内蒙古乌兰察布地区早白垩世沉积序列、沉积环境和构造演化

张 辉， 刘瑞睿， 张志超

（河北省区域地质调查院，河北廊坊 065000）

乌兰察布地区位于内蒙古自治区中部，属华北地台北缘多金属、石墨、煤成矿区［1-12］，但地层沉积序列、沉积环境及引发的构造演化研究仍是空白，阻碍了矿产勘查工作，于是在乌兰察布地区布置了1∶5万旗下营等四幅的区域矿产地质调查研究工作. 研究区东部行政区域隶属乌兰察布市卓资县，中西部属呼和浩特市辖区，北西部属武川县管辖，总面积1577 km2. 依托该地质调查项目，作者对内蒙古乌兰察布地区早白垩世沉积序列、沉积环境和构造演化进行了研究，为未来矿产勘查工作提供扎实的基础资料.

1 地质背景

1.1 地层

研究区内地层发育齐全，出露面积988.51 km2，占总面积62.68%（图1），从老至新：黄土窑岩组（Ar2ht）和花山岩组（Ar2h）组成的中太古界集宁岩群（Ar2j）［13-14］、中太古界乌拉山岩群（Ar2w）［15-16］及下元古界红山沟岩组（Pt1h）变质岩系构成的结晶基底；盖层为中元古界增隆昌组（Pt2z）浅变质海相碎屑岩-碳酸盐岩建造，古生界下二叠统拴马桩组（P1sm）浅变质含煤碎屑岩，上二叠统老窝铺组（P3l）红色碎屑岩［17］，中生界侏罗系五当沟组（J1-2w）含煤碎屑岩，大青山组（J2d）红色碎屑岩，白垩纪断陷盆地内粗碎屑岩为主的李三沟组（K1ls）、固阳组（K1g）及含细碎屑岩夹层的白女羊盘组（K1bn）火山岩，新近系中新统汉诺坝组（N1h）玄武岩，上新统宝格达乌拉组（N2b）红色弱固结泥岩，第四系（Q）松散堆积物.

图1 研究区地质图Fig.1 Geological map of the study area

1.2 构造

研究区一级构造单元属华北板块，二级构造单元为华北地块，三级构造单元为阴山隆起［18-20］. 研究区北部、南部以构造隆起为主，发育中太古代变质深成体及古元古代侵入岩等变质基底；中部以构造凹陷为主，发育中、新生代地层，研究区分为三个四级构造单元：阴山断隆，大同营—金盆断陷和凉城断隆（图2）.

1.3 岩浆岩

研究区内侵入岩以酸性为主，出露面积659.6 km2，占总面积41.83%，有中新太古代、古中元古代、中二叠世、早白垩世的侵入岩，其中中太古代侵入岩已变质为片麻岩. 白垩纪燕山期侵入岩以岩株、岩脉状产出，岩性为二长花岗岩. 火山岩主要分布于白女羊盘组及汉诺坝组之中（图2）.

图2 研究区四级构造单元图Fig.2 Structural unit map of level IV

2 早白垩世沉积序列与沉积环境

研究区白垩系由下白垩统组成，出露在研究区中东部的大同营—金盆盆地内（图1），与下伏中侏罗统大青山组或其他地层、上覆汉诺坝组皆为不整合接触.

2.1 下白垩统李三沟组（K1ls）

2.1.1 地质分布特征

李三沟组出露面积75.8 km2，占总面积5.13%，厚743.04 m，杂色陆源碎屑岩建造. 根据岩性组合特征划分为李三沟组一段（K1ls1）、李三沟组二段（K1ls2），两者整合接触，以一套厚度较大、延伸稳定、标志层的砾岩层为界. 卓资县小四道沟南西李三沟组实测地质剖面为代表（图3），剖面起点坐标为X：4 534.705 m，Y：19 597.471 m，H：1420 m.

图3 卓资县小四道沟南西李三沟组实测地质剖面图Fig.3 Measured stratigraphic section of K1ls in Zhuozi County

李三沟组分布集中，呈不连续、弧形环绕于大同营—金盆断陷盆地边缘，倾角10°～30°，倾向多变，在盆地南缘地层围绕盆地边缘向中心倾斜，且靠近盆缘处倾角相对较大，在盆地北缘受断层影响地层产状杂乱.

2.1.2 沉积序列沉积环境

1）李三沟组一段（K1ls1）

李三沟组一段基本层序分为基本层序A和基本层序B. 基本层序A（图4）：李三沟组一段下部. 其下部砂质砾岩夹含砾粗砂岩及长石粗砂岩透镜体；中部长石粗砂岩夹泥质砂岩；上部为粉砂质泥岩夹长石砂岩透镜体，含碳质成分及煤线；分选磨圆差，厚度2～4 m. 基本层序B（图5）：李三沟组一段上部. 其下部单元含砾粗砂岩，厚度0.3～1.0 m，平行层理；上部砂质泥岩、含炭屑粉砂质泥岩夹砂岩透镜体，厚度0.5～3 m，个别达6 m，水平层理、槽状交错层理、板状交错层理，具河流相沉积特点.

图4 李三沟组一段下部基本层序AFig.4 Basic sequence A of the lower part of K1ls1

图5 李三沟组一段上部基本层序BFig.5 Basic sequence B of the upper part of K1ls1

李三沟组一段下部沉积物分选磨圆差，反映了近物源区快速堆积的特点. 李三沟组一段相变明显，下部为洪积扇相，上部逐渐变为河流湖沼相；平面上向东洪积扇减小，为河流沼泽相及浅湖相，水流自西向东，物源来自西侧阴山断隆（图2）.

2）李三沟组二段（K1ls2）

李三沟组二段基本层序分为基本层序A和基本层序B. 基本层序A：李三沟组二段下部. 其下部砾岩、砾质砂岩，厚度变化较大0.7～5 m；中部含砾砂岩，厚度一般几十厘米不等；上部细砂岩或泥质细砂岩，厚度较小. 见平行层理、正粒序层理、板状交错层理、冲刷面，具有河流相沉积特点. 基本层序B：李三沟组二段上部. 其下部单元由含砾砂岩组成，具平行层理，正粒序构造，厚度30～50 cm；上部粉砂质泥岩、泥岩等，无明显层理，厚度0.5～2.0 m，局部顶部出现薄层煤线或粉晶灰岩；层序顶底界清晰截然，单个基本层序厚度一般1.5～3.0 m；反映了湖相沉积特点，细碎屑岩占比例很大.

2.2 下白垩统固阳组（K1g）

2.2.1 地质分布特征

固阳组分布于大同营—金盆断陷盆地中心，出露面积108.69 km2，占总面积6.89%，厚866.44 m，一套陆源碎屑岩，产状平缓，底部整合于李三沟组二段之上. 分三个岩性段：固阳组一段、固阳组二段、固阳组三段，以二段和三段底部一套延伸稳定的灰黄色粗巨砾岩为界，三者之间整合接触. 卓资县福生庄大纳令沟东固阳组实测地质剖面为代表（图6），剖面起点坐标为X：4 539.704 m，Y：19 621.999 m，H：1436 m.

图6 卓资县福生庄大纳令沟东固阳组实测地质剖面图Fig.6 Measured stratigraphic section of K1g in Zhuozi County

2.2.2 沉积序列与沉积环境

1）固阳组一段（K1g1）

中粗碎屑岩占明显优势，发育两种基本层序类型. 基本层序A：固阳组一段下部. 其下部块层状砾岩，厚度较大2～5 m，个别达10 m，偶见砂岩透镜体，上部钙质含砾中粗粒岩屑长石砂岩，厚度一般0.3～1.5 m；冲积扇相沉积环境. 基本层序B：固阳组一段上部. 其下部灰黄色砾岩，中部灰黄色含砾钙质岩屑长石砂岩，顶部细砂岩、粉砂岩，亦可出现少量紫红色泥岩；河流相沉积环境，水流方向为自西向东.

2）固阳组二段（K1g2）

发育基本层序C（图7）：下部厚层状、块层状灰黄色粗砾岩，中部灰黄色砂质砾岩、含砾粗砂岩夹黄绿色砂质泥岩，上部灰绿色泥质岩夹灰黄色砂岩，发育水平层理，偶见煤线；反映了湖沼相沉积特征.

图7 固阳组二段基本层序CFig.7 Basic sequence C of K1g2

3）固阳组三段（K1g3）

发育基本层序D（图8）：下部灰黄色砾岩或砂质砾岩，可见含砾砂岩透镜体，中部灰黄、灰绿色砂岩、含砾砂岩，发育平行层理，顶部紫红色粉砂岩或泥岩，发育水平层理，厚0.1～0.4 m；具洪泛平原沉积特点.

图8 固阳组三段基本层序DFig.8 Basic sequence D of K1g3

2.3 下白垩统白女羊盘组（K1bn）

2.3.1 地质分布特征

白女羊盘组主要分布于研究区东南部一带，出露面积8.19 km2，占总面积0.52%，角度不整合于中太古界结晶基底或固阳组之上，该组岩性横向变化较快，显示火山岩地层特征.

2.3.2 火山岩相及火山喷发韵律

白女羊盘组为陆相山间盆地喷发-沉积的产物，可划分出一个由熔岩到沉火山碎屑岩、含火山碎屑沉积岩组成的较完整得喷发旋回. 该旋回由喷溢相到喷发沉积相，成分上由基性至酸性，反映出火山活动整体上由弱渐强的双峰式演化过程，依据岩石中火山碎屑物比例可划分出4个完整的喷发韵律（表1）.

表1 白女羊盘组火山岩相喷发韵律表Tab.1 Eruption rhythm of volcanic lithofacies of K1bn

火山活动初期能量较弱，以地表溢流相为主，形成了一套中基性的火山熔岩，期间发生一次短暂升降运动，沉积了少量沉火山碎屑岩. 溢流相结束后盆地再次沉降，并长时间处于水下环境，此时火山活动趋于强烈频繁，火山物质成分由中基性演变为酸性，形成了一套厚度较大的喷发沉积相岩石组合，并在火山喷发间歇期沉积含有大量动植物化石的泥岩、粉砂质泥岩等，说明大同营—金盆盆地沉积环境经历地表转到水下再到地表的过程.

3 构造演化

中生代因太平洋构造域的叠加，研究区经历了晚侏罗世的挤压造山，形成一系列北东—南西向展布的逆断层和推覆体等. 到早白垩世初期能量释放，研究区处于伸展拉张的构造环境，在大同营—金盆一带形成断陷盆地，盆地的演化可分为以下三个阶段（图9）.

图9 大同营—金盆断陷盆地早白垩世沉积环境、构造演化图Fig.9 Sedimentary environment and tectonic evolution of Early Cretaceous in Datongying-jin continental basin

3.1 初始裂陷期

早白垩世初期，在大同营—金盆一带强烈伸展拉张发生断陷，形成了断陷盆地的雏形. 当时气候较为干旱，盆地周缘的物源区机械风化强烈，为盆地提供了大量陆源碎屑. 沉积初期李三沟组一段下部以洪积扇相沉积为主，随着盆地沉降，沉积环境逐渐演化为河湖沼泽相. 在空间分布上，冲积扇位于盆地边缘山谷出口处，河流位于冲积扇前缘靠近盆地一侧，湖泊在此阶段分布范围较小，主要位于盆地中心部位.

3.2 强扩张期

早白垩世中期，大同营—金盆盆地发生强烈扩张，盆地面积进一步增大，表现为早期封闭式扩张期和晚期开放式扩张期.

1）早期封闭式扩张期：随着断陷加剧，盆地基底沉降速度大于沉积物供给速率，盆地水域范围扩大，水体加深，沉积环境以河湖相沉积为主，且细碎屑物质明显增多，在李三沟组二段上部出现了一些灰绿色细砂岩、粉砂岩，偶见煤线、薄层粉晶灰岩.

2）晚期开放式扩张期：李三沟组二段沉积结束后，盆地基底沉降速率减慢，以风化夷平为主，各个封闭式盆地扩张为开放式盆地. 固阳组一段沉积开始，形成了一套厚度较大以砾岩为主的河流、洪积相沉积物，整合于李三沟组二段之上. 到固阳组二段盆地基底沉降加速，气候较为温暖潮湿，为动植物生长创造了条件，沉积环境以湖沼相为主，形成了一套粗细相间碎屑岩组合，向上细碎屑岩增多，出现大量泥岩、粉砂岩，局部夹煤线.

3.3 扩张后萎缩期

早白垩世后期，区域伸展拉张停止，盆地基底沉降趋于停止或缓慢抬升，盆地开始淤积、萎缩、消亡，沉积了固阳组三段，具有洪泛平原沉积特点. 同时，深部物质沿盆地边缘断裂上涌，火山活动剧烈，形成了白女羊盘组，与下伏固阳组三段不整合接触.

4 结论

1）研究区内李三沟组沉积相变明显，一段由洪积扇相发展为河湖沼泽相，二段以河湖相沉积为主，反映了大同营—金盆盆地演化早期水体由浅变深的特点.

2）研究区内固阳组反映了大同营—金盆盆地不同构造时期的不同沉积环境：早期以山间盆地内充填类磨拉石建造，中期以湖泊相沉积为主，晚期主要为大型河流及洪泛平原沉积，表明了该盆地在固阳组沉积期经历了由下降沉积至隆升剥蚀的完整沉积旋回.

3）区域上大同营—金盆盆地的李三沟组中盛产砂金，含金层位为底部黄褐色底砾岩及上部紫红色砾岩，厚度10 m以上，东邻研究区附近金品位较富，最高达51.318 g/m3，最大金粒重36.5 g. 研究区内李三沟组层位未发现砂金，但考虑具有相似的地质背景，在盆地周边均出露砂金的初始矿源层前寒武纪变质基底，所以研究区内李三沟组具有寻找古砂金的前景，尤其在盆地边缘古河道内.

4）区域上固阳组为一套含煤地层，但在研究区内的固阳组中未发现有工业意义的煤层，仅见煤线或薄层褐煤. 考虑到研究区整体上处于大同营—金盆盆地西侧边缘，成煤环境较差，故在研究区内固阳组中寻找煤矿的前景不大.