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1、宁夏贺兰山地质演化研究宁夏贺兰山地质演化研究 摘 要本文较为详细的叙述了贺兰山地区的地层及构造格局的发展，通过对贺兰山地层构造的研究，将贺兰山演化分为了基地形成阶段、裂谷发育阶段、海陆交互阶段、盆山体系发展阶段四个大的阶段并推演了贺兰山地质演化史。认为贺兰山构造格局形成于新元古界青白口纪（距今10.08.5亿年）地裂谷发育阶段，本阶段是贺兰山形成的基础，由于裂谷的形成，使贺兰山地区成为华北板块地壳的薄弱地段，从而造成贺兰山地区地质构造活动强烈，山体升降频繁，对现代新构造运动有较大影响。 关键词贺兰山、地质、演化 中图分类号：P5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0
2、306-03 贺兰山位于宁夏回族自治区与内蒙古自治区交界处，地理坐标北纬38213922，东经1054110642，海拔在14003500米之间，主峰位于苏峪口北部的鄂博疙瘩，海拔3556米。贺兰山，是宁夏2条主要山脉之一，也是中国主要南北向山地之一，它也是北温带草原向荒漠过渡地带，阻隔了腾格里沙漠东移和西伯利亚寒流的侵袭，成为北疆的屏障，保护宁夏平原免遭西北风沙的侵蚀。 贺兰山地其南为北祁连秦岭褶皱造山带，北邻内蒙兴安造山带，西为阿拉善地块，东接鄂尔多斯地块，处于十分重要的大地构造位置。 因此，在大地构造属性及地理位置具特殊性和重要性，具有研究的重要意义。 1 区域地质概况 贺兰山大地构造位
3、置处于塔里木华北版块西北缘，鄂尔多斯地块西缘凹陷带，贺兰坳拉槽，贺兰山隆起、银川地堑。东部以黄河大断裂与鄂尔多斯地块相接，西部以贺兰山西麓隐伏大断裂与阿拉善地块相接，南以为龙首六盘山深大断裂为界，与北祁连秦岭褶皱造山带相邻。 贺兰山位于晋冀鲁豫地层区、华北西缘地层分区、贺兰山地层小区，贺兰山隆起主体为古元古至中生代地层，其周边地区出露的主要为新生代地层（图1）。 2 贺兰山地质特征 2.1 地层特征 2.1.1古元古界贺兰山群 主要出露于贺兰山北段沙巴台至王全沟一带，由矽线-石榴黑云斜长片麻岩、石榴黑云二长片麻岩、黑云斜长片麻岩、黑云变粒岩组成，并伴有较强烈的混合岩化、花岗岩化作用，是一套中深
4、变质程度的区域变质岩，原岩成分为一套陆源碎屑岩为主的粘土岩、粉砂岩、硬质砂岩夹少量火山碎屑岩、凝灰岩组成的沉积物。构成了宁夏古老结晶基底。 据宁夏地质志记载（表1） 2.1.2新元古界 贺兰山地区新元古界有青白口系黄旗口组、王全口组及震旦系正目观组主要分布在贺兰山北、中段。 青白口系黄旗口组 主要出露于贺兰山中北段，不整合于下伏古元古界贺兰山群片麻岩、变粒岩之上。下部岩性为紫红色、灰白色石英岩、石英岩状砂岩、中细粒石英砂岩夹杂色粉砂质板岩、薄层海绿石砂岩，底部含砾。岩层中单向斜层理、交错层理、波痕构造、泥裂现象发育。中上部岩性为紫红、灰绿色板岩夹石英岩、石英粗砂岩、灰白色厚层硅质白云岩，以水平
5、层理为主，波痕和交错层理少见，顶部为粉砂质板岩石英岩。厚度大于300米。为浅海-滨海相碎屑岩及少量碳酸盐岩沉积，产叠层石。本组底部海绿石砂岩层的海绿石（40Ar-39Ar）年龄为969百万年，属青白口纪早期。 青白口系王全口组 主要出露于贺兰山中北段，与下伏黄旗口组呈平行不整合接触。下部为中厚层灰白色砾岩、石英细砂岩及硅质条带白云岩夹海绿石板岩、硅质板岩，上部为灰色肉红色中厚层燧石条带白云岩，含丰富的叠层石。王全口组以硅镁质碳酸盐岩沉积为主，下部有少量碎屑岩沉积。 震旦系正目观组 分布在贺兰山中段的井底泉镇木关苏峪口一线。平行不整合于王全口组之上，下部为灰色块状白云质钙质角砾岩，属冰碛砾岩。上
6、部由灰绿、深灰色砂质板岩、板岩夹少量砂岩组成，为一套与冰川活动有关的冰水沉积物。含聚环球藻、厚带藻等微古植物化石。最大厚度大于200米。 2.1.3古生界 寒武系 主要出露于贺兰山中北段等地，露头良好，剖面完整。平行不整合于震旦纪正目观组之上，下部为褐灰、灰白色含磷白云质砂岩、砂质白云岩、中厚层白云岩、白云质灰岩，为海湾泄湖相碳酸盐建造。中、上部以各种石灰岩、砂岩、页岩为主，为浅海相碳酸盐碎屑岩建造。产底栖的三叶虫化石、腕足类等海洋无脊椎生物化石。 奥陶系 主要出露于贺兰山南段下、中、上统基本齐全，尤以中、下统最为发育。下统中、下部以海相碳酸盐建造为主，富含头足、腕足、腹足类及三叶虫化石。自下
7、统上部至中、上统海相碎屑岩沉积占有很大比率，含笔石、头足类、三叶虫及珊瑚化石。 石炭系 主要出露于贺兰山北段石嘴山沙巴台石炭井一带、贺兰山中段之苏峪口响水插旗口地区，不整和于马家沟组或更老地层之上，下统缺失，上石炭统为含煤建造，是贺兰山地区最早成煤期的煤系地层。岩性为石英砂岩与灰黑色页岩呈不等厚互层，夹灰岩、生物灰岩及煤层，为海陆交互相沉积。含植物化石及苔藓虫、多孔苔藓虫、腕足类、腹足类、类、珊瑚类、海百合等动物化石。 二叠系 在贺兰山苏峪口石炭井沙巴台一带发育较好，石嘴山亦有零星出露。与上石炭统太原组呈连续沉积。下部为中粗粒石英沙岩夹页岩，沙质页岩，含烟煤23层，为滨海沼泽相含煤建造，上部为
8、石英沙岩夹沙质页岩、粉沙岩等，顶部几乎全变为红色，为河湖相红色碎屑岩建造。 2.1.4中生界 三叠系 主要分布于贺兰山北段苏峪口大武口、石嘴山西侧黑白岭，是构成贺兰山主体的主要地层之一。与下伏二叠系呈平行不整合接触，下统缺失，中、上统岩性主要为长石砂岩、砂砾岩、砾岩、砂岩、黑色页岩组成，为一套河湖相杂色碎屑岩建造。已发现动物化石有瓣鳃类延川蚌；植物化石为新芦木、似枞等。 侏罗系 与三叠系呈不整合接触。缺失下统，中、上统发育齐全，出露于汝箕沟等地。其中统下部岩性主要为石英砂岩、粉砂岩、炭质页岩，构成的沉积韵律夹数层可采优质无烟煤。为一套河流湖沼相含煤建造。上部砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，以灰绿、黄绿
9、色为特征，为河湖相碎屑岩建造。上统为紫红色泥岩夹沙岩，紫红色粉沙质微晶灰岩，紫红色沙质泥灰岩等，是一套以紫红色为主的杂色河湖相碎屑岩夹泥灰岩沉积。产丰富的植物化石。 白垩系 分布较广，主要分布于贺兰山南段东麓的柳沟门、鸽子山、红石墩等地。仅发育下统，缺失上统，下统为红色碎屑岩建造，产轮藻、鱼类、双壳类、腹足类、介形虫、叶肢介、植物等化石。 2.1.5新生界 第三系 主要分布于陶乐县等地。只出露渐新统、上新统，厚度大于371.3米。渐新统为棕红一酱红色泥岩、沙质泥岩，夹灰绿、灰黑、棕红色沙岩等。固结程度较差，泥岩中常夹数量不等的石膏。上新统见于王全沟沟口一带，厚35.2米，主要为浅色沙岩、粉沙岩
10、、沙砾岩、沙质泥岩等。 第四系 主要分布于平原及台地地区。沉积类型有，冲洪积层：构成广阔的黄河冲积平原的黏质沙土、粉沙一细沙，广布于贺兰山东麓洪积倾斜平原及大小沟谷的沙砾；风积层：广布于陶乐高仁镇一红崖子乡以东，在平罗火车站、大武口、姚伏、崇岗等地也零星分布，为灰黄色细沙一粉沙，构成丛草沙丘、新月型沙丘、沙丘链等；湖积、沼泽层：星罗棋布于平罗县城至姚伏一带的冲积平原上，多为黄河故道淤积或平原凹地积水而成的大小湖泊中的沉积物，岩性为灰一灰黑色淤泥、沙质黏土等，厚一般不足10米。大武口区处于龟头沟上更新统洪积扇的细粒相部位上，由砾、沙和土质构成。 2.2 岩浆岩特征 2.2.1古元古代黑云斜长花岗
11、岩 形成于早元古代末期，分布于贺兰山中段南水、黄旗口、拜寺口一带，南北长约20km，平均宽约4.5km，出露面积约90km2。岩体具分带性，并有较多的捕虏体。其中以黑云斜长花岗岩为主，次为花岗闪长岩、二长花岗岩，局部见钾长花岗岩。呈灰灰白色，以中、粗粒结构为主，部分具斑状结构，块状构造。主要矿物成分有斜长石、钾长石、石英、黑云母。经KAr测定年龄约17亿年左右。 2.2.2加里东期辉绿岩脉 呈脉状侵入于太古界贺兰山群，其中在塔什克梁东南、正谊观工厂西南规模较大，岩脉长13公里。岩石呈灰黑一灰绿色，变余辉绿结构。生成于距今约4亿年的加里东晚期。主要矿物成分为基性斜长石、普通辉石，发育绿帘石化、绿
12、泥石化。 2.2.3海西期沙巴台凝灰岩 由火山喷发碎屑物质经沉积成岩作用形成，主要见于沙巴台一带，产出于上二叠统，呈层状、似层状、透镜状。岩性为英安质晶屑、玻屑凝灰岩，多显紫红、鲜红、黑灰、灰绿色。岩石致密、坚硬，晶屑由石英、斜长石、透长石及微量黑云母、白云母构成。玻屑呈鸡骨状，弓状、骨针状，部分显被撕裂状。胶结物为火山灰。其生成时代为晚二叠世石千峰组，属海西运动晚期产物，启示当时曾发生过多次火山喷发作用。 2.3 构造特征 贺兰山是地质构造活动与演化的产物，现今看到的贺兰山并非一个形态完整、层序完全正常的地质块体，经过多期次的隆起、下降、挤压和风化剥蚀，不同时代沉积地层已变形、位移、破裂和被
13、侵蚀切割等，形成复杂的褶皱、断裂、断块等，局部杂乱，总体有序，是贺兰山地质演化的具体表现。 贺兰山位于塔里木华北板块西北缘，鄂尔多斯地块西缘凹陷带，贺兰坳拉槽，可进一步划分为贺兰山隆起和银川断陷盆地2个四级构造单元。 2.3.1 贺兰山隆起（ I111） 其范围为贺兰山元山子以北至内蒙古乌达之间。长约165公里，宽15公里43公里。总体呈现北北东走向。东以贺兰山东麓大断裂为界，西以贺兰山西麓隐伏大断裂（即鄂尔多斯地块与阿拉善地块之分界断裂）为界。 隆起的北段（贺兰山大武口以北）主体为贺兰山北段复向斜，轴向近南北，短轴褶皱类型。复向斜两翼由基底层（太古界变质岩、混合花岗岩）组成轴部由晚元古界、下
14、古生界、三叠系组成。复向斜内发育着一系列次级褶皱和断裂，大部分构造线呈南北走向。复向斜中间被近东西向的正谊关大断裂一分为二。 隆起的南段（贺兰山大武口一元山子）主体为贺兰山南段复向斜，轴向北北东，长轴褶皱类型。复向斜两翼由晚元古界、下古生界组成，轴部由晚古生界、中生界组成。该复向斜是由一系列近南北一北北东向和北北西向的次级褶皱构成，内发育多组（方向）断裂。复向斜北半部较完整，形态相对清晰。南半部因北北西向褶皱叠加和断裂切割而较破碎。 2.3.2 银川断陷盆地（I1-12） 分布于贺兰山以东，与宁东台地北段以西约165公里，宽15公里43公里。其西部边界断裂为贺兰山东麓大断裂，向东倾；东部边界断
15、裂为黄河大断裂，向西倾；北部边界为正谊关大断裂，向北倾；南部边界为牛首山断裂（为牛首山一固原深大断裂的一段）。总体呈现北东走向。 根据基底构造重力异常小波分析和二维数字地震勘探成果（中原石油勘探局，2001年），结合对断裂系统及其分布规律，局部构造发育程度、新生界厚度变化、地球物理场特征等要素的分析，可将银川盆地划分为5个次级构造单元。分别为北部斜坡区、东部斜坡区、中部深陷区、西部斜坡区和南部斜坡区，各区之间均以断裂为界。其中，北部斜坡区基底由南向北逐级抬升，下伏基岩为上古生界；东部斜坡区地层由东向西依次断落，形成西倾的断阶。基底埋深由100米增至7000米，局部隆起与坳陷构造十分发育；中部深
16、陷区为盆地的沉降中心，也是盆地构造的轴部，新生界沉积巨厚，最大可达7000米。局部构造较为发育，隆凹相间，沿轴向分布。西部斜坡区新生界厚度500米-3500米，为一东倾的斜坡，并构成盆地向斜构造的西麓。次级断裂不甚发育，构造内基本无局部构造；南部斜坡区基地埋深较浅，一般均小于3000米，是盆地内新生界厚度最小的构造区，根据资料，基底为奥陶系灰岩。次级断裂、局部隆起和凹陷较发育（图2）。 2.3.3深大断裂 在贺兰山还存在两条隐伏的深大断裂，一条是贺兰山东麓山前的“贺兰山大断裂”，一条是伴黄河而成的“黄河大断裂”。 图2银川盆地5个次级构造单元图 1.贺兰山东麓大断裂。位于贺兰山东麓，依山作北北
17、东向展布，于石嘴山区处与黄河大断裂相交。该断裂为贺兰山台陷与银川地堑的分界线，对形成现代地貌景观起支配作用。其性质为重力断层，倾向南东，倾角80左右，断距20003600米。它南延与龙首一六盘深断裂相交。断裂形成于燕山期，至今仍在活动。红果子沟附近明代旧北长城因该断裂活动而发生右旋错动就是一例。 2.黄河大断裂。大致沿黄河分布，其南段于陶乐横山堡经灵武市东，沿苦水河一线交于龙首一六盘深断裂上；其北段过石嘴山沿卓子山西麓延伸，于磴口南与临河大断裂相交，长逾300公里。其性质属重力断层，倾向北西，倾角75左右，构成银川地堑与陶乐台拱分界线。据研究可能形成于燕山期，至今仍有活动。 3、贺兰山西麓隐伏
18、大断裂。大致沿贺兰山西麓分布，为一隐伏断裂，其性质属重力断层，构成构成鄂尔多斯地块与阿拉善地块分界线。 除上述边界断裂外，盆地内靠西部和中偏东部分别还分布有芦花台断裂和平罗一银川断裂，前者是中部深陷区与西部斜坡区的分界断裂，后者是中部深陷区与东部斜坡区之分界线，北起大武口东，二者向南延伸至吴忠南相交盆地北缘和和南缘也分别分布有大武口断裂和莲湖一郭家桥断裂，前者为北部斜坡区之南侧边界断裂，后者为南部斜坡区之北侧边界断裂。 3.地质演化史讨论 根据上述贺兰山沉积地层记录及构造演化发展，可将贺兰山地质演化划分为四个地质阶段： 3.1 基地形成阶段 25亿年前的新太古代，贺兰山处于阿拉善陆块和鄂尔多斯
19、陆块之间，是一个南北向凹陷，在凹陷内沉积了来自陆地的沙、泥及海底火山喷发的熔岩。在距今25.016.0亿年间，经新太古代-古元古代的阜平运动、五台运动、吕梁运动作用，并伴随着岩浆的侵入，宁夏地壳褶皱隆起与阿拉善陆块和鄂尔多斯陆块一起构成了统一的华北古陆。贺兰山地区褶皱隆起，经受了长期的剥蚀。 3.2 裂谷发育阶段 中元古代晚期，在距今1410亿年间的蓟县纪时，因构造运动，发生了全球性板块断裂，华北板块发生裂谷拉张，华北板块与柴达木板块间形成祁连海。宁夏北部为华北古陆，南部属祁连海的一部分。至青白口纪（距今10.08.5亿年）华北古陆在宁夏沿南北向产生裂陷，古大陆在贺兰山所在位置裂开，贺兰山没入
20、大海，形成了贺兰裂谷，将华北古陆分裂为鄂尔多斯地块与阿拉善古陆块两个小板块，贺兰裂谷接受祁连海侵，在古陆壳之上，形成了自晚元古代（距今105.42亿年，包括青白口纪、震旦纪）一早古生代（距今5.424.61亿年，包括寒武纪、奥陶纪）海相沉积地层。早期的贺兰裂谷为石英砂岩建造；晚期海浸范围扩大，为潮坪相碳酸盐岩建造。而此时的海洋中蓝、绿藻繁盛，形成了大量的叠层石、三叶虫、笔石、角石等化石。 自晚奥陶世（距今4.61亿年）起，海水退却，贺兰裂谷封闭，贺兰山升出水面。晚奥陶世至早石炭纪（4.61亿年3.18亿年）的一亿多年的时间里，贺兰山遭受长期的风化剥蚀本阶段是贺兰山形成的基础，由于裂谷的形成，使
21、贺兰山地区成为华北板块地壳的薄弱地段，从而造成贺兰山地区地质构造活动强烈，山体升降频繁，对现代新构造运动有较大影响。 3.3 海陆交互阶段 晚古生代（距今3.18亿年2.51亿年），包括石炭系、二叠系。晚石炭世贺兰裂谷再度裂陷，海水侵入贺兰山北段，并向东没过鄂尔多斯古陆与华北海连通，形成与东侧的鄂尔多斯地块浅表海趋于一致的滨海一沼泽一近海河流三角洲环境，形成了一套海一陆沉积物交替的沉积层并伴有火山喷凝灰岩沉积。火山岩喷发的存在，证明裂谷活动仍然是贺兰山地区地质活动的主要控治因素。含海生古生物化石（腕足类、珊瑚、类、海百合等）与陆地古植物化石（裸蕨植物），这一时期气候暖湿，植被繁茂，是宁夏优势矿
22、种煤的生成时期之一。 3.4 盆山体系发展阶段 中生代早期三叠纪（距今2.512.00亿年），海西运动使全区上升，贺兰山地区完全隆升变成为陆地，造成沉积间断。中三叠世开始发育了贺兰山山间盆地、形成了山麓河湖相石英砂岩建造及杂色砂岩建造。三叠纪植物和陆相淡水动物繁盛，沉积物多有机质，形成生油层位（图3）。 侏罗纪（距今2.001.46亿年）随着贺兰山地区进一步的不均衡隆起。上隆地段遭受风化剥蚀，相对下降地段形成局部性的内陆湖泊，在贺兰山北段形成了小规模的山间断陷盆地，形成了以浅灰一灰黄一灰黑色调为特征、以砂一泥一碳质为主、含陆地古植物（杉树类）化石的层状岩石， 是宁夏另一主要含煤地层。侏罗纪晚期
23、的中燕山运动，使宁夏全区遭受来自西南方向的强烈推挤构造变动，盆地均褶皱隆升。此时贺兰山开始缓慢抬升（图4）。 白垩纪（距今1.460.66亿年）早白垩世中燕山运动在庙山湖地区形成了盆地，发育了较厚的陆相碎屑岩建造。距今8000万年，晚白垩世晚燕山运动，贺兰山一带大规模隆升，因挤压而强烈褶皱并产生断裂，使贺兰山一举升起，奠定了今天的巍峨山势。 新生代初期（距今0.66亿年），受早喜马拉雅运动影响，来自西南方向（青藏高原隆升）的挤压力和鄂尔多斯地块与阿拉善古陆块相对的阻挡力共同作用，贺兰山一带一分为二，西半部继续褶皱隆起成山，形成现今贺兰山基本形态，并继续遭受强烈风化剥蚀；东半部则强烈下陷形成银川
24、断陷盆地（湖泊一河流），沉积了厚达数千米的泥一砂沉积层逐渐形成以银川盆地、贺兰山组成的盆山相间的构造面貌。发育了始新世至中新世陆相红色建造及膏岩建造。 第四纪（距今0.02亿年现代）距今200万年来，晚喜马拉雅运动使贺兰山继续上升遭受剥蚀。目前仍在微幅度上升（每年升高2-3厘米），但基本处在相对稳定时期。银川盆地内新生代沉积岩（层）发育，沉陷深度一般达4000米左右，至今仍处于强烈下降中。依据各类资料分析，基底地层为奥陶系和上古生界，上覆古近系、新近系和第四系。 结论 1、通过对贺兰山地层构造的研究，将贺兰山演化分为了基地形成阶段、裂谷发育阶段、海陆交互阶段、盆山体系发展阶段四个大的阶段并推演
25、了贺兰山地质演化史。 2、认为贺兰山构造格局形成于新元古界青白口纪（距今10.08.5亿年）的裂谷发育阶段，本阶段是贺兰山形成的基础，由于裂谷的形成，使贺兰山地区成为华北板块地壳的薄弱地段，从而造成贺兰山地区地质构造活动强烈，山体升降频繁，对现代新构造运动有较大影响。 参考文献 1 国家地震局鄂尔多斯周缘活动断裂带课题组.鄂尔多斯周缘活动断裂系M.北京：地震出版社，1988. 2 张磊.六盘山盆地白垩系沉积构造演化及原型盆地研究D.北京：中国石油大学，2009. 3 宁夏回族自治区地质矿产勘查开发局.宁夏及邻区1：20万地质图说明书R.银川：宁夏回族自治区地质矿产勘查开发局，2004. 4 高
26、峰，王岳军，刘顺生，等.利用磷灰石裂变径迹研究鄂尔多斯盆地西缘热历史J.大地构造与成矿学，1999，24（1）：87-91. 5 孙肇才，胡显穆.鄂尔多斯盆地西南缘奥陶系的对比划分意见及其对中西部油气勘探的意义J.海相油气地质，2002，7（4）：41-58. 6 江为为，郝天珧，宋海斌.鄂尔多斯盆地地质地球物理场特征与地壳结构J.地球物理学进展，2000，15（3）：45-53. 7 宁夏回族自治区地质矿产局.宁夏回族自治区岩石地层M.武汉：中国地质大学出版社，1996. 8 张进，马宗晋，任文军.鄂尔多斯盆地西缘逆冲带南北差异的形成机制J.大地构造与成矿学，2000，2（24）：124-133. 9 宁夏回族自治区地质矿产局.宁夏回族自治区区域地质志M.北京：地质出版社，1990. 项目名称 宁夏贺兰山地质演化研究 ，宁夏自然科学基金资助项目（NZ12286）. 作者简介 温万成，男，1964年12月，甘肃，本科，正高职高级工程师，地质矿产调查-分享文档，传播知识，赠人以花，手自留香。
