鄂爾多斯盆地大地構(gòu)造位置及形成演化

鄂爾多斯盆地大地構(gòu)造位置及形成演化

1沉積體系及沉積特征鄂爾多斯盆地的構(gòu)造位置位于中國北部的地臺西部。北臨內(nèi)蒙古-興安褶皺帶，南臨秦嶺-祁連山褶皺帶，東與山西地塊相連，西與阿拉森地塊接壤。這是一個基于古生代地臺的“雙重基本結(jié)構(gòu)”的重大重疊盆地，占地面積約3.052km2。區(qū)域構(gòu)造上,該盆地處于我國東部濱太平洋與西部特提斯-喜馬拉雅兩大構(gòu)造域之間,實際上處于東、西部不同地球動力學背景的調(diào)整帶上,是一個不穩(wěn)定的克拉通內(nèi)部疊合盆地。受印支期太平洋域和特提斯域構(gòu)造活動的影響,大華北盆地發(fā)生分解,形成了獨立的鄂爾多斯盆地。鄂爾多斯盆地的形成演化大致可分為4個階段:早古生代陸表淺海階段、晚古生代濱海平原階段、中生代內(nèi)陸湖盆階段及新生代邊緣斷陷階段。鄂爾多斯盆地及其周緣按其演化、構(gòu)造特點,可劃分為鄂爾多斯盆地(狹義)、西緣褶斷帶、山西斷隆以及周圍4個新生代斷陷系等一級構(gòu)造單元(圖1)。鄂爾多斯盆地主要二級構(gòu)造單元有“一坳一坡一隆”,即天環(huán)坳陷帶、伊陜斜坡、伊盟北部隆起,以及周邊的渭北隆起帶,晉西撓褶帶。天環(huán)坳陷帶也稱天環(huán)向斜,形成于晚三疊世,南北長560km,東西寬60～165km,走向南北,呈似矩形,是下白堊統(tǒng)志丹群的沉降及沉積中心。侏羅-白堊系厚達2800～4000m,其沉積中心隨著時代的變新,由東向西遷移,天環(huán)向斜影響著整個下白堊統(tǒng)志丹群的分布。洛河組、華池-環(huán)河組主要分布在向斜東翼,而羅漢洞組、涇川組基本相向不對稱分布在西翼。天環(huán)向斜的兩翼地層產(chǎn)狀不同,東翼產(chǎn)狀平緩,一般為5°～7°;西翼產(chǎn)狀相對較陡,一般為5°～17°。西緣褶斷帶為盆地內(nèi)的一級構(gòu)造單元,具有典型的逆沖推覆構(gòu)造特征,規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造有青銅峽-固原斷裂、韋州-安國斷裂、青龍山-平?jīng)鰯嗔?、惠安?沙井子斷裂,斷面均向西傾斜,向東逆沖。新構(gòu)造運動的抬升掀斜作用使天環(huán)向斜西翼局部地段發(fā)育相對穩(wěn)定的構(gòu)造斜坡帶,為地下水補、徑、排系統(tǒng)的形成及后期油氣運移提供了有利的構(gòu)造條件。鄂爾多斯盆地具有雙重基底,盆地的真正基底由太古界及中下元古界變質(zhì)巖系組成,而對于中生代自流水盆地而言,它的直接“基底”是下伏的古生界(奧陶系、石炭系和二疊系)。盆地中新生代蓋層發(fā)育齊全,中生界除缺失上白堊統(tǒng)外,其余地層均有分布。其中,侏羅系延安組、直羅組及下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組、羅漢洞組是尋找砂巖型鈾礦的主要目的層位。晚三疊世鄂爾多斯盆地從華北地臺分離出來,形成統(tǒng)一的內(nèi)陸湖盆地,進入陸相發(fā)育階段,盆地開始凹陷,持續(xù)填平補齊。延長群為一套下紅上黑的河湖相碎屑巖夾頁巖、油頁巖,局部夾凝灰?guī)r建造。盆地內(nèi)侏羅系分布廣泛,中下侏羅統(tǒng)為溫暖濕潤-半干旱氣候下形成的河流-沼澤相含煤碎屑巖建造,沉積中心位于吳旗一帶,與下伏延長群呈平行不整合接觸,上侏羅統(tǒng)為一套半干旱環(huán)境下的沖洪積相碎屑沉積,主要分布于盆地的西緣。下白堊統(tǒng)沉積是在侏羅紀盆地東界向西和西北方向退縮后的基礎(chǔ)上開始的,因而其沉積范圍較侏羅系小,主要集中分布在盆地中西部?？傮w為一套干旱-溫濕氣候環(huán)境下的河流相、湖相碎屑沉積,沉積中心位于盆地西部的天環(huán)向斜(演武)一帶。自下而上可分為6個巖組,即宜君組、洛河組、華池組、環(huán)河組、羅漢洞組、涇川組。從洛河組到?jīng)艽ńM連續(xù)構(gòu)成了洛河組-華池組-環(huán)河組和羅漢洞組-涇川組兩大沉積旋回,雖然各種巖性在盆地南北存在差異,但在垂直剖面上,都具有下粗上細的特點。即下部發(fā)育沖積扇、河流相的礫巖和巨厚的塊狀砂體為特征,中部出現(xiàn)河湖交替的沉積環(huán)境,沉積物具有較理想的砂泥比,頂部則以湖相的細碎屑沉積為主,以北部表現(xiàn)尤為明顯。羅漢洞組主要分布于鄂托克旗-定邊-慶陽-長武一線以西,在盆地南部其巖性下部為暗紫色泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖和暗棕、暗紫、土黃色交錯層砂巖不等厚互層,底部的淺黃色交錯層砂巖與環(huán)河組為界;上部淺棕紅、桔紅、淺棕黃、桔黃色大型交錯層砂巖,夾暗紫色砂質(zhì)泥巖與灰綠色泥質(zhì)粉砂巖。在西緣一帶為砂巖、礫巖夾泥巖、粉砂巖,吳旗、定邊以西主要為棕紅色、紫紅、桔黃色交錯層砂巖,為河流-三角洲相沉積,與下伏環(huán)河組連續(xù)沉積。涇川組主要分布于鹽池-環(huán)縣-涇川一線以西,在千陽、隴縣一帶為桔紅、淺棕紅色泥巖、夾砂質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r及含礫粗砂巖,在涇川一帶,巖性為暗紫、淺棕褐、淺灰、藍灰、淺灰綠色等雜色砂質(zhì)泥巖、泥巖、頁巖、灰質(zhì)頁巖與泥質(zhì)粉砂巖互層,中夾淺灰、灰白、玫瑰色泥灰?guī)r和淺灰色、淺黃色砂巖、泥灰?guī)r及砂巖,從上往下層數(shù)增多,且以一層泥灰?guī)r與羅漢洞組為界,為河流-三角洲-湖相沉積,與下伏羅漢洞組連續(xù)沉積。2鈾礦地質(zhì)系統(tǒng)槐樹灣地區(qū)位于天環(huán)向斜西翼與西緣褶斷帶的過渡部位,即鎮(zhèn)原縣城西北20km處,鈾礦點是在近年鈾礦勘查鉆孔中發(fā)現(xiàn)的,地面無任何顯示。近十幾年來,鈾礦地質(zhì)系統(tǒng)一直致力于層間氧化帶砂巖型鈾礦的勘查。雖然這里也存在后生層間氧化現(xiàn)象,但鈾礦化似乎不產(chǎn)于層間氧化帶前鋒或其上下翼附近,而多產(chǎn)于羅漢洞組地層被油氣浸染的部位,顯示出與后生還原作用密切相關(guān),應(yīng)該引起足夠的注意。2.1充填巖屑組成羅漢洞組砂巖為中細粒長石砂巖、長石石英砂巖,碎屑成分以石英、長石為主,石英含量為50%～60%,長石含量為25%～30%,少量黑云母和白云母(約占1%),巖屑較少(<10%)。泥質(zhì)膠結(jié),疏松,分選中等,碎屑呈次棱角狀,主要由石英、長石和巖屑組成,占97%左右,填隙物約占3%。石英呈次圓-次棱角狀,分選程度中等至較好,邊緣見弱溶蝕現(xiàn)象。長石由鉀鈉長石和斜長石組成,具有格子狀雙晶,條紋雙晶和聚片雙晶,斜長石具有弱水解蝕變現(xiàn)象。黑云母呈板片狀,見弱水解和綠泥石化。巖屑主要為凝灰質(zhì)巖屑、花崗質(zhì)巖屑、石英巖巖屑,少量泥巖和片巖巖屑等。羅漢洞組巖石呈現(xiàn)原生氧化特征,多為較疏松的棕紅、淺棕紅、淺紅色中細砂巖,夾少量褐紅、棕色砂巖。該砂巖后生氧化呈現(xiàn)褐黃色,主要為其所含鐵質(zhì)組分氧化并形成褐鐵礦化所致。涇川組成分與羅漢洞組基本相同,只是局部填隙物較多,主要為粘土質(zhì)和粉砂質(zhì)組成的機械搬運組分。2.2原生氧化巖石及仿生巖石種類勘探剖面涇川組發(fā)育2層層間氧化帶,厚度一般為10～15m。羅漢洞組見到4層后生層間氧化,厚度為10～83m不等。后生氧化巖石多為較疏松的黃色、淺黃色中細砂巖,原生氧化巖石為較疏松的棕紅色、淺紅色中細砂巖。路線地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)涇川組層間氧化帶,黃色中砂巖厚度為8～12m,頂?shù)装寤疑鄮r厚度為3～5m。在砂巖、泥巖交界處放射性強度明顯增高,砂體疏松,含水豐富。2.3鈾礦化與灰基層巖石關(guān)系槐樹灣鈾礦點勘探剖面所見鈾礦化和異常層數(shù)較多,但厚度較薄,多產(chǎn)于較疏松的灰紫色油浸中細砂巖中。在160～250m深度處見到斷續(xù)分布的灰紫色油浸砂巖,它們多沿巖性分界面、沖刷面展布,且與泥礫共生。這種油浸砂巖在4個鉆孔中見到,東西向控制長度>4.5km。鉆孔中見到13層厚度為10～55cm較疏松的灰紫色油浸中細砂巖。其兩側(cè)巖石多為較疏松的黃色砂巖。油浸砂巖往往較致密,其兩側(cè)巖石多呈現(xiàn)疏松、較疏松狀。鈾礦化均與灰紫色油浸砂巖關(guān)系密切。油浸砂巖的放射性強度均達到鈾礦化程度,油氣活動范圍有一定規(guī)模。氧化砂巖以棕紅、桔紅色為主,次為灰?guī)Ш旨t、褐色的細砂巖,呈疏松狀,為原生的氧化巖石。鈾礦化巖石為灰紫色、紫紅色中細砂巖,呈條帶層狀分布,一般厚為0.05～0.5m,與圍巖相比發(fā)生了較強的赤鐵礦化作用,氧化程度比圍巖強。二氧化碳、有機碳和總硫含量相當(表1)。酸解烴含量比圍巖低一倍左右,說明在成礦過程中消耗了巖石中大量的還原性物質(zhì),烴成因判別指標(C1/∑C均<75%)說明烴是由油氣生成的。礦石呈現(xiàn)鈾鐳相對平衡的狀態(tài)。從表2可以看出,鈾礦化巖石相對于氧化砂巖含量增加的成分為Fe2O3、P2O5、CaO和TiO2,尤其以Fe2O3、P2O5增加較多;含量減少的成分為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、MgO、MnO,而FeO含量基本不變。鈾礦化巖石與圍巖相比,其大多數(shù)伴生元素和三氯甲烷提取物有較大的富集,Mo含量最高可達7.99×10-6,Se最高為1.09×10-6,而Re含量有所降低(表3)。3蝕變巖石及量礦物的大量存在是期2002年至今(1)形成于深部含油氣層位(上三疊統(tǒng)延長群和中下侏羅統(tǒng)延安組)水難以交替帶中的油氣水,沿南北向延伸的西緣構(gòu)造帶向上運移。這種不含硫化氫和氧、具有還原性質(zhì)的油氣水富含烴-CO2-H2,還含有相當數(shù)量的PO3?443-、Cl-、Ca2+及少量的Fe2+,在初期酸性介質(zhì)中,因為Ca(H2PO4)2和Ca(HCO3)2具有較大的溶解度,故PO3?443-、CO2?332-和Ca2+可以共存于一個溶液體系而不會發(fā)生沉淀。(2)油氣水沿著透水層側(cè)向遷移或沿斷裂從沉積蓋層的深部進入到上覆層位中,并沿巖性分界面或沖刷面構(gòu)造運移,進入白堊系羅漢洞組疏松棕紅色中細砂巖中,與砂巖中的含鐵、鈣離子水溶液相遇,發(fā)生了地球化學分異作用,致使鈾發(fā)生沉淀富集,局部形成鈾礦化,并使原生的紅色碎屑巖發(fā)生退色蝕變。在油氣作用初期的酸性介質(zhì)中,長石、巖屑等發(fā)生高嶺石蝕變,暗色礦物如黑云母、角閃石在有Cl-存在的溶液作用下發(fā)生綠泥石化蝕變。此時,蝕變巖石還可能發(fā)生去碳酸鹽化作用,因為碳酸鹽在酸性介質(zhì)中易轉(zhuǎn)變成易溶的碳酸氫鹽(CaCO3+H+→Ca2++HCO-3)。(3)在高嶺石化作用的同時,油氣水中所含的大量烴等還原性物質(zhì)對碎屑巖中的主要染色成分Fe3+進行了還原作用,使Fe3+變?yōu)镕e2+,烴及H2則被氧化成CO2和H2O。這些產(chǎn)物一起進入蝕變流體,退色蝕變結(jié)果使紅色碎屑巖中大量的鐵發(fā)生再次分配。(4)隨著高嶺石化和綠泥石化作用的進行,溶液中H+逐漸被消耗,而OH-則相對增加,結(jié)果使油氣水的pH值升高,從而產(chǎn)生了一系列重要的地球化學變化。首先由于高濃度的Ca2+及CO2?332-的存在,在堿性條件下沉淀出CaCO3,使退色巖石發(fā)生碳酸鹽化。當溶液進一步沿可滲透的紅色碎屑巖運移時,由于氧化-還原作用消耗了大量的還原性物質(zhì),溶液的Eh值進一步升高。在高的pH和高Eh值條件下,Fe2+→Fe3+的氧化反應(yīng)容易進行,結(jié)果在少量烴及H2等還原性氣體與鐵的氧化反應(yīng)雙重作用下引起了U6+的還原沉淀,因此出現(xiàn)了赤鐵礦與鈾礦物緊密共生的現(xiàn)象。如前所述,由于溶液中大量PO3?443-的存在,可以使Fe(OH)3膠體遷移到更