（构造地质学专业论文）鄂尔多斯盆地东部紫金山岩体地球化学特征及热力构造演化.pdf

摘要 紫金山岩体位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带上的临县柳林背斜带，是汾河 碱性岩带中的一个碱性杂岩体。岩体是多期形成的，呈岩筒、岩床产出。地表可 见六个相带，从外到内依次为二长岩、霓辉正长岩、暗霞正长岩、霞石正长岩、 响岩和响岩质火山角砾岩及粗面斑岩和粗面质火山角砾岩。 各期岩性s i 0 2 不饱和或极端不饱和、富碱、高钾、富铁( 少数极富铁) 、低 贫钙和低铝；稀土元素含量高，轻稀土富集，轻重稀土元素发生了强烈的分馏， 具富集型稀土配分模式，无e u 负异常，具c e 负异常。岩体d 1 8 0 变化范围为 7 9 9 2 o ，平均8 4 0 ， 综合各种资料确定前四期岩性的年龄分别为1 5 4 m a 、1 4 1m a 、1 3 2 m a 和 1 2 5 m a 。各期岩性是同源岩浆在不同演化阶段形成的产物，低的( 8 7 s r 8 6 s r ) o 等特 征说明岩浆起源于上地幔，是富集型地幔分批次部分熔融形成的，部分熔融程度 较低，约为5 。岩体形成于板内引张的应力松弛环境。 岩体的六个相带在地貌上构成正向穹窿型热力构造，从岩浆一热力作用的影 响深度来看，二长岩等四个相带为中浅成侵入型热力构造，另两个相带为表浅层 火山喷发型。中生代侏罗世以来紫金山发生三期热力作用：中三叠世表浅层火山 喷发一热液活动型、晚侏罗世一早白垩世中浅成侵入型和晚白垩世表浅层火山喷 发型热力作用。早石炭世( 3 4 3 m a ) 和早二叠世( 2 8 7 2 9 3 m a ) 紫金山可能有两 次中深层侵入型热力活动，中三叠世有一次确定的火山喷发事件。 紫金山侵入岩的时代与华北地区中生代热事件具有一致性，表明晋西挠裙带 与华北地区一起经历了此次热事件。 紫金山岩浆热力作用促进了煤变质，使上古生界的煤发生二次生烃作用；促 进上古生界烃源岩热演化；岩浆上侵形成火山刺穿遮挡圈闭油气藏。 岩体的热力活动过程和盆地中生代以来的演化过程密切联系，是中生代盆地 演化的一个重要方面，其研究为盆地构造演化历史提供了重要证据。 关键词：紫金山碱性岩岩石化学热力构造成矿意义 g e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e r m a ls t r u c t u r ee v o l u t i o no f z i j i n s h a nr o c kb o d yi ne a s t e r no r d o sb a s i n y a n gy o n g h e n g ( s t r u c t u r a lg e o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f e s s o ry a n gx i n g k e a b s t r a c t z i j i n s h a nr o c kb o d yi sl o c a t e di nl i n x i a n l i u l i na n t i c l i n eb e l to fj i n x if l e x u a l f o l db e l ti ne a s to r d o sb a s i n ，w h i c ha l s ob e l o n g st of e n h ea l k a l i n er o c kb e l t t h er o c k b o d yw a sf o r m e di n s e v e r a ls t a g e sa n ds e e na sp i p ea n ds i l l s i xr o c kr i n g sc a nb e s e e ni ng r o u n d ，w h i c ha r em o n z o n i t e ，a e g i r i n e a u g i t es y e n i t e ，m a l i g n i t e ，n e p h i l i n e s y e n i t e ，p h o n o l i t e p h o n o l i t i cv o l c a n i cb r e c c i a ，a n dt r a c h y t e t r a c h y t i cv o l c a n i cb r e c c i a f r o mt h em o s to u t e rr i n gt ot h ec o r e r o c ko fe a c hs t a g ei so fu n s a t u r a t e do re x t r e m e l yu n s a t u r a t e ds i 0 2 ，r i c ha l k a l i n e ， h i 曲k ，h i g i lf e ( s o m ei se x t r e m e l yh i g h ) ，l o w p o o rc aa n dl o wa i i t sa l s oo fh i 【g h r e ea n de n r i c h e dl r e e l r e ea n dh r e ea r es t r o n g l yd i s t i l l a t e d ，s h o w i n ge n r i c h e d r e e p a r t i o n i n gp a r t e n t h e r ei sn oe un e g a t i v ea n o m a l y b u to fc en e g a t i v ea n o m a l y d o l sr a n g e sf r o m7 9 t o9 2 w i t ht h ea v e r a g eo f8 4 a c c o r d i n gt oa l la g i n gd a t a , a g e so f4 r o c k so ft h ef o r m e rs t a g e si sm a d ec e r t a i n ， w h i c ha r e1 5 4 m a ，1 4 1 m a , 1 3 2 m aa n d1 2 5 m a e v o l u t i o no ft h es a m em a g m ar e s o u r c e i nd i f f e r e n ts t a g e sr e s u l t e di nr o c k so fe a c hs t a g e l o w ( s t s r # s o oa n ds o m eo t h e r c h a r a c t e r i s t i c ss u g g e s t st h a tt h em a g m ac a m ef r o mu p p e rm a n t l e ，a n de n r i c h e dm a n t l e p a r t l ym e l t e dt h e nf o r m e dr o c kb o d y t h em e l t i n gd e g r e ei sl o w , t h a ti s a b o u t5 r o c kb o d yf o r m e di np l a t ee x t e n s i o n a lb a c k g r o u n da n dal o o s es t r e s ss t a t e s i xr i n gb e l t so ft h er o c kb o d yc o n s t i t u t eat h e r m a ls t r u c t u r eo fn o r m a ld o m e t y p ei nl a n df o r m i nm a g m a t i c - t h e r m a la c t i o nd e p t ht e r m ，m o n z o n i t ea n dt h eo t h e r3 r i n gb e l t sb e l o n gt oi n t e r m e d i a t e - d e e pi n t r u s i o nt y p e ，a n dt h ee l s e3b e l t sb e l o n gt o s u p e r f i c i a l s h a l l o w v o l c a n i ce r u p t i o na n dh y d r o t h e r m a la c t i o n t y p e s i n c e t h e b e g i n n i n go ft h em e s o z o i ce r a ( a f t e rt r i a s s i cp e r i o d ) ，t h e r eh a v eb e e n3t i m e so f t h e r m a la c t i o ni n z i j i n s h a n a r e a ：a s u p e r f i c i a l s h a l l o w v o l c a n i c e r u p t i o n a n d h y d r o t h e r m a la c t i o ni nm i d d l et r i a s s i cp e r i o d ，a l li n t e r m e d i a t e d e e pi n t r u s i o na c t i o n i n l a t ej u r a s s i ct oe a r l yc r e t a c e o u sp e r i o da n das u p e r f i c i a l s h a l l o wv o l c a n i ce r u p t i o n a n dh y d r o t h e r m a la c t i o ni n l a t e e a r l y c r e t a c e o u s p e r i o d t h e r em a y b e t w o i n t e r m e d i a t e d e e pi n t r u s i o nt h e r m a la c t i o ni ne a r l yc a r b o n i f e r o u sp e r i o d ( 3 4 3 m a ) a n d e a r l ye a r l yp e r m i a np e r i o d ( 2 8 7 - 2 9 3 m a ) ，w h i l e a ne v e n to fv o l c a n oe r u p t i o ni n m i d d l et r i a s s i cp e r i o di sd o u b t l e s s t h ef o r m i n ge r ao fz i j i n s h a ni n t r u s i v er o c kb o d yi sc o n s i s t e n tw i t ht h et h e r m a l e v e n to fn o r t h e r nc h i n ap l a t ei nt h em e s o z o i ce r a ，w h i c hs u g g e s t st h a tj i n x if l e x u a l f o l db e l ta n dn o r t h e r nc h i n ap l a t et o g e t h e ru n d e r g o n et h et h e r m a le v e n t 2 z i j i n s h a nm a g m a t i c t h e r m a la c t i o na c c e l e r a t e dc o a lm e t a m o r p h i s ma n dt h e r m a l m a t u r i t yo fh y d r o c a r b o ns o u r c er o c ko fu p p e rp a l e o z o n i cg r o u p ，a n dr e s u l t e di n s e c o n d a r yh y d r o c a r b o np r o d u c t i o no fu p p e rp a l e o z o n i cg r o u p v o l c a n op i e r c e m e n t c a p t u r er e s u l t e df r o mm a g a m au p w a r di n t r u s i o nb e c a m eo i l g a s c o n t a i n e ds t r u c t u r e m a g r n a t i c t h e r m a la c t i o np r o c e s so ft h er o c kb o d yi sc l o s e l yc o n n e a e dw i t h o r d o sb a s i n se v o l u t i o ns i n c et h em e s o z o i ce r aa n dm a k e su da i m p o r t a n tp a r to ft h e e v o l u t i o n r e s e a r c ho nt h er o c kb o d yp r o v i d e se v o l u t i o nh i s t o r yo ft h eb a s i nw i t h s i g n i f i c a n te v i d e n c e k e yw o r d s ：z i j i n s h a n ；a l k a l ir o c k ；r o c ki i t h o c h e m i s t r y ；m i n e f o r m a t i o n 3 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者躲锄形扭跏辟占月夕日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 锄移坦加口哞厂月7 日 铷签名：物蜘占年月罗日 序言 碱性岩是深部地球动力学过程，即地幔柱活动与壳一幔相互作用在地壳浅部 或地表的直接表现和历史记录，有关研究是探索地球深部物质组成和动力学过程 的重要途径。为此，碱性岩的研究越来越受到人们的重视。 紫金山碱性岩体是我国最早发现的碱性岩体。早在上世纪2 0 年代，我国地质 学家王竹泉、瑞典地质学家诺琳( e n o r i n ) 就曾对它做过初步的调查。十九世纪 3 0 年代，日本人新常富和曹世禄对它也进行了较系统的研究。近几年来，随着对 鄂尔多斯盆地多种能源矿产勘探及中生代华北地台一些基础地质问题的研究，紫 金山岩体日益受到地质学家们的重视，也进行了一些探讨。 一前人工作情况 ( 一) 研究现状 1 对于紫金山碱性杂岩体的研究 1 9 5 3 年以来，先后有杨杰、苏良赫、吕梁三队和吴利仁等对紫金山岩体进行 了研究，对该岩体的时代、期次、岩性作了不同的划分。 1 9 5 8 年1 9 6 4 年山西省地质局2 1 5 地质队和省地质局化验室为评价稀有金 属，多次进行了较系统的研究并分别填制了1 ：1 万、1 ：2 0 0 0 和1 ：1 0 0 0 的紫金山地 质草图。 9 0 年代起又有黄锦江、阎国翰等对其成因和大地构造意义等方面做了论述， 周玲棣则做了稀土元素、同位素年代学等方面的工作。 阎国翰( 1 9 8 9 ) 对中国北方碱性和偏碱性侵入岩的时空分布作了总结，紫金 山岩体被归入汾河碱性和偏碱性侵入岩带。 周玲棣、赵振华( 1 9 9 4 ) 总结了包括紫金山岩体在内的我国富碱侵入岩的岩 石学、岩石化学特征及其稀土元素地球化学特征。 周玲棣( 1 9 9 6 ) 总结了包含紫金山岩体在内的我国富碱侵入岩的同位素年龄 数据。 近年来，由于对鄂尔多斯盆地石油、天然气、煤、铀等资源的深入勘探，紫 金山岩体日益受到地质工作者的重视。 2 对于鄂尔多斯盆地的研究 岩体所在的鄂尔多斯瓮地的地质研究始于上个世纪初。1 9 2 1 年3 月，即在1 9 2 0 年1 2 月1 6 日宁夏海原8 5 级大地震发生后的4 个月，翁文灏、谢家荣等6 人赴 灾区做了实地调查。 十九世纪3 0 年代初，一些学者对汾河、渭河流域的盆地性质有所探讨，提出 了“山西地堑”、“渭河裂谷”的概念( 李连捷，1 9 3 2 ；冯景兰，1 9 3 3 ) 。 直到解放后，才因开发资源和工程钻探等工作，开展了大规模的地质测量、 地球物理、油气钻探等工作，积累了较丰富的地质资料。 上世纪5 0 年代末，“两部( 石油部、地质部) 五省( 陕西、甘肃、宁夏、内 蒙古、山西) 区域地质勘探规划”曾在该区酝酿。6 0 年代，发现了工业性油气。 7 0 年代初，国务院等决策进行石油勘探会战。8 0 年代，油气勘探实行油、气兼顾， 末期找到了中部大气田，奠定了该区大气区的发展前景。9 0 年代以来，进入油、 气协调发展阶段。 自上世纪8 0 年代以来，油气工作者将有机地化技术引入烃源岩研究，将板块 学说引入油区构造研究，将沉积模式引入储盖组合研究，将地震地层学引入地震 成果解释，将资源评价技术引入地质综合研究，促进了生产、科研的空前繁荣局 面。其中，赵重远、汤锡元等对盆地构造的研究，冯增昭、王英华、韩征等对寒 武一奥陶系岩相古地理及成岩后生作用的研究，郝石生、陈安定、黄第蕃等对煤 型气地化判别指标及中部气田混源比的研究，杨俊杰、黄思静、张文正等对古生 代储集体成岩后生的模拟实验都是该盆地地质研究的典型成果。 ( 二) 目前的主要研究认识 1 对于紫金山碱性杂岩体的认识 1 ) 紫金山岩体是一个多阶段、多期次、不同岩性的碱性杂岩体( 山西省地 质志，1 9 8 9 ：周玲棣，1 9 9 1 ，1 9 9 6 ；黄锦江，1 9 9 1 ) ，呈岩筒、岩床产出。 2 ) 地表围岩为中三叠世二马营组( t 2 e r ) 长石砂岩夹红色泥岩，而其东南、 东北、西北均为第四纪覆盖。 3 ) 各期岩石均为碱性一强碱性系列( 山西省地质志，1 9 8 9 ；周玲棣，1 9 9 4 ； 阎国翰，1 9 8 8 ；黄锦江，1 9 9 1 ) ，稀土元素含量高，具富集型稀土配分模式( 阎 国翰，1 9 8 8 ：赵振华，1 9 9 4 ) 。 4 ) 岩体的同位素年龄最早的为3 4 0 m a ( 全岩r b s r 法，黄锦江，1 9 9 1 ) ， 最晚的为1 3 2 0 4 2 8 m a ( 全岩r b s r 法，阎国翰，1 9 8 8 ) 。 2 对于鄂尔多斯盆地的认识 1 ) 鄂尔多斯盆地是一个大型、稳定的复合克拉通型盆地，总体上呈东部翘 起，向西部倾伏的区域性斜坡面貌( 杨俊杰，2 0 0 2 ) 。稳定克拉通型盆地的构造 属性是由其地壳基底的克拉通本质所决定的，主要标志是整体升降、平起平落， 地层水平、少见背斜，沉积盖层薄、岩浆活动弱( 何自新，2 0 0 3 ) 。 2 ) 盆地与相邻盆地以共边界为主( 汤锡元，1 9 9 2 ) 。北部边界是乌兰格尔 基岩凸起北侧的东西向与河套地堑南缘共边界的区域正断层：南部边界具有分段 性，西段和小秦岭构造带以老龙山逆掩断层为界，东段与渭河地堑以渭北挠褶( 隆 起) 南侧正断层为界；东部边界为近南北向的离石基底断裂带：西部边界复杂多 变，北段为岗德尔山西麓逆掩断裂带，中段为黄河断裂带( 与银川地堑共边界) ， 南段为青龙山一平凉逆冲断裂( 和韦州一安国镇逆冲断裂带共边界) 。 3 ) 笳地包含三套主要烃源岩一下古生界海相烃源岩、中生界煤系( 海陆交 互相) 烃源岩和中生界陆相( 湖泊) 烃源岩；四套储集体系一早古生代海相碳酸 盐岩、晚古生代海陆过渡相碎屑岩、晚古生代碳酸盐岩和中生代陆相碎屑岩；两 个大不整合面一下奥陶统和中石灰统、下白垩统和上第三系；三个滑脱面一中元 古界长城系底、下二叠统太原组煤层和侏罗系煤层以及六个各具含矿特色的一级 单元一伊盟隆起、西部冲断构造带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带和渭北隆 起。 4 ) 盆地的构造演化、发展分为五大阶段：中、晚元古代拗拉谷阶段、早古 生代浅海台地阶段、晚古生代滨海平原阶段、中生代内陆盆地阶段和新生代盆地 周边断陷阶段( 杨俊杰，2 0 0 2 ) 。 5 ) 盆地的石油、天然气地质具有四个基本特征( 何自新，2 0 0 3 ) ：坳陷复 合性一克拉通边缘坳陷与克拉通内部坳陷被统一的沉积盆地背景所复合，构成盆 地腹地稳定区与盆地周边活动带、构造斜坡与生烃中心相共存的大型含油气沉积 盆地格局；沉积旋回性一沉积盖层经历了由陆相到海相再到陆相的环境变迁，并 在拗拉谷、浅海台地、滨海平原、内陆盆地、周边断陷等五个演化阶段中叠加着 2 5 套不同等级的沉积旋回；构造两重性一整体升降、斜坡宽缓、背斜微弱、地层 水平、接触整合的稳定性和镶嵌增生结晶基底、弧形构造、岩浆活动、坳陷中心 迁移、周边断陷为标志的活动性共存；成藏整合性一油气运聚场中的储集体不受 背斜轴的控制而全面捕集油气，并于幕式油气运移、聚集条件下产生整合的大面 积、圈闭序列成藏效果。 二论文选题依据及意义 鄂尔多斯盆地亦称陕甘宁盆地，是我国第二大含油气盆地，亦是我国最早发 现油田的盆地之一。它位于中国大陆的中西部，是一个稳定沉降、坳陷迁移、扭 动明显的多旋回沉积型克拉通类含油气翁地。其构造稳定、地层平缓，地下油气 储集体多变，渗透率极低，主要为隐蔽性油气圈闭。 经过半个多世纪的油气地质综合勘探，盆地西部探明了侏罗系古地貌披盖河 道砂油区、东部发现了三叠系内陆湖泊三角洲油区、中部找到了奥陶系顶部风化 壳岩溶古潜台大气田、北部发现了上古生界气田群。目前，鄂尔多斯盆地已经成 为我国重要的石油、天然气生产基地之一。仅长庆油田石油探明地质储量超过 1 0 1 0 8 t ，2 0 0 0 年油气产量( 当量) 突破了1 0 1 0 6 t 。盆地也富集其它多种能源： 山西的河东煤田，陕西的神( 木) 府( 谷) 煤田均规模巨大，宁夏、内蒙古煤炭 资源亦十分丰富；中新生代沉积盖层中不仅含矿层位多，铀矿化类型多样，而且 具有分布广、矿化面积大的特点。目前已发现内蒙古东胜地区大型的砂岩型铀矿， 黄陵店头铀矿、白水7 1 5 铀矿点、陇县国家湾铀矿等。 目前，鄂尔多斯盆地研究程度较高，地质、地震、化探等资料十分丰富，多 种能源矿产同盆共存的事实已获学者们的一致认同，但是对共存的分布规律与控 制因素的研究尚处于起步阶段。对于盆地内的热力构造则一直重视不够，还没有 学者从热力构造角度对紫金山碱性岩研究，对其形成演化与华北东部中生代广泛 热事件的关系尚无论述，而岩体对于盆内多种能源矿产的形成、分布与改造的影 响意义的研究也很薄弱，应该做进一步的工作。这些问题的研究对于盆地能源矿 产的勘探开发无疑具有重要的实际意义，对于探讨一些基本地质问题则具有深刻 的理论意义。 本人在研究生学习期间，有幸随同导师一同参加了西北大学刘池阳教授主持 的9 7 3 项目“多种能源矿产共存成藏( 矿) 机理与富集分布规律”的子项目“盆 地多种能源矿产共存富集的数值和几何特征及其统一的地球动力学背景 ( 2 0 0 3 c b 2 1 4 6 0 1 - - 0 3 c ) ”。对盆地进行了地质考察，赴山西临县对紫金山岩体 作了野外调研、采样，室内作了文献查阅、样品的分析、测定及综合研究。在此 基础上，把论文题目定为“鄂尔多斯盆地东部紫金山碱性杂岩体岩石地球化学特 征及其热力构造演化”，以探讨上述问题。 三研究内容及方法 ( 一) 研究内容 论文的主要内容为研究紫金山岩体的地球化学特征、确定岩体的同位素年龄 和热力构造类型；研究其热力构造演化史；探讨其在鄂尔多斯盆地演化前景下的 构造发育史：探讨其对盆内煤、石油、天然气、铀等多种能源矿产的形成、分布 与改造的影响。 ( 二) 研究方法 野外考察岩体的地质产状、空间分布特征、与围岩的接触关系、岩相特征， 对其作初步的期次划分并采集典型样品；室内作样品的整理、分析、测试，掌握 其岩石地球化学特征、确定地表各期岩性的形成年龄；对岩体形成的大地构造环 境作出判定，确定其岩浆源区，并建立其岩浆活动上侵的模型；从地貌形态和岩 浆一热力作用的影响深度两个方面分别确定岩体的热力构造类型；从热力构造演 化的角度，确定紫金山岩体中生代以来的热力作用期次，进而探讨其与华北地区 中生代广泛热事件的关系；探讨岩体在鄂尔多斯盆地演化背景下的构造发育史( 侧 重于与岩浆活动有关的切割深达地幔的基底深大断裂的形成、再活动及瓮地大华 4 北盆地形成、演化的地球动力学背景这两个方面) ；最终结合盆内煤、石油、天 然气、铀等多种能源矿产的形成机理，探讨紫金山岩体岩浆热力作用对多种能源 矿产形成、分布与改造的影响作用。 ( 三) 论文工作量 自从2 0 0 4 年年初随同导师参加9 7 3 项目的工作以来，室内查阅了大量的地质 资料和文献；参加了数次学术交流活动；赴山西临县考察了紫金山岩体，作了典 型样品的采集，分析和测试；室内作了综合整理、研究，最终促成了本文的完成。 所作工作可以概括如下 内容工作量内容工作量 野外地质调研1 0 天岩石化学分析4 件 实测地质剖面 0 8 k m 微量元素分析4 件 采集岩石标本5 块s h r i m pu p b 同位素定年3 件 岩石薄片4r野外地质照片3 0 张 四自然地理概况 ( 一) 地理位置 紫金山岩体位于山西省l 临县西北约2 0 k m 的紫金山、大肚山一带( 图1 ) ，岩 体略呈n w - - s e 方向展布，出露长7 5 k m ，宽4 k r n ，面积约2 3 k m 2 。 ij i 、= _ “汐 紫、 肛八 3 r_ li 厂 7 $ 坪一 ， 0 0 i y ? 山 鞭 1 惭1 泉? 7 i 谢 o 方山迥 竹 “大。i ，7 映 蠹0 、9 埘 0 。一唔钐 省 3 7 4 0 。 一 图1 紫金山交通位置图 罔例 d l 睦 河诡 县群 县城 村庄 公路 田园曰团田园日 ( 二) 地形地势 本区属于黄土高原地形，植被覆盖差，水土流失严重，地貌以黄土塬、梁、 峁为主。区内最高点为紫金山及大肚山主峰，其海拔高度分别为1 8 2 0 m 和1 8 2 2 m ； 最低点在西南角的黄河河床部位，海拔约7 0 0 m 。其总体地势东高西低，东西高差 大于1 0 0 0 m 。除紫金山、大肚山之外，地质露头主要沿着较大的沟谷分布。黄河 水系贯穿全区，以紫金山、大肚山为中心呈放射状向四周分布。 ( 三) 气候条件 该区属大陆性气候，温度多变，年平均气温8 9 。c ，一月份平均气温一7 一9 ，七月份最高气温为2 2 2 4 ，霜冻期从9 月中旬至次年4 月下旬，无霜 期1 5 0 1 8 0 天，年降雨量5 0 0 6 0 0 毫米。 ( 四) 交通情况 离石一保德公路由县城通过，乡镇间有简易的士石基公路相连，其中较为重 要的有临县县城经青凉寺至克虎寨，临县县城经城庄、紫金山、蔡家会至大峪口 及三交经刘家会至丛罗峪等三条。 第一章紫金山区域地层和构造 第一节区域地层 一结晶基底 地面地质调查、地球物理勘探和钻井资料证实，鄂尔多斯盆地基底岩系具有 明显的镶嵌结构。一类是由变粒岩岩相( 麻粒岩、浅粒岩、混合花岗岩及片麻状 花岗岩等) 组成的放射线年龄大于2 5 亿年的太古界；另一类是以绿岩岩相组成为 主( 绿片岩、千枚岩、大理岩和变质的火山岩) 的年龄大于1 7 亿年的中下元古界。 基底结构不均匀，大体以斜贯盆地中部的环县一大同基底断裂为界，将盆地基底 划分为两个区。北部以集宁群及乌拉山群为代表，主要由太古界古陆核组成；南 部以吕梁群、岚河群及野鸡山群为代表，主要由下元古晁褶皱变质岩系组成。 从盆地结晶基底时代和岩性图上( 图1 1 ) 可知，紫金山地区处于晚太古代 至早元古代( a r 3 - - p t l ) 角闪岩一绿片岩变质相区。此相区位于环县一大同断裂以 南、富县一离石断裂以北，主要岩性为片麻岩、变粒岩、石英岩、千枚岩、自云 岩、板岩及大理岩，形成于1 8 亿年前。在航磁异常图上，岩体有明显的正磁异常 显示( 图1 - - 2 ) 。 图1 - - 1 鄂尔多斯盆地及其周缘地区结晶基底时代和岩性图( 据汤锡元等，1 9 9 3 ) 1 一结晶基底时代及岩性分区界线：2 一地震解释的滹沱群边界；3 一结晶基底内的岩浆岩： 4 一二云母片岩：5 一片麻岩；6 一浅粒岩 图1 - - 2 鄂尔多斯盆地航磁异常图( 据中国航磁异常图，2 0 0 4 ) 二出露地层 本区大部为第四系黄土所覆盖。在地表，紫金山岩体的直接围岩为中三叠统 二马营组( t 2 e r ) ，而其东南、东北、西北均为第四纪覆盖。沿沟谷出露的较老地 层为中生界三叠系刘家沟组一铜川组。薪生界第三系上统一般在“沟脑”附近出 露。 依据地层层序和岩性组合分述如下： ( 一) 中生界三叠系 1 下统 ( 1 ) 刘家沟组( t 。1 ) ：g 度3 8 6 4 4 0 m 。仅在紫金山西北的南吉沟中见其顶 部，岩性为灰紫、紫红、砖红色为主的厚一薄层细砂岩、粉砂岩及泥质粉砂岩夹 灰绿色泥质条带。 ( 2 ) 和尚沟组( t 1 h ) ：厚度9 1 9 3 m 。亦见于紫金山西北的南吉沟中，岩 性以紫红、砖红色砂质泥岩为主，间夹数层灰紫、暗紫红色中一薄层中、细粒砂 岩及灰绿色泥岩。与下伏刘家沟组呈整合接触。 2 中统 ( 1 ) 二马营组( t 2 e r ) ：厚度3 8 6 4 3 0 m 。相当于鄂尔多斯盆地主体的纸坊组 ( t 2 z ) ，见于蔡家会与紫金山之间和贺家会丛罗峪问。自下向上大体可分三段： 第一段( t ：e r l ) ：岩性为浅灰绿、灰黄、浅灰带红色块状一厚层状岩屑质长 石中、细砂岩夹暗紫、棕紫色中一薄层泥岩、粉砂质泥岩。与下伏和尚沟组整合 接触。 一 第二段( t 2 e r 2 ) ：岩性为灰紫、棕紫、暗紫、砖红等杂色泥岩、砂质泥岩与 肉红、肉红带灰、紫灰、灰绿等杂色块状一中层状岩屑质长石中、细砂岩不等厚 互层。下部的泥砂 1 ，向上砂岩含量明显增加。与第一段连续沉积。 第三段( t 2 e r 3 ) ：岩性以灰绿、浅灰绿、紫灰、暗紫等杂色泥岩为主，夹浅 肉红、浅灰带肉红色薄层一块状岩屑长石细、中砂岩。与第二段连续沉积。， ( 2 ) 铜川组( t 2 t ) ：厚度2 8 0 m 。该组特征明显，依据岩性自下向上可分两段： 第一段( t 2 t 1 ) ：岩性以浅灰绿、浅灰带肉红色块状一厚层状岩屑质长石中、 细砂岩为主，夹紫灰、灰绿色泥岩、砂质泥岩。与下伏二马营组整合接触。 ： 第二段( t 2 t 2 ) ：下部以灰、浅灰、浅灰绿及灰紫、暗紫色泥岩、砂质泥岩： 泥质粉砂岩为主，夹同色中层一块状含沸石岩屑质长石细、中砂岩；中部以肉红 带灰绿色块状一中层状岩屑质长石细砂岩为主，夹灰黄、灰绿色薄层泥岩：上部 为以灰绿、灰紫、深灰色为主的泥岩、粉砂质泥岩与以灰黄、灰绿带肉红色为主 的厚层一块状岩屑质长石中砂岩不等厚互层。其底界附近有两层厚约5 3 0 c m 的 鲜红、粉红、翠绿、墨绿、棕褐色凝灰岩。可以把下凝灰岩下部的砂层底界作为 中、上部的分界。宏观上随着与紫金山距离的增大，下凝灰岩层逐渐减薄。第二 段与第一段为连续沉积。 ( 二) 新生界 1 古近系( n ) ：厚度1 0 1 9 0 m 。 研究区内无新近系沉积，仅在“沟脑”附近见到古近系富含钙结核的红土， 底部往往有砂砾层。与下伏地层呈角度不整合接触。 2 第四系( o ) ：厚度0 2 2 4 m 。 分布广泛，主要为一套土黄、棕黄、棕红色粘土、砂土、亚粘土、亚砂土： 底部常见砾石层沉积。与下伏地层呈角度不整合接触。将中生界及其以上地层和 中生界以下未出露地层之划分和岩性特征列于表1 1 。 9 表1 1 紫金山地区地层划分和岩性特征表 ( 据杨俊杰，2 0 0 2 等资料综合) 地层划分厚度 主要岩性 界系统组 ( m ) 第 上部 灰黄、浅黄亚粘土、砂土及粉细砂土夹砾石、砂层。底 新 四0 2 2 4 段为砾石层。 浅红、棕黄色黄土状亚粘土夹棕红色古土壤及钙质结核 系下部 和薄层杂色粘土及粉、细砂层，底为砾石层。 生 上部 红色粘土夹数层钙质结核、钙质层及洪积固结砾石层。 第 一中部冲积砾石夹细砂土，杂色粘土及泥灰岩等。 界 二1 0 1 9 0 系 下部 紫黄、黄色细一粗粒砂岩，砾石层夹透镜状粗砂及粘土 层、砂质页岩。 下部：灰、浅灰绿及灰紫色泥岩、砂质泥岩夹中层一块 ， 状岩屑质长石细、中砂岩。中部：肉红色块状一中层状 二段 岩屑质长石细砂岩夹灰黄、灰绿色薄层泥岩。上部：灰 绿、灰紫色泥岩、粉砂质泥岩与灰黄色厚层一块状岩屑 铜川组2 8 0 质长石中砂岩不等厚互层。底界附近有鲜红、粉红、翠 中 绿、棕褐色凝灰岩。 三 浅灰绿色块状一厚层状岩屑质长石中、细砂岩夹紫灰 中 叠 一段 色、灰绿色泥岩、砂质泥岩。 = 统 三段 灰绿、紫灰等杂色泥岩夹浅肉红色薄层一块状岩屑长石 生 叠 细、中砂岩。 界 系 二马营 3 8 6 二段 灰紫、砖红等杂色泥岩、砂质泥岩与肉红、灰绿等杂色 组 4 3 0 块状一中层状岩屑质长石中、u 细砂岩不等厚互层。 浅灰绿、灰黄色块一厚层状岩屑质长石中、细砂岩夹暗 一段 紫、棕紫色中一薄层泥岩、粉砂质泥岩。 下和尚沟 紫红、棕红色砂质泥岩夹灰紫、紫红色中一薄层中细粒砂岩、 一 9 1 9 3 二组及灰绿色泥岩。 叠刘家沟 3 8 6 上部紫红色厚层细砂岩、粉砂岩夹泥岩、砂质泥岩。下部红色 统组 4 4 0 厚层中、细砂岩与泥岩、泥质粉砂岩互层。 上石千 1 4 3 紫红色泥岩、砂质泥岩与灰白等色中厚层细一粗粒长石砂岩不 统峰组 2 0 0 等厚互层。 二 上石盒 3 8 6 紫红色等杂色砂质泥岩夹灰绿色厚层细一粗粒石英砂岩、硬砂 上 叠 由 子组 4 4 0 岩。 统下石盒 灰绿色细、粗砂岩夹砂质泥岩、页岩。顶部有紫色泥岩及杂色 古 系 7 7 1 6 7 子组铝土质泥岩。 生 黑灰色页岩与中细砂岩互层，并夹煤层、煤线及炭质页岩。底 界 下统山西组4 0 9 7 部为石英砂岩。 石 上统太原组6 8 1 1 7灰黑色、灰白色页岩夹煤层及薄层细砂岩、生物灰岩。 炭 中 上部灰黑页色岩夹石英砂岩及煤线、灰岩。下部铝土岩夹铝土 系 本溪组 6 5 1 统质页岩。 下 古 奥 生 陶 主要为海相碳酸盐建造。 系 界 1 0 第二节区域构造背景 一大地构造位置 1 在鄂尔多斯盆地内的位置 鄂尔多斯盆地可划分为六个一级构造单元一伊盟隆起、西缘冲断构造带、天 环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带和渭北隆起( 图1 - - 3 ，1 - - 4 ，1 - - 5 ) 。紫金山碱 性杂岩体即位于晋西挠褶带内。岩体西部是鄂尔多斯盆地的主体，以东是吕梁山。 图l 一3 鄂尔多斯盆地一级构造单元图 ( 据何自新，2 0 0 3 编绘) 晋西挠褶带东部以离石断裂与吕梁断隆为界，西隔黄河与伊陕斜坡为邻，北 抵偏关，南达吉县，东西宽5 0 k m ，南北长4 5 0 k m ，面积2 2 5 1 0 4 k m 2 。地史时 期一直处于相对隆起状态，沉积盖层较薄。区域构造向东翘升，向西倾伏，呈阶 图l 一4 鄂尔多斯盆地马家滩一吴堡地震大剖面( 据何自新，2 0 0 3 ) 3 一白垩系底反射：6 一侏罗系延安组底界反射；7 一上三叠系延长组底反射；8 - 三叠系底界反射 9 二叠系底界反射：1 2 一寒武系底界反射；g 一中上元古界底界反射 图1 5 鄂尔多斯盆地马家滩一吴堡地震解释大剖面( 据王同和，2 0 0 0 ) 梯状跌落，地层倾角5 。一1 0 。挠褶带 由北向南可分为四个二级构造区( 图1 6 ) ：保德一兴县背斜区，临县一柳林背 斜区，石楼一永和背斜区和蒲县一吉县背 斜区。临县一柳林背斜区南北长7 0 k m ， 东西宽5 0 k m 。地面露头为三叠系，背斜 规模较小，两翼对称，轴向北北东，倾角 5 。左右，背斜长轴6 8 k m ，短轴1 2 k m 。 2 所属碱性岩带 在我国乃至全球范围内富碱侵入岩 ( 包括碱性岩和碱性花岗岩) 都呈线性分 布，明显受断裂控制。一种为大陆边缘活 动带断裂，一种为板内深谷或深大断裂 ( 周玲棣，1 9 9 4 ) 。 中国北方碱性和偏碱性侵入岩空间 分布具有分带性( 阎国翰，1 9 8 9 ) ，可划 分为五个带( 图1 - - 7 ) ：其一为n e e 向 的燕辽带，n n e 的三个带自东向西分别为沿郯 图1 6 盆地晋西挠褶带构造圈 ( 据李克勤，1 9 9 2 ) 庐断裂分布的郯一庐岩带，太行 山东麓带和与汾河裂堑基本一致的汾河带；n w 向的为秦岭一大别山北麓带。紫 金山碱性岩即位于汾河带上，其南有塔儿山一二峰山碱性、偏碱性杂岩群，南东 东方向有狐偃山碱性、偏碱性杂岩群。此带中亦有金伯利岩出露。 图l 一7 中国北方东部地区碱性岩带分布图( 据阎国翰，1 9 8 9 ) 二紫金山地区构造 紫金山岩体位于一个由东向西倾伏的巨大单斜构造内( 临县一柳林背斜区) ， 此单斜构造发育一系列开阔平缓的北北东向、近东西向次级褶皱( 图1 6 ) 。本 区构造以幅度低，影响范围小为特点；断裂不发育。岩体附近的主要构造如下： 清凉寺长轴背斜：位于临县青凉寺乡西，长约9 k m ，宽4 k m ，轴向n n e ，出 露地层为中三叠统铜川组和二马营组。背斜东翼倾角3 4 。，西翼倾角2 4 。 蔡家会穹隆：位于兴县蔡家会乡东，长约4 k m ，宽2 k m ，轴向n n e ，出露地 层为中三叠系统铜川组。背斜东翼倾角小于8 。，西翼倾角小于3 。 贺家会背斜：位于兴县贺家会乡东，长约4 k m ，轴向n n e 。背斜东翼倾角小 于5 。，西翼倾角小于6 。 赵家坪穹隆：位于兴县赵家坪乡，直径约4 5 k m ，出露地层为中三叠统铜川 组和二马营组。背斜东翼倾角2 3 。，西翼倾角2 5 。 姚家会短轴背斜：位于兴县姚家会乡，长8 5 k m ，宽4 k m ，轴向s n ，出露地 层为中三叠统铜川组和二马营组。背斜东翼倾角小于3 5 6 。，西翼倾角1 3 。 第二章岩体地质和岩石学特征 第一节岩体地质特征 紫金山岩体是多阶段、多期次、不同岩性的碱性杂岩体( 图2 1 ) 。岩体呈 岩筒、岩床状产出，具有两个岩浆岩类，即：正长岩一粗面岩类和霞石正长岩一 响岩类。其中，正长岩类见二长岩、霓辉正长岩；粗面岩类见粗面斑岩：霞石正 长岩类见黑云母黑榴霞石正长岩、( 黑榴石) 霓霞正长岩和暗霞正长岩；响岩类 见假白榴石响岩。另外还有响岩质火山角砾岩和租面质火山角砾岩。 图2 - 1 紫金山岩体相带划分图( 据吴利仁，1 9 6 6 修编) 1 一第四系：2 一二马营组砂页岩：3 一粗面斑岩及耗i 面质火山角砾岩；4 一假白榴石响岩及响岩质火山角 砾岩；5 一黑榴石霓霞正氏岩：6 一霓霞正长岩：7 一黑云母黑榴霞石正长岩：8 一暗霞正眭岩：9 一霓霞 钛辉岩：1 0 一霓辉正长岩：1 1 一二长岩：1 2 一流线，产状 结合野外考察和前人研究成果，将岩体划分为六个相带( 图2 1 ) 。平面上 以水磨川一流水岔连线的中点为中心，由外向内分为六层，显示了由早到晚多期 侵入、喷发的特点。在其侵入过程中，其侵入中心逐渐向南迁移，各岩带呈“半 环状”分布。 1 4 最外层：暗灰、灰白、浅红色二长岩。矿物成分为石英( 3 ) 、正长石( 3 5 ) 、 斜长石( 4 0 ) 、黑云母和辉石( 2 0 ) 以及少量磁铁矿；二长结构发育。主要 为块状构造，局部由于柱状、板状矿物的定向排列而显示出流状构造。与沉积围 岩呈侵入接触。分布面积约1 3 k m 2 ，约占岩体出露面积的2 3 。 次外层：为暗灰、深灰绿色霓辉正长岩( 图版i 一1 ) 。由环带霓辉石( 2 3 ) 、 正长石( 6 0 ) 、棕闪石( 1 0 ) 及少量方钠石组成；以半自形粒状结构为主( 图 版i 一2 ) ，似斑状结构次之。多呈块状构造，局部由于暗色矿物的定向排列而形 成流状构造。与最外层的二长岩呈侵入接触，呈半环状分布于二长岩环带的内侧， 面积约2 k m 2 。在二长岩的内接触面上，有长石高岭土化、碱性辉石绿泥石化等轻 微蚀变现象。 外层：为灰黑色暗霞正长岩。其矿物组成为正长石( 4 1 ) 、霞石( 2 2 6 ) 、 铁黑云母( 2 9 ) 和磁铁矿、榍石、磷灰石副矿物( 1 6 ) ：半自形粒状结构， 块状构造。分布于霓辉正长岩的内侧，出露面积约l k m 2 。 中间层：主要由浅灰一灰黑色霞石正长岩类组成，包括黑云母黑榴霞石正长 岩、霓霞正长岩和黑榴石霓霞正长岩，面积约l k m 2 。致密块状构造，风化后，长 石类矿物呈球状脱落，显麻点状。亦呈半环状位于暗霞正长岩的内边缘，与外层 呈侵入接触，在岩体露头的西南缘可见其与围岩直接呈侵入接触。霓霞正长岩矿 物组成为正长石( 6 5 o ) 、霞石( 2 0 o ) 、霓辉石( 8 0 ) 、黑云母( 2 5 ) 和副矿物( 1 5 ) ；具半自形粒状结构。 内层：为暗灰、灰褐色响岩和