寒武纪原型盆地

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)：

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。