王學(xué)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(jì)至早二疊紀(jì)地層劃分為土坡組和太原組兩個(gè)組級(jí)巖石地層單位；巖石組合以陸源碎屑巖、石英砂巖、泥（頁(yè)）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(diǎn)看，晚石炭紀(jì)本區(qū)基底拗陷下沉，以海進(jìn)作用為主，海水由南西向北東方向侵進(jìn)，形成南西—北東向狹長(zhǎng)海域，隨著盆地范圍的不斷擴(kuò)大，形成了半封閉沉積環(huán)境的海灣，至早二疊紀(jì)早期演化為陸表海環(huán)境。

關(guān)鍵詞：賀蘭山北段 晚石炭—早二疊紀(jì) 巖石特征 沉積環(huán)境演化

中圖分類號(hào)：Q914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（c）-0051-03

寧夏賀蘭山北段晚石炭-早二疊紀(jì)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(gè)組級(jí)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(tái)、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(xì)粒石英砂巖與深灰—黑灰色粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)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(tái)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(yè)巖、頁(yè)巖呈不等厚互層，下部為石英砂巖夾頁(yè)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(tái)沉積厚度412.89m，向北向南均有變薄趨勢(shì)。巖性主要以灰-灰黑色頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、泥巖為主，間夾淺灰色中厚薄層、中細(xì)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(yè)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(shí)別標(biāo)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(yè)）巖—砂巖—頁(yè)巖夾生物碎屑灰?guī)r向上變粗再變細(xì)層序（見(jiàn)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(xì)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(xì)粒石英砂巖夾少量粉砂-細(xì)砂巖、泥（頁(yè)）巖（含植物莖桿）。底部含礫石，呈現(xiàn)向上變細(xì)的特征明顯，發(fā)育槽狀交錯(cuò)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(yè)巖為主，間夾灰?guī)r透鏡體不穩(wěn)定層，偶夾煤線，在黑色頁(yè)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(yè)巖、粉砂巖、細(xì)砂巖—頁(yè)巖夾灰?guī)r向上變粗再變細(xì)層序（見(jiàn)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(yè)巖夾灰?guī)r向上變細(xì)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(xì)的砂體；上部與A層序上部沉積特征相似，以黑色頁(yè)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(yè)）巖向上變細(xì)層序（見(jiàn)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(zhǎng)石石英砂巖，自下而上粒度由粗變細(xì)，成層厚度由厚變薄；砂巖發(fā)育槽狀層理、板狀交錯(cuò)層理、平行層理、沙紋層理，層理構(gòu)造由大型變?yōu)樾⌒?，顯示水動(dòng)力條件由強(qiáng)變?nèi)?；上部由深灰色泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、煤層組成，偶夾粉砂巖。該層序?yàn)橐惶兹侵奁皆瓉喯喑练e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(yè)）巖向上變細(xì)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(xì)粒，砂巖上部發(fā)育含豐富植物化石的炭質(zhì)泥（頁(yè)）巖及煤層（線）；沉積構(gòu)造主要有槽狀交錯(cuò)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(yè)巖—砂巖—泥（頁(yè)）巖夾灰?guī)r向上變粗又變細(xì)層序（圖2b）。層序底部含礫，下部為夾中薄層細(xì)砂巖的粉砂巖和泥（頁(yè)）巖，細(xì)砂巖中發(fā)育沙紋層理；中部的中厚層中細(xì)粒砂巖中發(fā)育大型板狀斜層理、槽狀交錯(cuò)層理、平行層理等層理構(gòu)造；上部以灰黑色粘土巖類（頁(yè)巖、泥巖、炭質(zhì)頁(yè)巖）為主，夾中厚層生物碎屑灰?guī)r及煤層、煤線。該層序?yàn)橐惶兹侵耷熬墎喯喑练e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(yè)）巖、粉砂巖、細(xì)砂巖—（泥）頁(yè)巖夾灰?guī)r向上變粗再變細(xì)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(wú)中部水下分流河道砂體。

（4）砂巖—頁(yè)巖夾灰?guī)r向上變細(xì)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(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)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(yè)）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(gè)基本層序：粉砂質(zhì)泥（頁(yè)）巖-砂巖-頁(yè)巖夾生物碎屑灰?guī)r向上變粗再變細(xì)層序（圖1a、b）；粉砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂細(xì)砂巖-頁(yè)巖夾灰?guī)r向上變粗再變細(xì)層序（圖1b中部）；砂巖—頁(yè)巖夾灰?guī)r向上變細(xì)層序（圖1b中-上部）；砂巖—（粉砂巖）—泥（頁(yè)）巖向上變細(xì)層序（圖1c）。主要的層理構(gòu)造有槽狀交錯(cuò)層理、板狀斜層理、平行層理、沙紋層理4個(gè)層理，最典型層理有雙向交錯(cuò)層理、魚(yú)骨狀層理，巖石層面上常見(jiàn)不對(duì)稱波痕。從沉積特點(diǎn)分析，土坡組具有三角洲沉積環(huán)境特征，可細(xì)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(yuǎn)砂壩微相）和前三角洲亞相。反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境應(yīng)處于弱還原或還原環(huán)境，并周期性被海水淹沒(méi)的過(guò)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(gè)基本層序：砂巖—粉砂巖—泥（頁(yè)）巖向上變細(xì)層序（圖2a）；粉砂質(zhì)頁(yè)巖—砂巖—泥（頁(yè)）巖夾灰?guī)r向上變粗又變細(xì)層序（圖2b）；粉砂質(zhì)泥（頁(yè)）巖、粉砂巖、細(xì)砂巖—（泥）頁(yè)巖夾灰?guī)r向上變粗再變細(xì)層序（圖2b）；砂巖—頁(yè)巖夾灰?guī)r向上變細(xì)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(xì)砂巖中發(fā)育平行層理、中-小型波狀斜層理和雙向交錯(cuò)層理；在泥（頁(yè)）巖中發(fā)育水平層理、沙紋層理。從沉積特點(diǎn)分析，太原組具有三角洲沉積環(huán)境特征，可細(xì)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(yuǎn)砂壩微相、支流間灣微相）和前三角洲亞相。反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境應(yīng)為典型的海相弱還原或還原環(huán)境，并周期性被海水淹沒(méi)的過(guò)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(shí)測(cè)地質(zhì)資料分析，在晚石炭世早期以前，祁連海區(qū)向東擴(kuò)展至賀蘭山南段，形成一個(gè)海灣，海水并未到達(dá)賀蘭山中、北段；直到晚石炭世晚期，海灣繼續(xù)擴(kuò)大，越過(guò)靈武、銀川等地，到達(dá)賀蘭山中、北段，使石炭系地層由南向北逐漸上超于不同時(shí)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(kuò)展，土坡組在胡魯斯臺(tái)的出露地層最全，沉積總厚度達(dá)到464.2m，其直接不整合于寒武系地層之上。在其東南的柴達(dá)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(gè)向南西開(kāi)口的海灣，土坡組的沉積過(guò)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(kuò)大，特別是海灣東部的鄂爾多斯古陸下陷，使原來(lái)的海灣與華北海連成一片。整個(gè)沉積格局發(fā)生了較大改變，使石炭系的格局變?yōu)橐粋€(gè)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(gè)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(jìn)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(yùn)動(dòng)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(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)每個(gè)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(rèn)為寧夏賀蘭山地區(qū)石炭紀(jì)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(kuò)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(jìn)作用為主，處于南西向開(kāi)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(jìn)、海退作用，形成了太原組的三角洲相。

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