（构造地质学专业论文）宁南盆地群第三系磁学特征及地质构造意义.pdf

摘要 宁南盆地群主体位于宁夏南部，现今不具盆地形态，为经过后期改造残留的沉积体。 展布范围泛指银川盆地之南第三纪地层集中广泛出露和分布地区，其主要为大面积红色 地层，且分布零星，无固定规律。其地理和大地构造位置重要，东接中生代鄂尔多斯盆 地西南缘，与鄂尔多斯地块周缘诸新生代断陷盆地遥相呼应，西接青藏高原东北犄角部 位，是青藏高原隆升最直接的响应。故其发生演化和消亡历程的研究，对鄂尔多斯盆地 新生代改造及其区域动力学环境及演变，中生代原盆地恢复，该地区进一步油气勘探， 及青藏高原隆升的环境效应，具有重要的、不可替代的意义。 前人对宁南地区新生界做了许多探索性的研究，但研究时代比较局限，研究内容相 对简单，对于该盆地的形成演化和后期改造，特别是新生代盆地形成的区域动力学环境 和构造属性涉及较少，尚有一系列关键问题有待进一步研究解决。 因此对盆地三条典型剖面进行了实测，并结合8 0 天的野外踏勘探明了盆地现今第 三系分布状况和地层特征、前第三系分布特征及与第三系接触关系规律，并绘制成图。 同时本论文利用古地磁方法，间隔o 3 0 5 m 采样，并通过系统热退磁建立磁性序 列得出盆地新生代第一套沉积寺口子组记录了1 5 个正极性和1 4 个反极性，沉积年龄为 4 7 9 0 6 m a 一2 9 4 0 1 m a 。另外分析了鄂尔多斯盆地及周缘构造单元上多个裂变径迹和周缘 盆地孢粉的研究成果并配以实测剖面来探讨新生代宁南盆地群的构造和演化，结合鄂尔 多斯周缘其他新生代断陷盆地的发生时间，地层特征及构造属性和特征来探讨整个鄂尔 多斯及周缘盆地的演化和响应关系。结合鄂尔多斯盆地周缘山脉的抬升及盆地东西反转 时间初步认为鄂尔多斯盆地与周缘新生代断陷盆地有着很好的响应关系，鄂尔多斯周缘 新生代的断陷盆地断陷具有同时性，以河套盆地和渭河盆地于古新世局部断裂为最先， 随后始新世整个盆地周缘开始大面积发育。 关键词：新生代宁南盆地群第三系磁性地层学鄂尔多斯周缘青藏高原 s t u d yo n 】v i a g n e t o s t r a t i g r a p h ya n d t i e c t o n i c s o fn i n g n a nb a s i ng r o u p a b s t r a c t 1 kn i i l g i 姗b 嬲i n 觚u p ，嫩吣删缸龇u t ho fn i n g ) 【i a 即v i 蛾，i s 龇 s c d i i i 硷n ta 赶e rt h el a 土er e 南r m a t i o nw i t h o u tb a s 证g h a p e t h es p 佗a ds c o p eg a 圮m l l y 陀f i c 瑙t o t h et e r t 缸町瓯m t at h a ta r e 础憋s i v e i y 硼c 0 v 鄂e d 锄dd i s t r i b u t e dt 0t l l e 谢lo ft h ey i i lc h 腿n b a s i n m o 瓯o ft l l es r a t ai sf e d ，蹦删羽订r u l e l e 黟i th 鹪i m p o r t a ms i g i l i f c a l 躜硒ri t s 印伐i a ls t a t u so fg 黟a p 姆a l l dt 嘲o n i c s t h e 他s i d i l a lb a s i na d t 玲糟st ot h e l i t h 、e s to f t b e l 如s o z o i cl 脚o sb 皓逾t ot b ee a s ta n dt h en o r t h e 跚；t 锄h o mo ft h et i b e tp l a l e a ut ot h ew e s t 谢疵hc 0 唧n d 、梳ht h cc o z o i c 觚l t e db 弱i n si nt h e i g h b o r i n ga 瑚o ft h eo 柑o sb 够i n 丘d ma 磊呜a n di st h cm o s ti m n l e d i a t e 她s p o n t 0t l l eu p l i f to f t i b e t ；瞰p 址髓仉 l e i _ ，t h e s t u d yo nt h e 向m l a 主i o n e v o l u t i o na l ，dd i 蹲p p c 越o ft h en i i l j 富n 锄b a s i n 印i sc n l c i a la n d i r r e p l a c 锐l b l et 0t h ec e n o z o kr e 南r m a l i o na n dt h e 托g i 0 强lg c o d ) ，n 锄i ce n 、斑o m i 埭mo ft h e o r d o sb 锻i i l ，t h er e c o v e 巧o fo g i n a ll v k s o z o 论b 鹪i n t h eo n - g 裙e ，驴1 0 r a t i o ni nt h i sa 托如柚d t h cu p h f lo f t i b c t 蛆p 玩伽 m a n yp r 仪l e c e s 髂m a 玉c e ) 币1 0 翔幻d r 他s r c ho nt h e ( 枷z o i ci l ln i i l g m na 糟如b i l tt t 蛉 a g et h e 奸s t u d i i e di sl i m i t e 也始w o d 【i se x p l o 栩t o d ，锄dv e r ys i m p l e 掇阳l yc 0 烈潮1 1 i n g 旬r m a t i o n e 、，0 l m i o na n dl a t er e 南r m a t i o no ft l l ek 峪i n e s p e c i a l l yt h e 托g i o l i a lg 由，n a m i c 豇l v i r o m n e i l ta n dt e c t o n i c 砌b u t eo f 恤c e n o z o i cb 嬲i 几t l 域陀a 陀as e r i e so fp m b l e m s s l 的u l db er e l v e d ，s t m n 帅u g l ll l i j g l l - 陀l m 沁nt 呶a b o l 吐t h r t ) ，p i c a ls e c t i 0 璐a n d 8 0 d a y s 矗e l d r e c o i m i s s a i 蝣e ，t h ec l 瑚呛嫩d j s t 触i o n 龇l dt 锄i cd 蛾嗡c t e 娼o ft i 硷t 钒i a r ya n dn e o z o i c a n dt h ec o n t a 反他h t 幻nb e ! t 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据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：j 4 7 坞 2 砷脾6 月弓日 聪 签 洲 麟 墉 焖教 导瞄瞒pr 前言 一、区域概况 研究区地跨陕甘宁三省区，重点在六盘山及其以北和贺兰山以南的宁夏回族自治区 南部，故称其为宁南盆地群。其范围包括了前人所提到的卫宁盆地、固原盆地和六盘山 盆地及周邻第三系露头区，全区面积约6 6 0 0 0j 皿2 ( 图o _ 1 ) 。 研究区地处黄河中、上游地区，区内人口约1 1 0 4 ，其中近l 3 为回族等少数民族， 是我国回族聚居地之一。本区自古受益“黄河灌溉 之利，自然条件得天独厚，素有“塞 上江南弦之美称，物产资源丰富。 整个盆地群地跨黄土高原和内蒙古高原，海拔1 0 0 0 l i l 以上，现今地势南高北底。有 山地( 约占总面积的1 6 4 ) 、高原( 丘陵、台地约占总面积的4 7 7 ) 、平原( 或盆 地，约占总面积的2 9 8 ) 和沙地( 约占总面积的6 1 ) 。 挺拔于西北边邻的贺兰山走向北北东，绵亘延伸逾2 0 0 k m ，主峰海拔3 5 5 6 m ，也是 全区最高峰。是遏制西北寒风侵袭银川平原、阻挡腾格里沙漠东移的天然屏障。耸峙西 南部的六盘山，走向大致北北西向，往南延入甘肃境内，一般海拔2 0 0 0 m ，其主峰米缸 山海拔2 9 4 2 m ，为陕北黄土高原和陇西黄土高原之界山及渭河和泾河的分水岭。境内西 南的南华山与西华山略成北西一南东向遥相对应，主峰海拔分别为2 9 5 5 m 和2 7 0 3 m 。高 耸在黄河之南的香山、牛首山，基岩裸露，山势峥嵘。香山主峰海拔2 3 5 6 8 m 。 研究区内的主要河流有黄河及其支流清水河、苦水河、红柳沟、葫芦河、泾河、 茹河等。黄河是本区最大的河流，自中卫市南长滩入境，呈东西向穿过卫宁盆地，至鸣 沙变为近南北向，切青铜峡入银川盆地。 研究区地处内陆，冬季正当西北高寒气流南下之要冲，夏季处于东南暖湿气流的 末稍，形成明显的大陆性气候。其基本特征是：辐射强、日照长、温差大；南凉北暖、 南湿北干；冬寒长夏热短春暖快、秋凉早。 二、选题依据 宁南盆地群现今在地貌上不具盆地形态，为经过后期改造残留的沉积体。展布范围 泛指银川盆地之南第三纪红色地层广泛出露和集中分布地区，其中南部包括六盘山盆地 的第三系分布区。 宁南盆地群东接中生代鄂尔多斯盆地西南缘，与鄂尔多斯地块周缘诸新生代断陷盆 地遥相呼应；西跨青藏高原东北犄角部位，受青藏高原隆升和向外扩展的影响明显。故 对其发生、演化和消亡历程的研究，对鄂尔多斯盆地新生代改造及其区域动力学环境及 演变，中生代原盆地恢复，该地区进一步油气勘探，及青藏高原隆升的地质效应等，具 有重要甚或不可替代的意义。 前人对宁南地区新生界做了许多探索性的研究，并取得了不少宝贵成果。但研究时 代比较局限，研究内容集中在钻井、构造变形方式、断裂走滑速率及地层古生物、地貌 演化等方面，对于该盆地的形成演化和后期改造，特别是盆地的后期改造、古近纪形成 的区域动力学环境和构造属性涉及较少，尚有系列关键问题有待进一步研究解决。例 如该盆地群第三纪红色地层确切时代的厘定缺乏有效的研究手段，该套地层的沉积是什 么构造背景下发生? 其原始地质面貌如何? 是否为对青藏高原隆升的沉积响应? 该盆 地群的构造演化过程和形成环境与鄂尔多斯地块周缘诸新生代断陷盆地有何关系和异 同，是否为统一区域地球动力学环境的产物? 很少有人问津，与之相关的研究认识差别 较大。以往有关这些问题及其研究由于主要围绕“高原隆升一环境效应 展开探讨，或 图沪1研究区位置和区域周邻盆地分布图( 据刘池洋2 0 0 5 ) 是仅局限于沉积地层某一方面进行研究，因而难以全面揭示宁南盆地及鄂尔多斯周边盆 地的演化过程，并直接影响了与此相关的油气地质问题的探讨和解决。因为油气为流体 2 矿产，极易随所处环境的变化而发生流动，改变其分布状态和位置( 刘池洋，2 0 0 1 ) ，所 以探讨其构造变动有着重要的意义。宁南盆地和鄂尔多斯盆地及其周缘新生代的构造演 化将直接影响其油气的聚散和定位，若对这些影响认识不足，势必会影响油气动态成藏 一定位研究的深化以及油气资源评价和勘探决策的准确性。 鉴于上述情况和研究现状，本论文的研究将主要利用古地磁定年、裂变径迹及孢粉 等方法并配以实测剖面来围绕新生代宁南盆地的形成环境和构造演化展开，主要突出三 个方面：( 1 ) 宁南盆地固原寺口子剖面磁性地层剖面的建立，以精确厘定新生代地层的 沉积年代；( 2 ) 以实测典型剖面为基础，结合其他相关资料，综合研究宁南盆地与鄂尔 多斯盆地周邻新生代盆地的关系；( 3 ) 探讨宁南盆地消亡与鄂尔多斯盆地改造及反转的 演化关系和区域动力学环境。 三、研究现状 鄂尔多斯盆地及其之西邻区，除银川盆地外，新生代地层虽分布较广，但各地出露 地层不全。表现为平面上分布不连续，纵向上地层时代不全，大部分以组为单位出露， 缺乏多组段的连续出露剖面。这种地层展布表明，本区在第三系沉积时构造环境多变， 沉积后发生了较为强烈的改造。该区新生代地层几乎全为红色陆相沉积建造，各类化石 稀少，除部分地层含膏盐外，缺乏其他可利用的较重要的矿产资源。因而，该区新生代 地层总体研究程度低，地层时代和区域对比存在问题较多。 对本区新生代第一套沉积层寺口子组研究历史较长。在2 0 世纪初，谢家荣( 1 9 2 1 ) 在固原寺口子红层所夹的灰岩中采获腹足类化石，经安特生鉴定认为其与山西垣曲始新 世地层中的用a 仃d r 6 曲印相同。故将该地区红层的时代定为始新世并得到较长时期的 应用。1 9 7 9 年华北地区区域地层表，山西分册将垣曲群的时代重新厘定为渐新世， 并将垣曲盆地含腹足类的一套红层划归渐新统白水村组。宁夏区测队( 1 9 6 4 ) 在1 ：2 0 万固原幅区调时的寺口子组，和宁夏地质局地研所( 1 9 8 0 ) 所指的寺口子组，后经证实只 相当于安特生和袁复礼( 1 9 2 3 ) 在固原寺口子所测剖面中产腹足类化石之下的( b ) 层 位，其本身并不含化石。此后在该套地层的研究中一直未找到古生物化石，也无其他的 年龄佐证。孙素英( 1 9 8 2 ) 根据在该套地层上覆清水营组底部所获得的孢粉组合认为， 清水营组的时代属于始新世一渐新世。据此推断寺口子组沉积年代为始新世。 近年对研究区新生代地层有多家开展了磁性地层学方面的研究。申旭辉等( 2 0 0 1 ) 对现六盘山北部贺家口子新生代剖面进行了磁性地层研究，认为清水营组的底界年龄为 3 3 5 8 m a 。程或( 2 0 0 5 ) 通过对六盘山山前盆地新生代泾源和风凰蛋剖面磁性地层研究， 得出六盘山两侧新生代寺口子组沉积年龄为洪积扇相3 2 4 7 3 1 6 3 m a ，河流相 3 1 6 3 3 0 2 1 m a ；清水营组，3 0 2 9 卜2 3 3 5 3 m a ；甘肃群，2 3 3 5 3 m a 一 3 8 0 m 。 8 5 、土黄色粘质砂土，o 7 m 。 8 4 、灰色砂砾岩，3 2 2 m 。 鬻 ，。 ； 鹉 。：掌 图2 3 中宁红柳干河沟实测削面图 ，黔翻姗 群二 ：_ 专哦 。b 照片2 18 砂砾岩与砂岩互层 等蓑慧篡慧3 嚣色石英砂岩互层，发育平行层理( 照片2 1 8 ) 。 8 2 、灰色砂砾岩和灰白、橙黄色石英砂岩互层，芨冉半1 层牲刚。厶w 巾 4 0 1 m 。 8 1 、灰白色石英砂岩夹灰色砂砾岩，2 3 5 m 。 8 0 、土红色砂质粘土，1 5 4 m 。 鳞 照片2 1 9 土黄、土红色砂质轱土 照片2 2 0 大型交错层理 7 9 、 7 8 、 7 7 、 灰色砂砾岩和灰白色石英砂岩互层，夹土红色粉砂质砂土，2 2 8 m 。 土黄、土红色砂质粘土( 照片2 1 9 ) ，1 2 2 m 。 灰色砾岩夹灰白色石英砂岩，9 4 m 。 7 6 、土红色钙质粘土，1 7 2 m 。 7 5 、灰白色、土红色石英砂岩，含大型交错层理 2 7 ( 照片2 2 0 ) ，3 5 5 m 。 孽 7 篓 一 一 霹 7 4 、土红色粘质砂土，2 3 7 m 。 7 3 、灰白色含砾石英砂岩，1 8 4 m 。 7 2 、土红色粘质砂土，1 7 4 m 。 7 1 、灰色砂砾岩，3 6 6 m 。 7 0 、土红色粘质砂土，3 8 2 m 。 6 9 、灰色砂砾岩2 6 5 m ，顶部有2 m 厚石英砂岩。 6 8 、土红色粘质砂土，1 1 0 m 。 6 7 、灰白色石英砂岩，7 7 1 m 。 6 6 、浅土红色粘质砂土，1 4 1 m 。 6 5 、灰白色含砾石英砂岩，2 0 3 m 。 6 4 、浅土红色粘质砂土夹砂岩，1 0 4 m 。 6 3 、灰色砂砾岩，6 0 m 。 6 2 、灰白色含砾石英砂岩，6 7 m 。 6 1 、灰白色砂砾岩夹灰白色石英砂岩，3 7 m 。 6 0 、土红色钙质粘土，4 2 0 m 。 5 9 、灰白色石英砂岩( 照片2 2 1 ) ，9 0 m 。 - 笺，一 ，： - 、， 电一 一 ，一_ ：一 攀。：渤融鼍愿 一黯 。_ 参二摹餐荔巍嘲 厂1 10 照片2 2 1 灰白色石英砂岩照片2 2 2 砾岩和交错层理 5 8 、土红色砂质粘土，6 o m 。 5 7 、灰色砂砾岩，6 0 m 。 5 6 、灰白色石英砂岩，2 9 m 。 5 5 、灰色砂砾岩，8 8 m 。 5 4 、土黄色砂岩，1 0 m 。 5 3 、土红色粘质砂土，1 4 o m 。 5 2 、灰色砂砾岩，6 6 m 。 5 1 、灰白色石英砂岩，1 3 1 m 。 5 0 、灰色砂砾岩夹薄层砂岩、石英砂岩，交错层理( 照片2 2 2 ) 发育，3 0 9 m 。 4 9 、浅土红色粘质砂土，3 0 m 。 4 8 、灰白色石英砂岩夹灰色砂砾岩，2 7 3 m 。 4 7 、土红色钙质粘土，1 0 8 m 。 4 6 、灰色砂砾岩夹灰白色石英砂岩和土红色粘质砂土，5 2 0 m 。 4 5 、深土红色钙质粘土，1 4 3 m 。 4 4 、土红色粘质砂土夹灰白色石英砂岩，1 4 3 m 。 4 3 、灰色砂砾岩，底部夹灰白色石英砂岩，中部夹灰绿色薄层泥灰岩。3 1 6 m 。 一一红柳沟组厚7 0 2 5 m ：平行不整合接触一一 4 2 、深土红色钙质粘土，1 3 8 m 。 4 1 、灰白、橙黄色含铁质中粒石英砂岩夹少量灰色砾岩，1 2 1 m 。 4 0 、土红色砂质粘土，1 2 1 m 。 3 9 、土黄一灰白色含泥质中细粒石英砂岩，2 4 3 m 。 3 8 、土红色砂质泥岩夹少量灰白色中粒石英砂岩，4 1 9 m 。 3 7 、灰、灰绿色粗粒石英砂岩夹砾岩透镜体，2 3 3 m 。 3 6 、土红色粘土，含少量石膏晶屑( 照片2 2 3 、照片2 2 4 ) ，5 1 m 。 。 照片2 2 3 含石膏层红色牯土照片2 2 4 含少量石膏昌屑土色粘土 3 5 、黄、灰白色含钙质不等粒长石石英砂岩夹砂砾岩透镜体，2 0 0 m 。 3 4 、土红色砂质粘土夹灰白色细粒石英砂岩，2 3 1 m 。 3 3 、灰、灰黄色细粒石英砂岩夹细粒钙质砾岩透镜体和土红色薄层砂质粘土，7 3 m 。 3 2 、土红色砂质粘土，7 1 m 。 3 1 、灰黄、灰白色中粒长石石英砂岩夹砾岩透镜体，1 6 3 m 。 3 0