傾。甘肅環(huán)縣南湫子可見奧陶系平?jīng)鼋M被下白堊統(tǒng)三橋組以角度不整合所覆蓋，平?jīng)鼋M產(chǎn)狀263°∠38°，三橋組近于水平（見圖2）。該剖面顯示出，早白堊世三橋組沉積之前，該區(qū)奧陶系已發(fā)生了明顯的構(gòu)造抬升。同心縣青龍山薊縣系、奧陶系出露范圍較大，呈南北向展布，薊縣系、奧陶系間各套地層呈整合接觸，為一西傾單斜構(gòu)造，地層傾角約為60°（見圖3I）。東部甜水堡地區(qū)同樣出露西傾的奧陶系灰?guī)r，但傾角約為25°，較西部青龍山地區(qū)明顯減小， 并且在該處發(fā)現(xiàn)了奧陶系與上覆侏羅系延安組的角度不整合接觸［9，15］。該剖面表明，在侏羅紀(jì)之前，該區(qū)奧陶系也已發(fā)生了明顯的抬升。其余諸如鐵銅溝（見圖3F）、石板溝等剖面（見圖2），雖然未見上覆地層約束，但這些剖面的奧陶系同樣也表現(xiàn)出明顯的向西陡傾。值得注意的是，“古脊梁”兩側(cè)沉積了兩套含有大量碳酸鹽巖礫石成分的礫巖，即晚侏羅世芬芳河組礫巖和早白堊世三橋組礫巖，部分地區(qū)礫巖中碳酸鹽巖礫石的個(gè)數(shù)與總個(gè)數(shù)的比甚至超過90％（見圖4）。同時(shí)，在“古脊梁”周鄰，廣泛發(fā)育J／K間的高角度不整合，向外則逐步轉(zhuǎn)為低角度不整合或平行不整合，這表明“古脊梁”在晚侏羅世—早白堊世期間也發(fā)生了強(qiáng)烈的隆升。該期構(gòu)造事件在研究區(qū)表現(xiàn)十分明顯，并使得六盤山盆地與鄂爾多斯盆地具一定的分割性［7］。

上述地層特征表明， 雖然現(xiàn)今地表出露并不連續(xù)， 但南北構(gòu)造帶北部中南段確實(shí)廣泛存在近南北向展布的薊縣系、 奧陶系， 這些地層往往呈西傾單斜狀產(chǎn)出， 且被上覆不同時(shí)代的地層所覆蓋， 部分剖面還反映出薊縣系、 奧陶系與近水平展布的侏羅系、 白堊系呈斷層接觸關(guān)系， 都說明“古脊梁”在地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷了多期次構(gòu)造隆升作用。

3 地層碎屑組分特征

“古脊梁”主要由中元古界、寒武系和奧陶系碳酸鹽巖組成，而碳酸鹽巖巖屑又是眾多巖石碎屑中最具指示意義的重要巖石碎屑之一，其主要形成于較大的地貌高差和快速侵蝕的環(huán)境之中［19］，一般僅在近源快速沉積的碎屑巖中才能大量保存。因此，“古脊梁”周鄰沉積區(qū)碎屑巖中碳酸鹽巖巖屑含量的變化，對(duì)“古脊梁”的隆升具有重要的指示意義。故本研究重點(diǎn)對(duì)“古脊梁”周鄰中生代碎屑巖進(jìn)行了大量的巖石學(xué)分析。

對(duì)“古脊梁”東部（鄂爾多斯盆地西緣）地區(qū)大量鉆井及露頭的上三疊統(tǒng)樣品的碎屑組分分析表明，其存在大量的碳酸鹽巖巖屑（見圖5）。需要說明的是，由于缺乏古生物資料，對(duì)于鄂爾多斯盆地西南緣平?jīng)?、策底坡等地發(fā)育的一套以紫紅色、棕紅色礫巖、砂礫巖及砂巖為主的上三疊統(tǒng)地層，前人多籠統(tǒng)地將其作為整個(gè)延長組沉積［20-21］，但相似的巖石學(xué)特征表明，其應(yīng)劃歸長7及其上部地層［22］，故本研究將其置于長1至長7段進(jìn)行對(duì)比（見圖5）。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在延長組長7和長8之間存在明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，一個(gè)最顯著的區(qū)別是在長8至長10的碎屑組分統(tǒng)計(jì)中幾乎不含碳酸鹽巖巖屑，而自長7開始，碳酸鹽巖巖屑含量陡增（見圖5）。該區(qū)鉆井資料同樣顯示，延長組上部發(fā)育礫巖、砂礫巖等邊緣相沉積，如彭陽地區(qū)安深1井、演43井等鉆遇延長組礫巖，且其中含有大量的碳酸鹽巖礫石，最大礫徑可達(dá)8 cm［9，22-23］。鄂爾多斯盆地西緣、西南緣沉積體系的演化也同樣表現(xiàn)出長8、長7之間存在明顯的轉(zhuǎn)折，即由早期的辮狀河、辮狀河三角洲、濱淺湖相沉積轉(zhuǎn)為中晚期的沖積扇相、扇三角洲相沉積［22，24］。因此，延長組下部（長8～長10）和中上部（長1～長7）在沉積特征和碎屑組分上的明顯差異表明，“古脊梁”在長8末期開始受到印支運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈影響，發(fā)生了顯著的構(gòu)造隆升［22-23，25］。

此外，前人認(rèn)為，在“古脊梁”地區(qū)內(nèi)部的窯山、炭山等地普遍發(fā)育晚三疊世“窯山組”［26-27］，并據(jù)此認(rèn)為“古脊梁”在晚三疊世并未隆起。但是，通過近年來對(duì)“窯山組”進(jìn)行的巖石學(xué)特征對(duì)比、地球化學(xué)、裂變徑跡及碎屑鋯石年代學(xué)等多方面研究，認(rèn)為其應(yīng)劃歸早—中侏羅世延安組［28-30］。而且該套地層的鏡下特征也表明其不同程度地含有碳酸鹽巖巖屑（見圖6），但含量較上三疊統(tǒng)延長組明顯降低（其個(gè)數(shù)與總個(gè)數(shù)的比為1％～12％）。同時(shí)，部分剖面還反映出，在延安組下部碳酸鹽巖巖屑含量較高、上部含量逐漸降低甚至缺失的特征，說明自晚三疊世至早—中侏羅世，隨著該區(qū)構(gòu)造作用強(qiáng)度的逐漸減弱，在延安組沉積后期，“古脊梁”可能被逐漸夷平。

4 構(gòu)造隆升的年代學(xué)證據(jù)

通過低溫?zé)崮甏鷮W(xué)方法， 結(jié)合沉積記錄和構(gòu)造變形記錄等資料對(duì)某一區(qū)隆升過程的時(shí)空格局進(jìn)行分析， 已成為構(gòu)造演化研究中一種較為成熟可靠的方法［31-37］。 “古脊梁”主要由中元古界、 寒武系和奧陶系構(gòu)成， 巖性以碳酸鹽巖為主， 無法直接對(duì)其進(jìn)行低溫?zé)崮甏鷮W(xué)分析。 然而，? 前人對(duì)“古脊梁”周鄰分布的古中生代地層已開展了大量的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)工作［31-34，38-49］，這些資料厘定了“古脊梁”所在地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)格架，也為探討“古脊梁”的構(gòu)造演化過程提供了重要信息。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明， “古脊梁”周鄰主要存在以下幾期年齡集中分布區(qū)： 晚三疊世—早侏羅世（220～180 Ma）;晚侏羅世—早白堊世初（160～135 Ma）;早白堊世（120～110 Ma）;晚白堊世—古新世（100～56 Ma）;始新世（5～35 Ma）以及中新世晚期（10～8 Ma）（見圖7）。除早白堊世裂變徑跡年齡集中分布區(qū)被認(rèn)為與區(qū)域地溫場的降溫有關(guān)外［50］，其余幾期裂變徑跡年齡集中分布區(qū)，在研究區(qū)均有明顯的地質(zhì)響應(yīng)。這表明，“古脊梁”及周鄰地區(qū)在中—新生代期間構(gòu)造活動(dòng)較為頻繁，發(fā)生了多期次的隆升作用。其中，低溫?zé)崮甏鷮W(xué)所記錄的部分活動(dòng)期次（如晚三疊世、晚侏羅世）與前文所述的區(qū)域性角度不整合分布及邊緣相堆積等特征可相互印證，共同反映出中生代期間“古脊梁”及其周鄰發(fā)生了多期次強(qiáng)烈的構(gòu)造隆升。而新生代晚期的年齡多記錄于賀蘭山、六盤山一帶，該事件則導(dǎo)致桌子山至六盤山一帶的南北向山系最終定型［7，11］。此外，沉積學(xué)分析表明，該區(qū)在隆升作用的間歇期內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)較弱，廣泛接受沉積，早期形成的山體被強(qiáng)烈剝蝕甚至夷平，整體上體現(xiàn)出構(gòu)造活躍期與構(gòu)造平靜期交替出現(xiàn)的特征（見圖8）。

在中生代之前，雖未見低溫?zé)崮甏鷮W(xué)記錄，但包括“古脊梁”在內(nèi)的南北構(gòu)造帶北部也存在較為明顯的活動(dòng)特征。在志留—泥盆紀(jì)，該構(gòu)造帶便具有明顯的分區(qū)作用，西側(cè)存在大量同期地層，而東側(cè)則完全缺失［12］。石炭紀(jì)的構(gòu)造分區(qū)作用同樣十分明顯，以地層整體缺失或沉積較薄的形式長期分隔東（華北）、西（走廊過渡帶東部及其南北）兩大沉積域，并且在中—晚石炭世土坡期才首次出現(xiàn)了東、西部水體的部分連通［51］，此時(shí)該構(gòu)造帶的活動(dòng)有所減弱，但其沉積厚度仍較兩側(cè)更薄，顯示其同樣具一定的分區(qū)作用。另外，在甜水堡鄰近地區(qū)，寒武—奧陶系與二疊系間的角度不整合、平?jīng)龃笈_(tái)子地區(qū)薊縣系—奧陶系與二疊系間的角度不整合［9］，也反映了“古脊梁”在古生代期間強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)。因此，“古脊梁”在前中生代可能已初具規(guī)模，并造成了區(qū)域性的沉積分區(qū)和角度不整合接觸。

5 結(jié)論

展布于青龍山—云霧山—三關(guān)口一帶，由中元古界、寒武系和奧陶系所組成的“古脊梁”，在地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷了多期、復(fù)雜的構(gòu)造演化過程。初始隆升可能在晚古生代便已發(fā)生，中生代晚三疊世、晚侏羅世和早白堊世初均發(fā)生了明顯的隆升作用。具體而言，晚三疊世受印支運(yùn)動(dòng)的影響，“古脊梁”發(fā)生強(qiáng)烈隆起，但隨之活動(dòng)性減弱，并被逐漸夷平，直至晚侏羅世—早白堊世初又一次強(qiáng)烈隆升，造成鄂爾多斯盆地與六盤山盆地的分隔；隨后，在早白堊世中晚期，其構(gòu)造活動(dòng)性再次逐漸減弱并被夷平，兩側(cè)沉積域再次連通。新生代晚期以來，? 隨著北部賀蘭山、? 桌子山和南部六盤山出現(xiàn)大規(guī)模快速隆升， 才導(dǎo)致整個(gè)南北構(gòu)造帶北部形成一系列近南北向山系的地貌格局。 上述特征表明， 在構(gòu)造活躍期， “古脊梁”地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈隆升， 造成地層間角度不整合的普遍發(fā)育和周鄰沉積地層中碳酸鹽巖成分的顯著增加; 在構(gòu)造平靜期內(nèi)， “古脊梁”地區(qū)隆升作用減弱， 廣泛接受沉積， 早期形成的山體被逐漸夷平， 兩側(cè)沉積域部分或全部貫通。整體上來看， “古脊梁”的構(gòu)造演化顯示出動(dòng)態(tài)的隆升、 夷平再隆升的演化過程， 這也與該區(qū)特殊的構(gòu)造位置和基底薄弱等因素有關(guān)。

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