馬靜輝 何登發(fā), 2**

1. 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083 2. 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083

構(gòu)造事件(Tectonic Event)是指構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中某一短暫時(shí)期突然發(fā)生的、規(guī)模較大的、具有重大影響的、強(qiáng)烈的構(gòu)造變動(dòng)(萬(wàn)天豐，2011；陸松年等，2001；侯泉林，2018)，是通過(guò)巖石、構(gòu)造、地層等物質(zhì)的存在和變化表現(xiàn)出來(lái)的，如構(gòu)造變形、變位、巖漿的侵入、變質(zhì)作用、不整合等(萬(wàn)天豐，2011)。野外地質(zhì)調(diào)查是研究構(gòu)造事件最重要和最基本的途徑，在野外地質(zhì)工作中，很多露頭含有豐富的地質(zhì)內(nèi)涵或能反映構(gòu)造事件序列。由于賀蘭山山大溝深，缺乏地震測(cè)線的控制，只有在其鄰區(qū)有少數(shù)幾條地震測(cè)線，因此地層不整合和熱年代學(xué)在該地區(qū)中新生代構(gòu)造事件時(shí)間的確定中起著舉足輕重的作用。

本文研究的范圍是賀蘭山構(gòu)造帶及其鄰區(qū)，包括桌子山、賀蘭山、牛首山、面子山、磁窯堡、石溝驛、大小羅山和青龍山等地，橫亙?cè)诙鯛柖嗨古璧匚鞅本墸乩碜鴺?biāo)介于北緯37°～40°，東經(jīng)105°～107°，長(zhǎng)約200km，總體呈SW-NE走向(圖1)。這一狹長(zhǎng)地帶是華北地塊上重要陸內(nèi)造山帶，其形成受到多個(gè)構(gòu)造域影響，并經(jīng)歷多旋回多期次的構(gòu)造活動(dòng)(Liu,1998; Huangetal., 2015)，褶皺斷裂發(fā)育，構(gòu)造變形復(fù)雜，是中國(guó)南北向構(gòu)造帶的重要組成部分(趙曉辰等，2016)。該地區(qū)保存有鄂爾多斯盆地及周緣豐富的構(gòu)造變形行跡，是研究鄂爾多斯西緣中新生代構(gòu)造變形的關(guān)鍵區(qū)域，其復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史一直是地質(zhì)學(xué)者們關(guān)注的課題。

圖1 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(a)華北克拉通(NCC)地形圖(據(jù)Liu, 1998; Liu et al., 2013改編)；(b)鄂爾多斯盆地西緣構(gòu)造位置圖；(c)賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)地質(zhì)圖，采樣位置為紅色五星, 綠色線條表示圖1d-f剖面位置；(d)NW-SE構(gòu)造剖面圖(A-B、C-D、E-F、G-H)；(e)SW-NE構(gòu)造剖面圖(I-J)；(f)W-E構(gòu)造剖面圖(K-L). F1-巴彥烏拉山山前斷裂；F2-賀蘭山西麓斷裂；F3-賀蘭山東麓斷裂；F4-黃河大斷裂；F5-車道-阿色浪斷裂；F6-宗別立-正誼關(guān)大斷裂; F7-牛首山-羅山斷裂Fig.1 Regional geological map of the Helanshan Tectonic Belt (HTB) and its adjacent area(a) North China Craton (NCC) topographic map (modified after Liu, 1998; Liu et al., 2013); (b) tectonic location of the western margin of the Ordos Basin; (c) geological map of the HTB and its adjacent areas: the red five-star is the sampling position; the green line indicates the position of the section in Fig.1d-f; (d) NW-SE structural section (A-B, C-D, E-F, G-H); (e) SW-NE structural section (I-J);(f)W-E structural section (K-L). F1-Bayanwula Fault; F2-Western Helanshan Fault; F3-Eastern Helanshan Fault; F4-Huanghe Fault; F5-Chedao-Aselang Fault; F6-Zongbieli-Zhengyiguan Fault; F7-Niushoushan-Luoshan Fault

長(zhǎng)期以來(lái)，地質(zhì)學(xué)者們對(duì)于賀蘭山構(gòu)造帶的形成機(jī)制(湯錫元等，1988；楊俊杰，1990；Liu, 1998；Darby and Ritts , 2002；Xuetal., 2015；Guoetal., 2018)、構(gòu)造變形特征(Liu, 1998；張進(jìn)等，2004；李天斌，2006；Huangetal., 2015)、盆山耦合關(guān)系(劉池洋等，2005；王鋒等，2006；陳剛等，2007a, b；白云來(lái)等，2010)和多種能源勘探開發(fā)(何自新，2003；陳剛等，2005；郭慶銀，2010；徐浩，2017)等方面開展了許多工作。大量事實(shí)證明，中-新生代是賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)構(gòu)造強(qiáng)烈變形和構(gòu)造定型的關(guān)鍵時(shí)期，也是該地區(qū)由建造轉(zhuǎn)向后期改造的重要轉(zhuǎn)換時(shí)期(陳剛等，2007a, b；Guoetal., 2018；Yang and Dong, 2018)，它對(duì)現(xiàn)今該地區(qū)的地質(zhì)地貌、形成演化及最終定型有著重要意義及深遠(yuǎn)影響。中生代初期，華北板塊與阿拉善板塊碰撞造山之后，研究區(qū)進(jìn)入陸內(nèi)構(gòu)造體制下的隆升演化階段。晚三疊世，研究區(qū)廣泛發(fā)育的區(qū)域不整合及鼓鼓臺(tái)玄武巖等深成巖體的形成(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2017)，表明該區(qū)在這一時(shí)期發(fā)生了大規(guī)模的構(gòu)造擴(kuò)張事件；晚中生代，中、晚燕山運(yùn)動(dòng)使得研究區(qū)發(fā)生了強(qiáng)烈構(gòu)造變形(陳剛等，2007b)；新生代以來(lái)，喜山運(yùn)動(dòng)又對(duì)研究區(qū)先期發(fā)生的強(qiáng)烈構(gòu)造變形進(jìn)行了大幅改造。正是由于眾多復(fù)雜的構(gòu)造事件疊加，使得先期構(gòu)造變得模糊難辨，給研究區(qū)中新生代陸內(nèi)變形的解析帶來(lái)非常大的困難，尤其是對(duì)研究區(qū)關(guān)鍵構(gòu)造事件的整體面貌，特別是變形時(shí)間缺乏深入理解。本區(qū)構(gòu)造變形的起始時(shí)間到底是晚三疊世還是中侏羅世或是其他時(shí)間？什么時(shí)候構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈？這些關(guān)鍵問(wèn)題的回答對(duì)該地區(qū)的陸內(nèi)構(gòu)造變形研究至關(guān)重要。

地層不整合和生長(zhǎng)地層能夠反映構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的時(shí)期和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，是確定構(gòu)造事件的重要標(biāo)志(Suppeetal., 1992；Morley, 2016)。大量與逆沖-褶皺造山過(guò)程緊密聯(lián)系的不整合面和生長(zhǎng)地層清楚地記錄了褶皺的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程(Suppeetal., 1992)，因此，確定不整合和生長(zhǎng)地層的層位、形態(tài)等特征，可以幫助確定該地區(qū)構(gòu)造事件的起始時(shí)間及演化歷史(何登發(fā)，2007；呂明等，2014)。筆者研究團(tuán)隊(duì)正是以此為切入點(diǎn)，對(duì)研究區(qū)代表性的露頭進(jìn)行了多次野外踏勘和地質(zhì)調(diào)查，通過(guò)大范圍露頭尺度不整合面和生長(zhǎng)地層的識(shí)別，研究其分布范圍和發(fā)育特征，以期對(duì)該地區(qū)的關(guān)鍵構(gòu)造事件有更好的了解。

圖2 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)年代地層格架剖面Fig.2 Chronology stratigraphic section of the HTB and adjacent area

裂變徑跡年代學(xué)用于造山帶隆升研究已是一個(gè)較為成熟的方法(沈傳波等，2007)，該方法能夠?qū)r石的低溫?zé)釟v史進(jìn)行有效約束(Galbraith and Laslett, 1993)，從而有效地確定地體的隆升時(shí)間、隆升過(guò)程及構(gòu)造活動(dòng)樣式。關(guān)于賀蘭山造山帶乃至鄂爾多斯盆地西緣中新生代裂變徑跡年代學(xué)研究工作，主要集中在桌子山(李天斌，2006；卓魚周，2015)、賀蘭山(李天斌，2006；趙紅格等，2007a, b；劉建輝等，2010)、香山(陳剛等，2007b；趙曉辰等，2016)、石溝驛與甜水堡(趙紅格等，2007b；高少華，2014)、六盤山與崆峒山(高峰等，2000；鄭德文等，2005；Zhengetal., 2006；陳剛等，2007a；高少華，2014)以及安口(陳剛等，2007a)等地；此外，在磁窯堡與面子山(高少華，2014)、牛首山與羅山(宋立軍等，2013)、炭山(趙紅格等，2007b)、蘆參1井(任戰(zhàn)利等，1994)、苦參1井(Sun and Liu，1996)等地區(qū)也有一些零星成果。從已經(jīng)發(fā)表的裂變徑跡年代學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)看，中-新生代研究區(qū)在不同區(qū)段存在差異抬升現(xiàn)象，具有非均一性。并且除香山、桌子山等地有較新的年代學(xué)數(shù)據(jù)外，大多數(shù)數(shù)據(jù)都比較早，這些零散而不全面的工作為我們厘定研究區(qū)中-新生代構(gòu)造事件帶來(lái)了很大困難，對(duì)其關(guān)鍵地質(zhì)事件的整體面貌、特別是變形的時(shí)間尚缺乏深入理解。

本文對(duì)研究區(qū)的地層不整合關(guān)系進(jìn)行了詳盡的分析研究，并對(duì)獲得的12件裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行了熱史模擬?；诓徽厦娣治?，結(jié)合這些新的測(cè)試數(shù)據(jù)及前人的裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)的綜合分析，對(duì)研究區(qū)中-新生代構(gòu)造事件進(jìn)行約束。研究結(jié)果不僅有助于對(duì)該地區(qū)中-新生代以來(lái)構(gòu)造抬升的理解，而且對(duì)正確認(rèn)識(shí)該地區(qū)及周緣的區(qū)域構(gòu)造變動(dòng)及響應(yīng)關(guān)系、中-新生代陸內(nèi)造山變形過(guò)程、盆山耦合關(guān)系以及油氣勘探提供很好的研究資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)位于華北克拉通(NCC)西部，橫亙于鄂爾多斯盆地西緣、阿拉善地塊和秦祁造山帶交匯復(fù)合部位(圖1a, b)，為一復(fù)雜陸內(nèi)變形構(gòu)造帶，由一系列NNE向褶皺和逆沖斷層組成，整體構(gòu)造行跡呈NNE-SSW(Sun and Dong, 2019)。研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖和構(gòu)造剖面圖(圖1c, d)展示了其復(fù)雜的構(gòu)造變形與褶皺逆沖斷裂系統(tǒng)(Huangetal., 2015；Yang and Dong, 2018)。它以賀蘭山西麓隱伏斷裂和牛首山-羅山斷裂為西界，以賀蘭山東麓大斷裂、黃河大斷裂和阿色浪-車道大斷裂為東界，從西到東包括4個(gè)具有不同結(jié)構(gòu)的次級(jí)構(gòu)造單元，依次為巴彥浩特盆地、賀蘭山、銀川地塹和西緣逆沖推覆帶(圖1c-d)。其中賀蘭山本部由插旗溝逆沖斷層分為東西兩個(gè)部分，西部是一套逆掩在開闊褶皺之上的逆沖系統(tǒng)，東部為一套東傾的緊閉倒轉(zhuǎn)向斜(圖1d)。根據(jù)這些次級(jí)構(gòu)造單元的構(gòu)造特征，賀蘭山與兩側(cè)的地塹/盆地顯示出典型的盆山結(jié)構(gòu)(圖1d)。平衡剖面恢復(fù)顯示，研究區(qū)在東西方向至少有30%(Darby and Ritts, 2002)到35%(Huangetal., 2015)的縮短量。

研究區(qū)主要由變形變質(zhì)的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和顯生宙蓋層組成(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2017)。沉積蓋層自下而上包括中元古界長(zhǎng)城系和薊縣系、新元古界震旦系、下古生界寒武系和奧陶系、上古生界石炭系和二疊系、中生界三疊系、侏羅系和白堊系、新生界古近系、新近系和第四系(圖2)，普遍缺失志留系-泥盆系，大部分缺失青白口系、震旦系、下石炭統(tǒng)和上白堊統(tǒng)，新生界平面分布局限性大，整體顯示非連續(xù)性沉積特征(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2017)。

研究區(qū)的形成演化經(jīng)歷了早古生代華北陸表海、晚古生代華北濱淺海、中生代內(nèi)陸湖盆和新生代周緣斷陷等多旋回演化階段(陳剛等，2007b)。古生代時(shí)，它屬于華北克拉通被動(dòng)大陸邊緣北段(張進(jìn)等，2012)。在早古生代裂陷沉積和晚古生代中晚期上疊坳陷盆地沉積基礎(chǔ)上，中新生代整體褶皺變形，逆沖斷裂發(fā)育，多期次的構(gòu)造疊加交織形成了復(fù)雜的陸內(nèi)變形(Sun and Dong, 2019)。這些陸內(nèi)變形構(gòu)造的解析是理解阿拉善地塊與鄂爾多斯盆地之間中新生代大陸動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程的關(guān)鍵(Liu, 1998；Darby and Ritts, 2002；陳剛等，2005；李天斌，2006；趙紅格等，2007b；楊圣彬等，2008；Yang and Dong, 2018)。

值得注意的是，在阿拉善地塊、賀蘭山構(gòu)造帶和鄂爾多斯盆地中新生代沉積特征略有不同。三疊系廣泛出露在賀蘭山和鄂爾多斯盆地(圖1c)，但阿拉善地塊卻缺失這套三疊紀(jì)沉積序列(王鋒等，2006；趙文智等，2006；白云來(lái)等，2010)。鄂爾多斯盆地和巴彥浩特盆地均保存有巨厚下白堊統(tǒng)和新生代粗粒碎屑巖，而賀蘭山主體缺失白堊紀(jì)地層，下白堊統(tǒng)廟山湖組(K1ms)僅在賀蘭山西南麓出露，為一套紅色礫巖，而盆地本部下白堊統(tǒng)宜君組(K1y)、洛河組(K1lh)和環(huán)河組(K1hh)為一套灰色磨拉石沉積建造，二者從顏色上有明顯區(qū)分。

2 方法和數(shù)據(jù)

2.1 不整合分析

地層不整合是研究構(gòu)造變形的重要窗口，也是劃分構(gòu)造事件期次、建立區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)年表的重要依據(jù)，還是分析沉積盆地分層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本依據(jù)(何登發(fā)，2018)。不整合是構(gòu)造活動(dòng)的直接證據(jù)，每一期不整合都可以代表一次區(qū)域性或局部構(gòu)造事件(何登發(fā)，2007)。本文采取野外實(shí)地調(diào)查、地震剖面精細(xì)解析和室內(nèi)分析研究相結(jié)合的方法，對(duì)研究區(qū)中新生代地層主要露頭區(qū)進(jìn)行實(shí)地考察；對(duì)代表性不整合接觸關(guān)系繪制剖面圖；對(duì)典型的不整合接觸關(guān)系、生長(zhǎng)地層為重點(diǎn)進(jìn)行拍照；并選取銀川盆地ZW0306和石溝驛02XY07兩條地震剖面局部放大圖進(jìn)行精細(xì)刻畫，識(shí)別削截、上超點(diǎn)。通過(guò)對(duì)野外剖面的系統(tǒng)觀察、拍照、室內(nèi)繪圖分析，總結(jié)歸納不整合分布規(guī)律，以此來(lái)探討賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)中新生代構(gòu)造事件。

2.2 裂變徑跡

裂變徑跡熱年代學(xué)可以通過(guò)對(duì)峰值年齡和其頻數(shù)分布綜合分析，為盆地重要構(gòu)造事件提供有效的定量年代學(xué)信息(周祖翼等，2001)。根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)今格局，本次研究在重點(diǎn)露頭區(qū)采集了12件樣品，采樣位置見圖1。樣品HX01、HX02、HC02、HX04采自賀蘭山南段小口子奧陶系，樣品CS40采自磁窯堡三疊系，樣品SG16、SG24采自石溝驛南新白爾莊子和胡家水井子三疊系，樣品MS44采自面子山白堊系，NS51、NS60采自牛首山古佛臺(tái)和南部的奧陶系，LS88、LS90采自大羅山樊家三疊系和北部蝸牛山二疊系。

所有樣品均采自新鮮露頭。野外采用手持GPS逐樣定位、標(biāo)高，單機(jī)定位誤差小于20m。本次樣品采集重量均大于3kg，以便能夠挑選出足量的磷灰石、鋯石來(lái)進(jìn)行測(cè)試分析。本次裂變徑跡測(cè)試分析在中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所進(jìn)行。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方法見沈傳波等(2007)。Zeta(ζ)標(biāo)定選用IUGS推薦的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣Durango磷灰石和Fish Canyon Tuff磷灰石(Hurford and Green, 1983；Hurford, 1990)完成，本文測(cè)得的磷灰石Zeta常數(shù)為410±17.6；鋯石Zeta常數(shù)為90.9±2.8。根據(jù)文獻(xiàn)(Greenetal., 1989；Reiners and Brandon, 2006)分別選定磷灰石、鋯石的部分退火帶為60～120℃、200～320℃。利用AUTOSCAN儀器設(shè)備，在Zeiss光學(xué)顯微鏡(×1000)和Fission Track Studio軟件支持下，測(cè)出自發(fā)徑跡密度、誘發(fā)徑跡密度、水平徑跡密度；徑跡長(zhǎng)度和Dpar值。

圖3 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)主要不整合面分布范圍(a) T2-3/P; (b) J2-3/An J2-3; (c) K1/AnK1; (d) E3/AnE3Fig.3 Distribution range of unconformity in the HTB and adjacent area

圖4 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)印支末期-燕山早期不整合野外露頭照片(a) J2y/T3s，夾玄武巖(βT3)；(b) T2e/P2sh；(c) T2e/P3sj；(d) Q/J2y/T3d，304國(guó)道；(e) T2e/ T1h/P2sh，磁窯堡羊圈；(f) J1f/T3s，石溝驛道班處Fig.4 Outcrop photos of the Late Indosinian-Early Yanshanian unconformity in the HTB and adjacent area(a) J2y/T3s intercalated by βT3; (b) T2e/P2sh; (c) T2e/P3sj; (d) Q/J2y/T3d, by the 304 Country road; (e) T2e/ T1h/P2sh, Ciyaobao; (f) J1f/T3s, Shigouyi

3 結(jié)果

3.1 不整合面特征

3.1.1 T/P平行不整合面

通過(guò)野外實(shí)地勘查，賀蘭山中段廟前梁子、蘇峪口、大水溝門、汝箕溝、石炭井等26處露頭及石溝驛3處露頭表現(xiàn)出三疊系與下伏二疊系平行不整合接觸(圖3a)。例如賀蘭山南二馬營(yíng)組(T2e)與下伏上石盒子組(P2sh)平行不整合(圖4b)，上下層產(chǎn)狀分別為310°∠34°和312°∠35°。又如賀蘭山南廟前梁子中三疊統(tǒng)二馬營(yíng)組(T2e)與下二疊統(tǒng)孫家溝組(P3sj)平行不整合，二馬營(yíng)組(T2e)為一套灰紫色厚層中粗粒砂巖，發(fā)育大型板狀平行層理，孫家溝組(P3sj)為一套淺灰-灰白色中厚層砂礫巖、礫巖夾少量凝灰質(zhì)含礫粗砂巖，上下層之間平行不整合接觸(圖4c)。根據(jù)野外觀察和地質(zhì)圖分析可以看出，該期平行不整合分布范圍主要分布于賀蘭山中段和石溝驛忠1井南部區(qū)域，區(qū)域主要表現(xiàn)為垂直抬升，沒有明顯的褶皺運(yùn)動(dòng)，推測(cè)這兩個(gè)地區(qū)為該時(shí)期構(gòu)造事件的沉積中心。

圖5 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)印支末期-燕山早期地層不整合接觸關(guān)系特征圖Fig.5 Stratigraphic unconformity contact relationship between the Late Indosinian-Early Yanshanian strata in the HTB and its adjacent area

3.1.2 J/T角度不整合

J/T不整合在賀蘭山地區(qū)主要表現(xiàn)為角度不整合，在南部磁窯堡-石溝驛一帶過(guò)渡為微角度不整合。以三關(guān)口斷裂、黃河大斷裂和車道-阿色浪斷裂三條區(qū)域大斷裂為界，可將該期不整合大致劃分為四個(gè)區(qū)域，各區(qū)域不整合面展布特征明顯。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在賀蘭山地區(qū)的汝箕溝-缺臺(tái)溝-古拉本、科學(xué)山、新井煤礦等22處露頭觀察點(diǎn)上均表現(xiàn)為中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)不整合上覆在上三疊統(tǒng)上田組(T3s)、大風(fēng)溝組(T3d)或更老地層之上(圖3b)。

在賀蘭山北龍墩尖子處，延安組(J2y)與下伏上三疊統(tǒng)大風(fēng)溝組(T3d)呈高角度不整合接觸(圖5a)。汝箕溝煤礦實(shí)測(cè)剖面(圖5b)和古拉本衛(wèi)東煤礦剖面(圖5c)，上覆地層延安組(J2y)為一套灰黑色頁(yè)巖與灰色細(xì)粒石英砂巖不等厚互層，以角度不整合于上田組(T3s)灰黑色頁(yè)巖夾深灰色中厚層長(zhǎng)石石英砂巖之上，上下層產(chǎn)狀為272°∠30°和297°∠65°。在汝箕溝西南處白芨芨溝剖面中(圖5e)，上田組上部與延安組角度不整合，下部與大風(fēng)溝組整合接觸，上下兩套地層傾角變緩。在鼓鼓臺(tái)-二道嶺上田組(T3s)頂部見有灰綠-灰褐色玄武巖(βT3)(圖4a)，這套玄武巖前人做過(guò)大量研究(高山林，2003；王鋒，2005；楊華等，2010)，是該時(shí)期伸展環(huán)境的重要證據(jù)。在賀蘭山南麓小房子所見露頭延安組(J2y)的產(chǎn)狀為295°∠30°(圖5g)

磁窯堡-石溝驛一帶觀察到7處不整合面露頭(圖3b)，大部分表現(xiàn)為下侏羅統(tǒng)延安組(J2y)與中上三疊統(tǒng)(T2-3)之間呈微角度不整合接觸，只發(fā)現(xiàn)1處為角度不整合。該露頭位于石溝驛煤礦道班處，可見到下侏羅統(tǒng)富縣組(J1f)為一套磚紅色中厚層中粗粒長(zhǎng)石石英砂巖(圖4f)，不整合覆于上三疊統(tǒng)上田組(T3s)之上，上下兩層產(chǎn)狀為294°∠27°和302°∠16°，實(shí)測(cè)剖面上也清楚展示該角度不整合(圖5h)。富縣組向北到磁窯堡減薄，并且可與盆地西南緣華亭、東北緣神木橫向?qū)Ρ?寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2017)。可以推測(cè)，在當(dāng)時(shí)的古地理構(gòu)造格局中，富縣組(J1f)沉積超覆在上三疊統(tǒng)上田組(T3s)古侵蝕面之上，之后遭受正斷層破壞或剝蝕，使得該套地層缺失，因此在研究區(qū)大部分區(qū)域延安組(J2y)含煤地層直接不整合于上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)之上(圖4d、圖5f)。

圖6 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)燕山期-喜山期地層不整合接觸關(guān)系特征圖Fig.6 The unconformity contact diagram of the Yanshanian-Himalayan period in the HTB and its adjacent area

圖7 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)燕山期-喜山期不整合野外露頭照片(a) Q/K1l；(b) E3q/K1ms，英發(fā)溝；(c) N1z/K1ms，鷹嘴山；(d) K1y/T3y，大十字溝橋；(e) K1y砂礫巖夾砂巖薄層條帶，面子山；(f) Q/K1y石溝驛國(guó)道Fig.7 Outcrop photos of the Yanshanian-Himalayan Period unconformity in HTB and adjacent area(a) Q/K1l; (b) E3q/K1ms, Yingfagou; (c) N1z/K1ms, Yingzuishan;. (d) K1y/T3y, Dashizigou Brige; (e) K1y, glutenite interspersed with thin layer sandstone; (f) Q/K1y, Shigouyi

圖8 賀蘭山構(gòu)造帶生長(zhǎng)地層野外典型露頭(a) J2y；(b) J2y, 白芨溝煤系地層；(c) K1lFig.8 Typical outcrops of growing strata in the HTB and adjacent area(a) J2y; (b) J2y, Baijigou coal strata; (c) K1l

另外，在野外還觀察到賀蘭山南段上侏羅統(tǒng)安定組(J3a)與下伏中侏羅統(tǒng)直羅組(J2z)呈平行不整合接觸(圖5i)，推測(cè)其影響范圍由賀蘭山腹地到磁窯堡-石溝驛一帶構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，由角度不整合過(guò)渡為微角度不整合、再到平行不整合。但在晚侏羅世末期，南部磁窯堡-石溝驛一帶活動(dòng)強(qiáng)度稍強(qiáng)于北部，可能與弧形斷裂帶向東北擠出有關(guān)，推測(cè)磁窯堡-石溝驛東車道-阿色浪斷裂可能是該期構(gòu)造事件的前緣影響邊界。

3.1.3 K1/AnK1角度不整合面

通過(guò)對(duì)賀蘭山南段廟前梁子-三關(guān)口-土井子-古城子17個(gè)野外觀察點(diǎn)及磁窯堡-面子山-石溝驛-惠安堡8個(gè)野外觀察點(diǎn)觀測(cè)，這25個(gè)露頭點(diǎn)下白堊統(tǒng)與下伏地層全部為高角度不整合(圖3c)。該期高角度不整合是燕山運(yùn)動(dòng)Ⅲ幕的主要表現(xiàn)，顯示了燕山期強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

下白堊統(tǒng)洛河組-宜君組(K1l-y)主要出露在面子山和碎石井，為一套灰色礫巖、砂礫巖組成的山麓相沉積。在靈武下白堊統(tǒng)洛河組(K1l)與下伏上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)呈高角度不整合接觸(圖6c)。在面子山缸澇壩梁，下白堊統(tǒng)洛河組-宜君組(K1l-y)高角度不整合于中三疊統(tǒng)紙坊組(T2zh)(圖6d)。在磁窯堡大石河子溝，宜君組(K1y)灰色礫巖，其下伏上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)(圖7d)，上覆漸新統(tǒng)清水營(yíng)組(E3q)(圖6b)。在野外觀察，該套礫巖礫石成分復(fù)雜(圖7f)，磨圓度較差(圖7e)，從西向東礫石粒徑逐漸變小、沉積厚度逐漸變薄。該期高角度不整合面的分布范圍較廣，顯示了燕山期區(qū)域性強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

3.1.4 E3q/AnE3、N1/AnN1和Q/AnQ角度不整合面

新生界與下白堊統(tǒng)或更老地層不整合主要分布在賀蘭山南、牛首山、羅山和磁窯堡北部等地，巖性以桔紅色砂巖為主(圖3d)。在上述賀蘭山南英發(fā)溝剖面，可見漸新統(tǒng)清水營(yíng)組(E3q)與下伏下白堊統(tǒng)廟山湖組(K1ms)不整合接觸(圖7b)。在鷹嘴山路邊可見中新統(tǒng)彰恩堡組(N1z)直接不整合于下白堊統(tǒng)廟山湖組(K1ms)之上(圖7c)。該期不整合在井下也可清楚見到。且在銀川盆地由南向北的銀參2井、銀參3井和銀參1井3口鉆井來(lái)看，漸新統(tǒng)清水營(yíng)組(E3q)砂巖、礫巖變少，巖性變細(xì)，厚度增大，表明由南向北構(gòu)造活動(dòng)逐漸減弱，推測(cè)與喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)程響應(yīng)有關(guān)。

圖9 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)磷灰石裂變徑跡年齡圖Fig.9 Apatite Fission Track age map of the HTB and adjacent area

圖10 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)鋯石裂變徑跡年齡圖Fig.10 Zircon Fission Track age map of the HTB and adjacent area

3.2 生長(zhǎng)地層

生長(zhǎng)地層記錄了大量構(gòu)造變形和沉積歷史信息(王永超，2017;王永超等, 2017)，主要形成于逆沖-褶皺造山帶生長(zhǎng)構(gòu)造翼部、頂部與褶皺構(gòu)造變形同期沉積的地層(Suppeetal., 1992)，是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與沉積作用同時(shí)進(jìn)行的產(chǎn)物(Aschoff and Schmitt, 2008；呂明等，2014)。在賀蘭山構(gòu)造帶也觀察到大量生長(zhǎng)地層，主要發(fā)育在中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)和下白堊統(tǒng)。其中，中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)煤系地層表現(xiàn)為多表現(xiàn)為上超(圖8a)和退覆(圖8b)，與黃草灘倒轉(zhuǎn)背斜(圖1d)相伴生；下白堊統(tǒng)被上覆新近系削截(圖8c)。此外，在02XY07地震波阻識(shí)別出中侏羅統(tǒng)直羅組(J2z)被上覆下白堊統(tǒng)洛河組(K1l)所削截(圖6i)；銀川盆地地震剖面ZW0306漸新統(tǒng)清水營(yíng)組(E3q)及上覆中新統(tǒng)彰恩堡組(N1z)直接沉積在古生界之上(圖6j)，表現(xiàn)為上超和生長(zhǎng)地層。

不論在野外露頭和地震剖面，這些生長(zhǎng)地層有一個(gè)共同特性就是地層傾角向上變緩，單層厚度向褶皺核部逐漸減薄，呈一種遞進(jìn)式形態(tài)，代表構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和沉積同時(shí)作用。楊帆等(2014)測(cè)得汝箕溝石英脈的ESR年齡為133.6Ma、64.6Ma和16.3Ma，表明斷裂中侵入的石英脈應(yīng)該形成于早白堊世，之后在晚白堊世末期到中新世期間曾多期活動(dòng)，這一年齡與該地區(qū)生長(zhǎng)地層相對(duì)應(yīng)。

綜上所述，這幾期不整合面分別代表了研究區(qū)中新生代地質(zhì)演化時(shí)期中特定的構(gòu)造事件。T2-3/P平行不整合區(qū)域上主要表現(xiàn)為垂直抬升運(yùn)動(dòng)，沒有明顯的褶皺運(yùn)動(dòng)；J2底不整合、K1底部區(qū)域高角度不整合及同構(gòu)造沉積生長(zhǎng)地層，指示了該地區(qū)褶皺變形應(yīng)該發(fā)生在中侏羅世以后，在白堊世時(shí)最強(qiáng)烈，顯示了燕山期多幕次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；E3q/AnE3、N1/AnN1和Q/AnQ不整合記錄喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)構(gòu)造活動(dòng)過(guò)程。

3.3 裂變徑跡樣品測(cè)試結(jié)果

本次研究所測(cè)12件樣品FT裂變徑跡測(cè)試結(jié)果見表1、表2和圖9、圖10。所測(cè)裂變徑跡年齡均小于樣品所寄地層年齡，年齡范圍在69～168.4Ma之間。樣品可測(cè)試顆粒數(shù)在22～35之間，均達(dá)到年齡統(tǒng)計(jì)要求，雷達(dá)圖指示樣品的所有單顆粒徑跡年齡均落入同一組，這說(shuō)明樣品形成后經(jīng)歷完全退火(Wagner and Van den Haute, 1992；趙曉辰等，2016)，后抬升至未退火帶，其年齡為隆升過(guò)程中經(jīng)過(guò)退火帶時(shí)記錄的年齡，代表最老的抬升年齡(趙紅格等，2007a, b)。

磷灰石徑跡長(zhǎng)度為12.5～13.2μm，標(biāo)準(zhǔn)差為1.4～2.3μm，均小于原始徑跡長(zhǎng)度16.3μm，屬于較短徑跡長(zhǎng)度，樣品經(jīng)歷過(guò)較強(qiáng)的退火。表明樣品形成后經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的冷卻歷史，長(zhǎng)期處于部分退火帶(PAZ)(趙曉辰等，2016)，隨后通過(guò)快速冷卻抬出部分退火帶(Enkelmannetal., 2006)，這與后文熱模擬結(jié)果相一致。

圖11 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)樣品裂變徑跡年齡分布圖Fig.11 Distribution of fission track ages in the HTB and adjacent area

根據(jù)文獻(xiàn)資料，在賀蘭山汝箕溝煤礦測(cè)得與裂變徑跡樣品相同層位的中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)煤層Ro為1.35%和3.87%，上三疊統(tǒng)(T3d)泥巖Ro為0.93%(張建鋒等，2008)。根據(jù)鏡質(zhì)體反射率值與其經(jīng)歷的最大古地溫統(tǒng)計(jì)分析關(guān)系式lnRo=0.0078t-1.2(Barker and Goldstein, 1990；沈傳波等，2007)，可算出研究區(qū)最大古地溫在243～324℃之間，表明所測(cè)樣品經(jīng)歷了完全退火，現(xiàn)存徑跡都是在冷卻事件中新產(chǎn)生的。因此，從裂變徑跡年齡統(tǒng)計(jì)學(xué)意義來(lái)說(shuō)，通過(guò)大量裂變徑跡年齡的統(tǒng)計(jì)及其峰值年齡序列的綜合分析，能夠有效地提供盆地構(gòu)造演化階段及其重要構(gòu)造事件的定量年代學(xué)信息(陳剛等，2007b)。

P(χ2)值是檢驗(yàn)所測(cè)單顆粒年齡是否屬于同一年齡組的重要指標(biāo)(趙紅格等，2007b)。當(dāng)樣品的P(χ2)值>5%時(shí)，可將裂變徑跡年齡視為同組年齡 (陳剛等， 2007a；趙曉辰，2017)，即樣品經(jīng)歷較為單一的冷卻歷史(Galbraith and Green, 1990；Galbraith and Laslett, 1993)，此時(shí)選用池年齡(pooled age)。本次測(cè)試有8件樣品P(χ2)>5%通過(guò)了檢驗(yàn)。當(dāng)樣品的P(χ2)<5%或P(χ2)=0，表示其為混合年齡，這樣的混合年齡不能直接用于地質(zhì)解釋(Heetal., 2017)，需要對(duì)其進(jìn)行分解，得出多個(gè)獨(dú)立的顆粒年齡組分(Brandon, 2002)，每一個(gè)獨(dú)立年齡可代表不同時(shí)期的冷卻年齡(Stewart and Brandon, 2004)。本次磷灰石裂變徑跡測(cè)試中有4件未通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)。利用BinomFit軟件對(duì)這4組混合年齡進(jìn)行分解，共得出8個(gè)不同的高斯擬合峰值年齡(表3)。結(jié)合本次樣品的沉積時(shí)代和構(gòu)造背景，分析其相應(yīng)的冷卻抬升年齡及時(shí)限(高少華，2014)。

表3磷灰石裂變徑跡年齡分解結(jié)果

Table 3 AFT peak-fitting data

樣品號(hào)采樣地點(diǎn)顆粒數(shù)(n)年齡范圍(Ma)最年輕的峰(Ma)較老的峰(Ma)HX02賀蘭山南小口子2238.7～120.466.793.1SG16石溝驛南新白爾莊子3571.5～120.15592.2SG24石溝驛南胡家水井子3571.5～100.750.698.2CS40磁窯堡3571.0～145.268.2128.3

將同組分的裂變徑跡年齡及分解所得高斯擬合峰值年齡投圖(圖11)，可見裂變徑跡所記錄的年齡在賀蘭山、羅山地區(qū)要比石溝驛、磁窯堡和牛首山略大，暗示賀蘭山、羅山的抬升可能要早于石溝驛、磁窯堡和牛首山。

3.3.1 賀蘭山

賀蘭山地區(qū)通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)的2件磷灰石裂變徑跡樣品HX01和HC02年齡為69±2Ma和102±3Ma，1件鋯石裂變徑跡樣品HX04年齡為168.4±5Ma。未通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)的1件磷灰石裂變徑跡樣品HX02，應(yīng)用BinomFit軟件，得出兩個(gè)高斯擬合峰值年齡66Ma和96.1Ma。綜合所得出的裂變徑跡年齡，可以看出該地區(qū)在中侏羅世(168Ma)、早白堊世末期(102～96Ma)和晚白堊世末期(69～66Ma)這3個(gè)時(shí)期發(fā)生了明顯的構(gòu)造抬升事件。

圖12 用Hefty軟件反演得到的磷灰石裂變徑跡反演熱歷史模型Fig.12 Time-temperature thermal history modeled on fission track analyses

3.3.2 磁窯堡、面子山、石溝驛

磁窯堡有1件磷灰石裂變徑跡樣品CS40未通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)，其中值年齡為91±6Ma，得出兩個(gè)高斯擬合峰值年齡68.2Ma和128.3Ma，因此樣品可能經(jīng)歷了早白堊世中末期(128～91Ma)和晚白堊世末期(68.2Ma)這2期構(gòu)造抬升事件。

面子山有1件通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)的磷灰石裂變徑跡樣品MS44，磷灰石裂變徑跡年齡為72±4Ma，表明該區(qū)可能在晚白堊世末期(72Ma)存在1期構(gòu)造抬升事件。

石溝驛有2件磷灰石裂變徑跡樣品SG16和SG24，均未通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)，得到4個(gè)高斯擬合年齡98Ma、92.2Ma、55Ma和50Ma，2個(gè)中值年齡89Ma和79±5Ma。綜合所得出的裂變徑跡年齡，可以看出該區(qū)在晚白堊世(98～92Ma)和始新世(55～50Ma)經(jīng)歷有2期構(gòu)造抬升事件。

3.3.3 牛首山、羅山

牛首山有1件通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)的磷灰石裂變徑跡樣品NS51，其年齡為72±5Ma；1件通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)的鋯石裂變徑跡樣品NS60年齡為139Ma。綜合所得的裂變徑跡年齡，該地區(qū)在早白堊世末期(139Ma)、晚白堊世末期(72Ma)有2期構(gòu)造抬升事件。

羅山有1件通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)的磷灰石裂變徑跡樣品LS88，年齡為72±4Ma；1件通過(guò)P(χ2)檢驗(yàn)的鋯石裂變徑跡樣品LS90，年齡為159±7Ma。綜合所得的裂變徑跡年齡，表明該區(qū)可能在晚侏羅世末期(159Ma)和晚白堊世末期(72Ma)有2期構(gòu)造抬升事件。

綜合上述年齡，可以看出自中生代以來(lái)，賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)至少經(jīng)歷了4期構(gòu)造抬升事件。第1期中侏羅世-晚侏羅世(168～159Ma)，只有賀蘭山南段和大羅山北蝸牛山的鋯石裂變徑跡樣品記錄了本次構(gòu)造抬升事件；第2期早白堊世末(139～92Ma)，這期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也是一次區(qū)域上的構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)，從南到北的采樣點(diǎn)也都反映該期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；第3期晚白堊世末(79～66Ma)，這期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)涉及范圍非常廣，研究區(qū)大多采樣點(diǎn)都反映了該期次的構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)；第4期始新世(59～50Ma)，石溝驛樣品年齡反映出此次構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)。從裂變徑跡年齡分布來(lái)看，年齡值空間分布不均勻，表明區(qū)內(nèi)具有不均勻構(gòu)造抬升的格局。整體上由南西向北東裂變徑跡年齡值具有變小的趨勢(shì)，但強(qiáng)烈的褶皺沖斷作用在一定程度上破壞了這種規(guī)律性，導(dǎo)致分布規(guī)律不甚明顯。

表4代表性樣品磷灰石熱史模擬檢測(cè)GOF值統(tǒng)計(jì)表

Table 4 Modeling parameters of apatite fission track results of representative samples from the studied area

樣品號(hào)Length GOF模擬徑跡長(zhǎng)度(μm)實(shí)測(cè)徑跡長(zhǎng)度(μm)Age GOF模擬年齡值(Ma)實(shí)測(cè)年齡值(Ma)HX010.6212.66±2.2412.6±2.10.9770.269.0±2SG160.6112.62±2.2312.6±2.00.9689.489.2±4.8SG240.5412.94±2.1812.8±2.10.9778.979.1±4.3CS400.6412.75±2.1412.67±1.991.009292.0±4.9MS490.8812.68±1.8012.36±1.900.9199.698.7±7.8LS880.5412.91±2.0212.88±1.780.9997.297.3±5.1

注: 長(zhǎng)度GOF 是表示徑跡長(zhǎng)度與實(shí)測(cè)值的吻合程度； 年齡GOF 是模擬年齡值與測(cè)試年齡值的吻合程度； 若長(zhǎng)度GOF、年齡GOF 檢驗(yàn)都大于0.05，表明結(jié)果可以接受，當(dāng)超過(guò)0.50 時(shí)，模擬結(jié)果是高質(zhì)量的

3.4 裂變徑跡年齡熱模擬結(jié)果

應(yīng)用HeFTy軟件對(duì)獲得的12個(gè)磷灰石裂變徑跡樣品進(jìn)行熱演化史模擬，判斷其可能經(jīng)歷的構(gòu)造熱歷史，并獲得其冷卻隆升剝露的時(shí)間。根據(jù)研究區(qū)的地質(zhì)背景和裂變徑跡參數(shù)確定模擬初始條件，反演模擬時(shí)選用的多元?jiǎng)恿W(xué)退火模型(Ketcham, 2005)MonteCarlo模塊，模型中年齡選用池年齡，原始徑跡長(zhǎng)度選為16.3μm，徑跡熱處理模型選取Ketcham。時(shí)間-溫度歷史中最大溫度設(shè)為200℃,現(xiàn)今地表溫度為20℃，最大時(shí)間設(shè)為200Ma，磷灰石的部分退火帶的溫度范圍為120～60℃。每件樣品均以模擬出100條較好的熱史曲線為終止條件反演計(jì)算。熱歷史模擬結(jié)果見圖12，將模擬所得到的年齡和徑跡長(zhǎng)度與實(shí)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其中對(duì)裂變徑跡長(zhǎng)度的模擬結(jié)果通過(guò)Length GOF值進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)裂變徑跡年齡的模擬結(jié)果通過(guò)Age GOF值進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)Age GOF值和Length GOF值均大于0.5時(shí)，表明模擬結(jié)果較好；當(dāng)二者值大于0.05時(shí)，模擬結(jié)果可以接受(高少華，2014)。

在本次模擬中，選取模擬結(jié)果最佳的6件樣品進(jìn)行討論，基本覆蓋整個(gè)研究區(qū)，能夠較好的揭示該地區(qū)的隆升剝露歷史。6件樣品Length GOF值和Age GOF值均超過(guò)0.50，其中GS40和LS88的Age GOF值達(dá)到1.0和0.99，顯示本次模擬結(jié)果是高質(zhì)量的(圖12、表4)。為了便于對(duì)比，將這6個(gè)樣品的熱史模擬曲線中具代表性的最佳模擬曲線集中在同一坐標(biāo)軸圖上(圖13)。

圖13 磷灰石裂變徑跡反演熱歷史綜合圖Fig.13 Time-temperature thermal history modeled on fission track analyses

熱歷史模擬結(jié)果具體如下：

(1)賀蘭山地區(qū)樣品HX01：①190～160Ma的快速增溫，與前人在香山170Ma(陳剛等，2007a；趙曉辰等，2016)、牛首山210Ma(趙紅格等，2007b)和桌子山190Ma(卓魚周，2015)接近，為燕山運(yùn)動(dòng)早期構(gòu)造熱事件；②160～150Ma的快速隆升，溫度從140℃降至100℃，冷卻速率為0.09℃/Myr；隨后150～120Ma的緩慢隆升; ③120～100Ma的快速降溫，速度比第二階段稍快，到100Ma時(shí)，溫度已降到88℃；④90～50Ma的緩慢降溫一直持續(xù)到古近紀(jì)始新世；⑤40Ma之后又進(jìn)入快速降溫，溫度從70℃降至40℃。

(2)石溝驛地區(qū)樣品SG16和SG24：①190～150Ma的快速增溫，溫度從地表25℃快速增至120～140℃，增幅大于100℃，其原因在于這2個(gè)樣品采自石溝驛煤礦，熱演化程度較高所導(dǎo)致；②140～110Ma的緩慢抬升，SG24先抬升，SG16后抬升，顯示構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的傳遞效應(yīng)，抬升速率平均為0.21m/Myr；③110～100Ma的快速抬升，溫度降至80～100℃，抬升速率為0.38m/Myr；④90～40Ma的緩慢降溫，溫度保持在60～80℃；⑤40Ma之后進(jìn)入快速降溫，溫度迅速降至20℃，平均冷卻速率為1.7℃/Myr。

圖14 FT峰值年齡分布特征與中新生代構(gòu)造事件對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.14 Correspondence between FT peak age distribution characteristics and tectonic events in the Mesozoic and Cenozoic

(3)磁窯堡和面子山地區(qū)樣品CS40和MS44：①190～150Ma的快速增溫，溫度從地表20℃左右快速增至150℃；②160～100Ma的快速隆升，為西緣中晚侏羅世逆沖推覆所致；③100～70Ma的緩慢隆升，說(shuō)明該段時(shí)間沒有發(fā)生大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；④70～60Ma的快速隆升，隨后緩慢隆升持續(xù)到20Ma。

(4)羅山地區(qū)樣品LS88：①190～160Ma快速增溫，溫度從地表20℃左右快速增至130℃；②160～90Ma的長(zhǎng)期緩慢勻速隆升，從120Ma開始基本處于平靜期，沒有大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；③90～70Ma的快速隆升，溫度降至80℃；④66Ma之后的快速降溫，但速度較前一階段稍慢；⑤20Ma之后快速隆升，溫度從60～65℃降至20℃，這一年齡與周邊地區(qū)相一致，可能在這個(gè)時(shí)期研究區(qū)整體快速隆升遭受剝蝕。

這些曲線整體形態(tài)都顯示出三坡兩平的形態(tài)，即從中侏羅世以來(lái)整體上經(jīng)歷了晚侏羅世、早白堊世、晚白堊世末-始新世3期快速隆升事件。但各樣品的熱史模擬曲線在這3期快速隆升的起止時(shí)間、時(shí)限長(zhǎng)短和抬升速率有所差別，顯示其隆升過(guò)程是不盡相同的，具有差異隆升的特征。

4 討論

4.1 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)逆沖變形的年代學(xué)約束及地質(zhì)響應(yīng)

對(duì)賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)的逆沖推覆構(gòu)造的研究，前人做過(guò)許多工作，大多是通過(guò)其逆沖推覆構(gòu)造的斷裂、褶皺形態(tài)和產(chǎn)狀等資料(李天斌，2006)，或通過(guò)石油地震測(cè)線分析它的幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(朱昊，2015)，得出其是在加里東早期-印支期褶皺造山基礎(chǔ)上，受燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)后期改造所形成。也有一些磷灰石裂變徑跡數(shù)據(jù)(陳剛等，2007a；趙紅格，2007a, b；高少華，2014；卓魚周，2015；趙曉辰等，2016)，但相對(duì)國(guó)內(nèi)其他地區(qū)，資料基礎(chǔ)較為薄弱。

本次研究所得出的裂變徑跡年齡和熱史模擬表明中新生代以來(lái)，研究區(qū)共經(jīng)歷中侏羅世(168.4～150Ma)、早白堊世末期(139～92Ma)、晚白堊世末期-始新世(79～50Ma)3期構(gòu)造事件，總體上為賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)逆沖推覆構(gòu)造的發(fā)育時(shí)限及演化提供了年代學(xué)約束。

在上述最新測(cè)得的熱年代學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步系統(tǒng)收集了近年來(lái)的有關(guān)這一地區(qū)的鋯石和磷灰石數(shù)據(jù)，從中挑選出小于地層年齡并具有指示隆升事件意義的裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)。根據(jù)礦物封閉溫度理論和裂變徑跡年齡的統(tǒng)計(jì)學(xué)內(nèi)涵，對(duì)收集整理的裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)研究，并對(duì)裂變徑跡年齡的統(tǒng)計(jì)分布特征與研究區(qū)地層不整合關(guān)系進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，研究區(qū)中新生代峰值年齡有較好的地質(zhì)響應(yīng)(圖14)。

J/AnJ角度不整合接觸關(guān)系，J2-3內(nèi)部呈平行不整合或整合接觸，不整合界面的時(shí)限大致與上述165Ma的峰值年齡事件相對(duì)應(yīng)；K1/AnK1發(fā)育區(qū)域性角度不整合，不整合界面與140Ma峰值年齡相吻合；E3q/AnE3、N1/AnN1和Q/AnQ對(duì)應(yīng)的時(shí)間為90Ma、50～40Ma和15Ma，實(shí)際上分別代表了燕山晚期-喜山期以構(gòu)造逆沖推覆、隆升為主體的多期構(gòu)造事件。

4.2 遷移規(guī)律

由于本次獲得的裂變徑跡數(shù)據(jù)主要分布在賀蘭山構(gòu)造帶及其南部鄰區(qū)，而對(duì)于整個(gè)賀蘭山構(gòu)造帶尚且不能完全控制。因此，通過(guò)收集整理已發(fā)表的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)，將本次研究在內(nèi)的全部裂變徑跡年齡，分段投在等時(shí)剖面上，做出隆升遷移示意圖(圖15)。通過(guò)對(duì)比不同構(gòu)造帶的FT年齡，并結(jié)合熱史模擬結(jié)果和區(qū)域地質(zhì)背景，探討賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)各地質(zhì)歷史時(shí)期隆升遷移情況，進(jìn)一步分析垂直于賀蘭山構(gòu)造帶走向上的一系列褶皺-沖斷帶的構(gòu)造隆升期次和時(shí)空遷移規(guī)律。

圖15 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)各構(gòu)造單元隆升遷移示意圖Fig.15 Schematic diagram of uplift and migration of tectonic units in the HTB and its adjacent area

(1)南段

在最南部的香山-青龍山剖面中，可以清楚的看到隆升剝蝕自西向東發(fā)生了明顯的遷移現(xiàn)象。第一期快速隆升在香山地區(qū)最新測(cè)得的時(shí)間為185Ma，向東遷移至大羅山約為160Ma，繼續(xù)向東至青龍山約在120Ma發(fā)生快速隆升剝蝕事件。第二期快速隆升香山地區(qū)約從130Ma開始，在100Ma時(shí)遷移到大羅山，之后繼續(xù)向東傳遞。根據(jù)羅山地區(qū)的熱史模擬曲線得到最晚一期快速隆升年齡為10Ma，推測(cè)可能與周緣盆地裂解事件有關(guān)。在南段的另一剖面中，熱史模擬曲線顯示，牛首山-磁窯堡一線在150Ma開始陸續(xù)抬升，經(jīng)歷約40Ma的緩慢抬升之后，在90Ma開始第二期快速抬升。最晚一期快速抬升發(fā)在生32～22Ma，比大羅山-青龍山稍早。由于受到東北面的應(yīng)力作用，有一期明顯自東北向南西隆升遷移，從磁窯堡150Ma，遷移至面子山地區(qū)為115Ma。

(2)中段

靠近賀蘭山西麓大斷裂的小松山逆沖推覆體第1期隆升的時(shí)間約為170Ma，向東南方向遷移到汝箕溝地區(qū)為140Ma。第2期小松山裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)主要集中116～107.2Ma，自NWW-SEE過(guò)汝箕溝到賀蘭山東麓斷層附近，年齡依次減小，為88Ma、77Ma、73.5Ma和71.7Ma，整體顯示了中段自NWW-SEE遷移的規(guī)律。

圖16 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)中新生代主要構(gòu)造事件及其演化模型(據(jù)Yang and Dong, 2018改編)(a)中-晚侏羅世；(b)早白堊世末；(c)始新世Fig.16 Tectonic evolution model of the HTB and its adjacent area (modified after Yang and Dong, 2018)(a) The Middle-Late Jurassic; (b) The Early Cretaceous; (c) Eocene

(3)北段

呼魯斯臺(tái)-桌子山剖面顯示北段主要為早白堊世之后的2期隆升活動(dòng)。在桌子山有一期抬升事件為140Ma，向西遷移到正誼關(guān)為100～90Ma，繼續(xù)向西遷移到石炭井約為60Ma。第2期構(gòu)造抬升事件主要發(fā)生在宗別立-正誼關(guān)大斷裂附近，構(gòu)造抬升事件時(shí)間都比較新，約在20Ma左右，推測(cè)與新生代斷層活動(dòng)有關(guān)。

綜上所述，AFT年齡沿賀蘭山造山帶走向上的分布具有明顯的規(guī)律性，自北西向南東呈減小的趨勢(shì)?？傮w來(lái)看，北段以晚中生代以及晚新生代年齡為主，而中段和南段中新生代年齡從下到上完整。此外熱史模擬結(jié)果南段比北段的剝露的時(shí)間要比早，且其在新生代又發(fā)生了快速隆升剝露活動(dòng)。裂變徑跡年齡總體表現(xiàn)出階梯性遞進(jìn)變年輕的特點(diǎn)，這與西緣逆沖推覆由西向東不斷擴(kuò)展變形的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征基本一致。但是強(qiáng)烈的褶皺沖斷作用可能導(dǎo)致了這種分布規(guī)律在中段并不明顯。不過(guò)需要注意的是，這里的遷移規(guī)律并不能代表每個(gè)構(gòu)造帶實(shí)際的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)方向。

4.3 賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)構(gòu)造事件及其演化

關(guān)于賀蘭山構(gòu)造帶的演化歷史，一直存在爭(zhēng)議，前人籠統(tǒng)的認(rèn)為其在印支末期開始發(fā)生逆沖變形(張進(jìn)等, 2012；Wangetal., 2014；雷啟云等，2016, 2017)，通過(guò)本次研究認(rèn)為中新生代主要構(gòu)造事件始于中侏羅世之后(圖16)。

4.3.1 中-晚侏羅世

中侏羅世，由于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，本區(qū)由印支期近南北向的擠壓逐漸過(guò)渡為燕山期近東西向的擠壓(董樹文等，2007，2008)。賀蘭山構(gòu)造帶在東西擠壓應(yīng)力作用下，形成了大型復(fù)式背向斜，并伴生有一系列由西向東推擠的疊瓦狀逆沖斷層。此時(shí)，該地區(qū)開始抬升，但由于不同地區(qū)抬升時(shí)間略有不同，本區(qū)在中生代經(jīng)歷了相當(dāng)復(fù)雜的構(gòu)造演化和應(yīng)力場(chǎng)作用(湯錫元等，1988；Liu，1998；張進(jìn)等，2004；李天斌，2006)。

晚侏羅世時(shí)，賀蘭山構(gòu)造帶仍然受到了南東-北西向和南北方向的擠壓應(yīng)力作用(張?jiān)罉颍?007)。受其影響，該地區(qū)侏羅系與三疊系及其下伏地層形成角度不整合，在其內(nèi)部為平行不整合。在小松山?jīng)_斷帶上，看到下古生界地層向東南方向逆沖推覆到中侏羅統(tǒng)之上，其上被下白堊統(tǒng)地層角度不整合覆蓋，這表明該構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)間晚于中侏羅世(Yang and Dong, 2018)。

從構(gòu)造演化看，中-晚侏羅世是南北向逆沖帶主要形成時(shí)期(圖16a)，逆沖斷層在剖面上追蹤早期裂谷的犁狀正斷層，形成上陡下緩、平面上呈“S”形彎曲的斷裂。阿拉善地塊東側(cè)地帶受力最強(qiáng)，銀川和賀蘭山當(dāng)時(shí)隆起也最高，逆沖推覆作用強(qiáng)烈，在其東部產(chǎn)生一系列反沖斷層。白堊系與下伏地層間的區(qū)域性不整合就是此次運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)，隨后逆沖帶又向東擴(kuò)展，使得白堊紀(jì)沉降中心向東遷移到現(xiàn)在的天環(huán)向斜處。在侏羅紀(jì)期間，賀蘭山及鄰區(qū)的構(gòu)造演化，歸因于其西南部的特提斯構(gòu)造域和東邊的太平洋俯沖消減的共同影響(Liu，1998)，其逐漸向西擠壓，擴(kuò)張受限。燕山早期運(yùn)動(dòng)使侏羅系全面褶皺隆起并開始了以逆沖斷裂為主的構(gòu)造變形，為后來(lái)的推覆構(gòu)造奠定了基礎(chǔ)。

4.3.2 早白堊世

早白堊世，特提斯洋從西南向古歐亞板塊俯沖，賀蘭山受到來(lái)自西南方向的擠壓后褶皺隆起(楊超，2013)，發(fā)育了許多沿賀蘭山走向的北東、北北東向的正斷層和張性階梯狀斷層組合或掀斜斷塊組合(圖16b)。在燕山期褶皺隆起帶前緣發(fā)育一系列坳陷盆地，表現(xiàn)為早期擠壓的前陸盆地-中晚期伸展盆地-后期擠壓盆地的演化特征(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2017)，主要有新井、廟山湖、面子山盆地，分別沉積了廟山湖組、宜君組和環(huán)河組，主要為一套沖積扇山麓-河湖相粗碎屑巖建造。晚侏羅世至早白堊世，賀蘭山地區(qū)受到東西向擠壓，前期沉積的地層，在擠壓應(yīng)力作用下，不斷隆起褶皺，并產(chǎn)生南北走向的逆沖斷裂，形成了規(guī)模較大的逆沖推覆構(gòu)造。

賀蘭山下白堊統(tǒng)礫巖在賀蘭山西南麓出露，與下覆的前白堊紀(jì)地層具有角度不整合接觸關(guān)系，并由同沉積斷層控制。賀蘭山鼓鼓臺(tái)玄武巖年代學(xué)數(shù)據(jù)說(shuō)明該時(shí)期的構(gòu)造環(huán)境和動(dòng)力學(xué)機(jī)制為伸展環(huán)境(高山林等，2003；楊華等，2010；Yang and Dong, 2018)。早白堊世NW-SE構(gòu)造在賀蘭山西麓的巴彥浩特盆地也有所表現(xiàn)，地震剖面的地質(zhì)解釋表明，巴彥浩特盆地是一個(gè)斷陷-沉降盆地(圖1c)(劉少峰，1994)，侏羅紀(jì)和前期地層中的一系列倒置斷層由以前的逆沖斷層組成，重新活化為正斷層(Yang and Dong, 2018)，并向賀蘭山西麓推進(jìn)。這一結(jié)論也得到了位于賀蘭山構(gòu)造帶以東的鄂爾多斯盆地西緣廣泛的早白堊世NNE-SSW定向伸展構(gòu)造的支持(劉池洋等, 2006)，如在鄰近地區(qū)內(nèi)蒙古大青山早白堊世變質(zhì)核雜巖的發(fā)現(xiàn)就是強(qiáng)有力的證據(jù)(Davisetal., 2002；Davis and Darby, 2010)。

4.3.3 始新世

晚白堊世末期-古新世初(65Ma)以來(lái)，印度板塊北移，至始新世初(55Ma)印度板塊與歐亞大陸陸陸碰撞的作用下，青藏高原向東北方向擠出隆升(張培震等，2003)。在其遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響下，賀蘭山構(gòu)造帶及鄰區(qū)遭受北北東-南南西向強(qiáng)烈擠壓，整體仍呈隆升狀態(tài)，但剪切應(yīng)力使周緣發(fā)生斷陷(高少華，2014)。賀蘭山東麓早期的逆沖斷層反轉(zhuǎn)，發(fā)育銀川斷陷(郭慶銀，2010；候旭波等，2014)。漸新統(tǒng)清水營(yíng)組相繼充填到銀川盆地與巴彥浩特盆地內(nèi)。受青藏高原23～20Ma持續(xù)活動(dòng)影響，中新統(tǒng)紅柳溝組、清水營(yíng)組以平行不整合響應(yīng)。很多學(xué)者認(rèn)為銀川地塹在燕山期時(shí)是隆起最高部位，銀川地塹的形成與整個(gè)華北地區(qū)區(qū)域性拉張應(yīng)力作用有關(guān)，且與地幔隆起，地殼厚度相應(yīng)減薄也有一定關(guān)系。

宗別立-正誼關(guān)的斷層的可用磷灰石裂變徑跡測(cè)年結(jié)果表明，該斷層在中新世(13.4Ma)重新活化(李天斌，2006)，并可能發(fā)生左旋走滑。這個(gè)時(shí)間與賀蘭山構(gòu)造帶南部NE向定向縮短的時(shí)間一致，與晚中新世青藏高原的快速隆升有關(guān)(張培震等，2006；Shietal.，2015)。大量的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù)揭示了青藏高原隆升在25Ma遷移到其西部的秦嶺地區(qū)，使其大約在15Ma發(fā)生隆升。因此，這種NE向量收縮可以解釋為青藏高原隆升和NE向生長(zhǎng)的結(jié)果(張進(jìn)等,2012；Wangetal.,2014)。

從區(qū)域構(gòu)造演化角度來(lái)看，受青藏高原隆升影響，產(chǎn)生自南西向北東的推擠，使本區(qū)在燕山末期形成的逆沖構(gòu)造帶進(jìn)一步演變?yōu)榈徒嵌鹊哪鏇_推覆。本區(qū)各深大斷裂上盤，逆沖推覆作用明顯，形成多個(gè)褶沖帶和逆沖巖席(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2017)；深大斷裂下盤的山前帶則因走滑、拉張而開始沉降，形成新生代坳(斷)陷盆地(圖16c)?？梢哉f(shuō)賀蘭山構(gòu)造帶從始新世開始由逆沖推覆轉(zhuǎn)變?yōu)榕?嶺構(gòu)造演化的嶄新階段。

5 結(jié)論

(1)賀蘭山構(gòu)造帶及其鄰區(qū)中新生代地層由底到頂發(fā)育以下不整合面： 1) T2-3/P平行不整合面；2) J/AnJ角度不整合面-微角度不整合面；3) K1/AnK1高角度不整合面；4) E3q/AnE3；5) N1/AnN1；6) Q/AnQ。

(2)在J2y和K1變形前鋒，可見與逆沖-褶皺造山帶相關(guān)的同構(gòu)造沉積生長(zhǎng)地層，在形態(tài)上表現(xiàn)為超覆、削截。

(3)對(duì)12件樣品進(jìn)行了磷灰石、鋯石裂變徑跡測(cè)年，結(jié)果表明：研究區(qū)至少經(jīng)歷4期構(gòu)造抬升事件，分別是第1期中侏羅世-晚侏羅世(168～159Ma)、第2期早白堊世末(139～91Ma)、第3期晚白堊世末(79～66Ma)、第4期始新世(59～50Ma)。這4期構(gòu)造事件具有差異性隆升遷移的特征，且與野外地質(zhì)特征及不整合均有很好的地質(zhì)響應(yīng)。

(4)熱史模擬分析表明，該地區(qū)中侏羅世以來(lái)整體上經(jīng)歷了晚侏羅世、早白堊世末和始新世之后3期快速隆升事件。

(5)通過(guò)本次研究得出的裂變年齡及不整合分布特征，認(rèn)為在該地區(qū)主體逆沖褶皺發(fā)生的時(shí)間是從中侏羅世開始，在早白堊世末構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)烈，在新生代又有所活動(dòng)，在時(shí)空分布上具有差異隆升的特征。

致謝感謝包洪平教授、管樹巍教授及編輯對(duì)文章提出寶貴的修改意見；本文野外工作得到寧夏地質(zhì)局張鵬川教授、曾建平教授、樊泰山高工等的大力支持；一同參加野外工作的有中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)朱昊和傅定武同學(xué)；成文過(guò)程中與朱海軍、蘇力和許艷華博士的討論受益良多；在此一并誠(chéng)摯謝忱！