（古生物学与地层学专业论文）离石断裂中生代活动特征及其对鄂尔多斯盆地的控制作用.pdf

山东科技大学硕士学位论文摘要 摘要 鄂尔多斯盆地为油、气、煤、铀等沉积能源矿产赋存的大型能源盆地，在我国能源 结构中占有十分重要的地位。鄂尔多斯盆地的天然气、石油、煤炭、铀形成于不同的地 质层位，但促使它们相互作用、相互共存的时代应该是中生代以来。因此，研究中新生 代盆地的形成演化，对客观认识多种能源矿产共存富集规律至关重要。赵重远、汤锡元、 杨俊杰、张抗等先后对鄂尔多斯盆地及其周缘构造的研究已经成为该盆地构造研究的典 型成果，并广泛应用于能源矿产的勘探。但是大多数人的研究都集中在西部和南部，很 少有对东部的构造研究。利用构造断裂对盆地控制作用的研究则更少。 本文结合物探资料利用l a n d s a t 卫星拍摄的e t m + 影像解译离石断裂的空间展布特 征，根据断层走向、构造特征、沉积响应、地表地貌等特征分析，把离石断裂分为五段。 针对离石断裂两侧不同地区剖面中生代地层的对比，利用地层厚度对比法、沉积环境和 沉积相分析法等盆地分析方法研究鄂尔多斯盆地东缘离石断裂带在中生代各个时期的沉 积环境格局以及活动特征，进而推测离石断裂对盆地的控制作用。总的来看，早、中三 叠世盆地主要受控于华北板块与扬子板块之间古特提斯洋分支一秦岭印支期洋盆的形成 与闭合影响，离石断裂没有对沉积产生影响。晚三叠世和早、中侏罗世滨太平洋构造域 的活动对盆地的作用日益明显，但离石断裂带的活动和对盆地沉积的控制作用仍然不十 分明显。从地层和岩浆岩活动的痕迹上可以看出，晚侏罗纪应该是离石断裂活动最为剧 烈的时期。 关键词：离石断裂中生代地层对比与分析沉积环境格局控制作用 山东科技大学硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t o r d o sb a s inisal a r g ee n e r g ys o u r c eb a s i n ，w h ic hs t o r e se n e r g ys o u r c e ss u c h a so i1 ，n a t u r a lg a s ，c o a l ，u r a n i u ma n ds oo n i tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nc h i n e s e e n e r g ys o u r c es t r u c t u r e t h e s ee n e r g ys o u r c e sw e r es t o r e di nd i f f e r e n tg e o l o g i c a l h o r i z o n b u tt h ee r ai m p e l l i n gt h e i ri n t e r a c t i o na n dc o e x i s t i n ge a c ho t h e rs h o u l d b em e s o z o i ce r a s o ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt ok n o wo b j e c t i v e l yt h er e g u l a r i t yo f c o e x i s t e n c ea n de n r i c h m e n to f m u t i e r n e r g ym i n e r a l ，w h i c hf o r m a t i o na n d e v o h t i o no fo r d o sb a s i ni nm e s o c e n o z o i ce r ai ss t u d i e d o r d o sb a s i na n dt h e p e r i p h e r ys t r u c t u r ew e r ea l r e a d ys t u d i e ds u c c e s s i v e l yb yz h a oc h o n g y u a n ，t a n g x i y u a n ，y a n gj u n j i e ，z h a n g k a n ga n ds oo n ，a n dt h e i rr e s e a r c ha c h i e v e m e n ta l r e a d y b e c a m et y p ic a la n dw e r ea p p lie dt ot h ee x p lo r a tio no ft h e e n e r g ym in e r a l e x t e n s i v e l y b u tm o s tp e o p l e sr e s e a r c hf o c u s e si nt h ew e s ta n dt h es o u t h ，s e l d o m r e s e a r c h e dt os t r u c t u r eo ft h ee a s t t h er e s e a r c ht h a tt e c t o n i c sf a u l tc o n t r o l s t h eb a s i nw a sl e s s t h i st e x tc o m b i n e sg e o p h y s i c a ls u r v e yd a t aa n dd e c i p h e r ss p a c ef e a t u r eo f l i s h i f a u l tt h r o u g he t m + i m a g e st h a tw e r ep a n n e db yl a n d s a t l i s h if a u l tis d i v i d e din t of i v es e c t i o n sa c c o r d i n gt o a n a l y z i n gf a u l ts t r i k e ，s t r u c t u r a l f e a t u r e ，s e d i m e n t a r yr e s p o n s e ，p h y s i o g n o m yr e l i e fe t c 1 oc o n t r a s tm e s o z o i c s t r a t u mo fs o m es e c t i o n so fd i f f e r e n ta r e a so fb o t hs i d e so fl i s h if a u l t ，t h e t e x tr e s e a r c h e st h ef r a m eo f s e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n to fv a r i a n ts t a g e so f m e s o z o i ca n dt h ea c t iv i t yc h a r a c t e r i s t i c ，u t i l i z i n gc o r r e l a t i o nm e t h o do f t h i c k n e s so fs t r a t u ma n da n a l y s i so fs e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n ta n ds e d i m e n t a r y f a c i e s ，a n dd e d u c e st h ec o n t r 0 1a c t i o no fl is h if a u l t a jli na l1 o r d o sb a s i n w a sc o n t r o l l e dm a i n l yb yt h ef o r m a t i o na n dc l o s u r eo fo l dt e t h y sb r a n c h q i n l i n g i n d o c h i n e s ee p o c ho c e a nb a s i nw h i c hi sl o c a t e db e t w e e nh u a b e ip l a t ea n dy a n g z i p l a t ei ne a r l y m i d d l et r i a s s i c ，l i s h if a u l th a sn oi n f l u e n c eo nb a s ind e p o s i t t h ea c t iv i t yo fp a c i f i co c e a nt e c t o n i c sr a n g eh a si n f l u e n c eo nt h eb a s i nm o r e a n dm o r eo b v i o u s l y ，b u tl i s h i f a u l ta c t i v i t ya n dc o n t r o la c t i o nt oo r d o sb a s i n 山东科技大学硕士学位论文摘要 i ss t i l ln o to b v i o u si n1 a t et r i a s s i ca n de a r l y - m i d d l ej u r a s s i c i t sa c t i v i t y s h o u t db em o s ts e v e r ei nl a t ej u r a s s i cf r o mt h ep o i n to fv i e wo ff o r m a t i o na n d m a g m a t l t e k e y w o r d s ：l i s h if a u l t ，m e s o z o i ce r a ，s t r a t i g r a p h i cc o r r e t a t i o na n da n a l y s i s f r a m eo fs e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t ，c o n t r o la c t i o n 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名：嚏研乏出。 日期：磷_ i ；目，口同 a f f i r m a t i o n id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ea w a r do fm a s t e ro fs c i e n c ei n s h a n d o n gu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e t h e d o c u m e n th a s n o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na t a n yo t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e s i g a t - r e ：j ? “觯 d a t e ：弘吁多o 山东科技大学硕士学位论文 1 前言 1 1 研究意义及内容 鄂尔多斯盆地为油、气、煤、铀等沉积能源矿产赋存的大型能源盆地，鄂尔多斯盆 地位于中国大陆中部，是我国陆上第二大沉积盆地和晕要的能源基地，具有丰富的石油、 天然气和煤炭资源，在我国能源结构中占有十分重要的地位。其油气分布格局具有中生 界含油、古生界含气、浅部含油、深部含气，南部富( 产) 油、中北部富( 产) 气的特点。 其丰富的石油和天然气资源是我国石油天然气工业“稳定东部、发展西部”战略以及实 施“西气东输”跨世纪工程的重要依据和保障之一。 经半个世纪以来，石油工业部门、煤炭工业部门和核工业部门耗费巨资所进行的油 气地质、煤田地质、铀矿地质勘探，在油气成烃、成藏、煤炭聚集规律和铀矿富集规律 诸多方面取得了丰硕成果。客观的讲，目前对鄂尔多斯盆地油气、煤和砂岩型铀矿各自 富集规律的研究与认识都己达到了一定的深度和广度。但就该盆地多种能源矿产共存成 矿富集规律研究方面，仍然存在这样几个关键科学问题： 1 、盆地演化、圈层相互作用对多种能源矿产富集的制约因素及其成矿效应； 2 、地质历史时期圈层相互作用背景下内外动力地质作用过程及其耦合关系和对成矿作用 的贡献。 3 、多种能源矿产共存、富集的环境条件及其统一的地球动力学背景。 鄂尔多斯盆地的天然气、石油、煤炭、铀形成于不同的地质层位，但促使它们相互 作用、相互共存的时代应该是中生代以来。因此，研究中新生代盆地的形成演化，对客 观认识多种能源矿产共存富集规律至关重要。要研究这些问题，延伸数十至数百公里甚 至上干公里，发育的深度可达地壳底部甚至延续至上地幔的深大断裂带的研究就十分重 要了。而离石断裂就是鄂尔多斯盆地东界，是控制盆地形成和演化的重大断裂之一。研 究离石断裂带对盆地的控制作用，特别是中生代离石断裂带对盆地的控制作用，对矿产 勘探以及研究多种能源富集规律等都有着重要意义。 赵重远、汤锡元、杨俊杰、张抗等先后对鄂尔多斯盆地及其周缘构造的研究已经成 为浚盆地构造研究的典型成果，并广泛应用于能源矿产的勘探。但是大多数人的研究都 集中在西部和南部，很少有对东部的构造研究。离石断裂带位于鄂尔多斯盆地与山西隆 1 山东科技大学硕士学位论文前言 起之间，是鄂尔多斯盆地的东界。鉴于此，作者结合导师承担的9 7 3 子课题“中新生代 盆地形成演化的深部地球动力学背景”选择了“离石断裂中生代活动特征及对鄂尔多斯 盆地的控制作用。”作为本论文的研究内容。 1 2 研究思路及方法 整体、动态和综合分析是含油气盆地研究的三项总原则，也就是本文的指导思想。 在构造事件发生时，最常见的岩石记录是同构造期的沉积岩、岩浆岩和同构造期的各类 变质岩，包括同构造期的矿化蚀变。一般情况下，在构造事件发生时期，构造变形强烈， 常常发生区域性的隆升和遭受剥蚀，因而很难保留沉积纪录。但是，在强烈构造活动区 的周边洼地仍可形成一些特殊的沉积，如磨拉石粗碎屑堆积、大陆斜坡上浊积层( 复理 石) 等。在构造活动相对稳定的时期，则形成大量的各类沉积地层，或者是其他一些标 志性的特殊沉积岩系。利用比较完整的沉积地层资料、沉积岩相和建造系列来判断地壳 的隆升与凹陷以及构造古地理环境的变迁，可以帮助我们了解相对稳定时期的构造活动 特征。沉积地层的厚度及其变化能够概略地反映一个地区在垂直方向上的沉降或隆升及 其速度，这对于我们了解各个地区地壳活动性有很大帮助。 盆地构造和沉积格局受其所处的构造动力体系的影响，构造格局控制着沉积相带和 沉积体系的分布，控制着沉降中心和沉积中心的分布及迁移。因此，通过研究沉积相带 的分布以及沉降中心和沉积中心的分布，可以反演构造格局。通过分析构造形迹和构造 格局的特征，又可以反演盆地的构造动力体系。 本文采用从点到面，综合分析的方法，主要是针对离石断裂两侧不同地区剖面中生 代地层的对比，利用地层厚度对比法、沉积环境和沉积相分析法研究鄂尔多斯盆地东缘 离石断裂带区域在中生代各个时期的沉积环境格局以及活动特征，进而推测离石断裂对 盆地的控制作用。 1 3 主要工作量 本文是在广泛收集、研究鄂尔多斯盆地前人研究资料的基础上，通过长时间野外地 质考察和室内图像处理、数据整理、成图的基础上完成的。主要涉及的工作量有： 1 系统收集与阅读了关于鄂尔多斯盆地及邻区的区域地质、地球物理、地球化学及煤田 地质方面的资料。其中阅读鄂尔多斯盆地的专著1 0 余本，硕博论文1 8 篇，文章6 0 篇， 2 山东科技大学硕士学位论文前言 区域地质志5 本，东缘l ：2 0 0 0 0 0 地质图7 幅，l ：2 0 0 万东部构造图册1 本。 2 2 0 0 4 年7 月份在鄂尔多斯东缘进行了野外考察合计1 0 余天，行程数千公里，途径中 阳、离石、柳林、吴堡、l 临县、方山、兴县等多个县市。观察了大量的野外剖面，获得 了重要的感性认识。 3 野外观察，记录点数6 0 个，拍摄照片1 5 0 多张，取岩石样3 0 个。 4 处理图像2 8 幅，作鄂尔多斯盆地东缘解译图1 幅，三维图十余幅。 5 整理图表2 0 余件，改编一张鄂尔多斯盆地东西缘及其内部沉积盖层地层序列对比表。 3 山东科技大学硕士学位论文 鄂尔多斯盆地区域地质概况 2 2 1 自然地理概况 2 区域地质概况 2 1 鄂尔多斯盆地概况 鄂尔多斯盆地是我国大型沉积盆地之一，面积2 5 万平方公里。东以吕梁山，南以金 华山、嵯峨l f 、五峰山、岐山，西以桌子山、牛首山、罗山，北以黄河断裂为界，轮廓 呈矩形。位于东经1 0 6 。2 0 1 1 0 。3 07 ，北纬3 5 。4 0 。3 0 地区，跨陕、甘、宁、 蒙、晋五省区。 盆地周边分布着一系列的山脉，山脉海拔一般在2 0 0 0 米左右。盆地内部相对较低， 一般海拔8 0 0 1 4 0 0 米。盆地内部大致以长城为界，北部为干旱沙漠、草原区，著名的 有毛乌素沙漠、库布齐沙漠等。南部为半干旱黄土高原区，黄土广布，地形复杂。盆地 外围邻近三大冲积平原，即西边的银川平原、南边的渭河平原和北边的河套平原，地形 平坦，交通便利。( 见图2 1 ) 2 1 2 区域地质背景与概况 鄂尔多斯盆地位于华北地台西部，属华北地台的次一级构造单元。在古生代时为范 围很广的华北内克拉通盆地的一部分，由于中生代时印支、燕山运动造成太行山、吕梁 山的崛起，逐渐把鄂尔多斯盆地分离出来，东部边界被推进到吕梁山以西。独立的鄂尔 多斯盆地形成于晚侏罗世一早白垩世吕梁山隆起以后。盆地的主体部分十分稳定，只是 在边缘部分断裂和褶皱相对发育。因其性质与华北内克拉通盆地并无显著改变，仅盆地 范围有所缩小而被称为残延内克拉通盆地( 赵重远，刘池阳，1 9 9 2 ) 。 鄂尔多斯盆地是克拉通继承性盆地( 胡见义，1 9 9 1 ) ，盆地主体是从上元古界到中侏 罗统的拗陷型结构单元( 张抗，1 9 8 9 ) 。通过近些年地震、重力、深部钻井证明这一大型 盆地没有明显的地幔上隆或下凹现象存在，也几乎不存在中生界的岩浆活动。因此，它 可能是由于挤压作用控制下的岩石圈的应力下凹效应所形成( 孙国凡，1 9 8 5 ) 。地史上自 中条运动使基底固结后，盆地发育及形成前后大致经历了被动陆缘盆地、克拉通继承性 拗陷盆地、内陆拗陷盆地及周缘断陷盆地发育等四个演化阶段。 4 些查型垫查兰堡主兰堡笙兰 翌竺兰堑笙些垦苎些生塑堡 困囡圉圈圉 山脉河流沙漠长城盆地边界 图2 1 鄂尔多斯盆地地貌景观图( 据王双明，1 9 9 6 年，修改) f i g2 1 t o p o g r a p h i cs i g h to f o r d o sb a s i n ( w a n gs h u a n g m i n g 1 9 9 6 ) 5 当查型垫盔兰堡主兰垡堡壅 墅堡查堑垒些堕垫垫垦塑塾 1 早古生代的被动陆缘盆地 早古生代时期，鄂尔多斯盆地北邻阴山古陆，南与北秦岭海槽相连，西与祁连海槽 相邻，区域上构成北高南低、略向东倾伏和北北东向隆拗相问的古构造格局，具有张性 沉降的被动陆缘盆地性质。 2 克拉通继承性拗陷盆地 早古生代末加里东运动后，地台周缘的活动区相继发生褶皱转化为稳定区。但由于 各地区基底和构造性质上存在差异，所以后期沉积也表现出些自身特点。 早石炭世晚期，鄂尔多斯本部随同华北地台一起表现为继承性的克拉通凹陷。至晚 石炭世时海侵范围扩大，鄂尔多斯地区及其周缘广泛地遭受海侵。早一叠世以后，鄂尔 多斯内部与周缘地区的构造差异逐渐消失，趋于一致，最后到中三叠世的内陆河湖相的 沉积结束。 3 内陆拗陷盆地 晚三叠世由于印支运动的影响，华北地台出现了东隆西拗的分化的趋势。秦岭一淮 南以北的陕、甘、宁、晋广阔地区，形成了克拉通内部的拗陷盆地，其拗陷中心在今铜 川一沁县一线( 叶连俊，1 9 8 3 ) ，巨厚的延长统沉积就是在盆地拗陷持续发展和稳定沉降 的阶段中沉积的。 印支旋回的结果是使鄂尔多斯盆地整体抬升，遭受剥蚀，形成了沟谷纵横的丘陵地 貌，发育了早侏罗世大型河流相沉积。 到晚侏罗世一早自垩世，构造活动明显增强。由于燕山运动，盆地两侧阿拉善地块 等向东推挤逆冲，鄂尔多斯盆地再次转化为前陆式挠益盆地，贺兰一六盘再次隆起，在 其东侧形成前缘粗碎屑沉积。由于盆地东缘继续上隆拱起，盆地范围明显缩小，盆内大 部分地区缺失上侏罗统沉积，到早白垩世期，鄂尔多斯盆地全面隆起形成了晋陕高地。 4 周缘断陷盆地发育 新生代喜马拉雅运动，促使鄂尔多斯地块抬升，盆地周缘发生断陷，盆地均衡上升， 而逐渐消失。 鄂尔多斯盆地是一个构造盆地，四周皆以断裂带与周缘构造单元相邻。盆地东部以 离石断裂带与吕梁隆起带相接，北侧和南侧分别以河套地堑南缘断裂和渭河地堑北缘断 裂与两地堑相连，西界则以桌子山东和惠安堡一沙井子断裂带分别与河套弧形构造带东 南翼和六盘山弧形构造带东翼相接。 鄂尔多斯盆地是一个比较完整的构造单元，尽管长期受到加里东期、海西期洋盆发 6 生查登垫查兰堡圭兰篁笙苎 墅堑兰堑笙些堕塑垫堕塑翌 育俯冲闭合形成造山带的影响和印支期后东部滨太平洋构造域和其西南的特提斯一喜马 拉雅构造域的影响，但它仍然是一个稳定沉降、拗陷迁移的多旋回演化的克拉通内盆地。 2 2 鄂尔多斯盆地构造区划 鄂尔多斯盆地现今总体为近南北走向，西翼陡东翼缓的大向斜。据现今构造形态， 结合鄂尔多斯盆地演化史，可将盆地划分为六个一级构造单元：西缘逆冲带、伊盟隆起、 天环拗陷、陕北斜坡、渭北隆起和晋西挠褶带( 见图2 2 ) 。 2 2 1 西缘逆冲构造带 西缘逆冲构造带又称为西缘冲断构造带，系指贺兰山、六盘山以东，天环拗陷以西， 北起桌子山，南达平凉的狭长地区，主体呈南北向展布，南北长6 0 0 k m ，东西宽2 0 5 0 k m 。 加里东期微弱褶皱，燕山期强烈变形。 西缘逆冲构造带主要形成于中生代，在中元古代一早古生代时该区为贺兰拗拉槽和 鄂尔多斯地块西南缘被动大陆边缘，晚古生代时该区为贺兰碰撞谷。在盆地西缘存在两 套厚度很大的山麓相粗砾石沉积( 见图版8 ) ，均呈近南北向带状展布，位于西侧的一套 层位相当于中上三叠统( 以上三叠统为主) ，东侧的一套层位属下白垩统。这两套构造砾 岩的存在表明鄂尔多斯西缘至少曾发生过两次推挤冲断作用。 2 2 2 伊盟隆起 伊盟隆起位于鄂尔多斯盆地北部，西以桌子山断裂为界，北与河套盆地相邻，南与 天环向斜、陕北斜坡和晋西挠褶带相接。该隆起自占生代以来一直处于相对隆起状态， 各时代地层均向隆起方向变薄或尖灭。该隆起顶部是东西走向的乌兰格尔凸起，新生代 河套盆地断陷下沉，把阴山与伊盟隆起分开，形成现今的构造面貌。 2 2 3 天环拗陷 天环拗陷，又称天环向斜，西临西缘逆冲构造带，东接伊陕斜坡，北为伊盟隆起，南 至小秦岭构造带，南北长6 0 0 k m ，东西宽5 0 6 0 k m ，面积约3 3 1 0 4 k m 2 。 天环拗陷一直处于西部活动带和东部稳定地块的过渡地带，古生代时西部为贺兰拗拉 7 生蔓型垫查兰竺主兰壁堡苎! ! 窭兰堑笙些堕璺些堕壁塾 谷，东部为中央古隆起；中生代时西部为西缘逆冲构造带，东部逐渐抬升成为陕北斜坡。 从古生代以来天环拗陷一直是一个相对拗陷区。到早白垩世时，随着西缘逆冲构造带的 持续向东推进，天环拗陷成为其前渊拗陷，构造面貌为一个东翼缓西翼陡，不对称性明 显的向斜，当时盆地的沉积中心和沉降中心重合于此，接受了早白垩世的巨厚沉积，最 终确定了其构造形态。 2 2 4 陕北斜坡 ( 、缮_ 窑揲 吁直j 些么，f i 二笔一曼和浩鼍 磁 一色：f 。 囤例 4 0 。 东胜、准藩慕洞 0 0 i 鄂尔多斯盆地 x 弦曲 1 1 伊盟隆起 1 2 晋西扰褶带 群囊 屿，。 i3 陕北斜坡 1 4 渭北隆起 1 4 1 渭北扰褶带 1 4 ，2 铜川凸起 i5 天环拗陷 ；斌；j 、二 1 6 西部断褶带 i i 山西台隆 ；文；人弋心母市、 i i i 汾渭地堑 1 v 贺兰六盘褶断带 v 河套地堑 银川地堑 怒漠一法，怨? i 。 3 5 。 袋燮劳 0 0 4 墨：必公里 图2 2 鄂尔多斯盆地区域构造单元划分图( 据中国石油地质志，卷1 2 ) f i g2 2 d i v i s i o nm a po f s t r u c t u r eu n i to f o r d o sb a s i n ( c h i n e s ep e t r o l e u md o c u m e n t ，v o l u m e1 2 ) 陕北斜坡又称陕北拗陷、伊陕斜坡，指渭北隆起以北、伊盟隆起以南、天环拗陷以 8 山东科技大学硕上学位论文 鄂尔多斯盆地区域地质概况 东、晋西挠褶带以西的地区，范围约4 9 1 0 k m 2 。 三叠纪之前该区一直为拗陷发育区，不同时期拗陷形态不同，三叠纪时为一巨大的 向东开口的安塞一铜川拗陷。受燕山运动的影响，从中侏罗世到早白垩世，盆地东部逐 渐抬升成为西倾平缓单斜，平均坡降l o m k m ，倾角不到l 。 2 2 5 渭北隆起 渭北隆起南接渭河地堑，北抵长武一宜君黄龙一线，西至陇县岐山一线，东接 晋两挠褶带。东西长约2 8 0 k m ，南北宽约6 0 k m ，范围约1 7 x1 0 4 k m 2 。发育六排走向东 北的挠曲背斜二级构造带。 2 2 6 晋西挠褶带 该带东i 临吕梁隆起，向西过渡为陕北斜坡，北起准格尔旗，南至乡宁，南北长4 5 0 k m ， 东西宽5 0 k m ，范围约2 3 1 0 k 莳。晋西挠褶带北段走向近南北向，南段转为西南走向， 整体上为一西倾单斜，倾角1 5 。2 。，与陕北斜坡不足l 。的倾角相比，它为一挠褶 带。该区地表局部构造发育，地面背斜构造规模小，两翼倾角也较平缓。地表构造可划 分为保德一临县南北向褶皱带、紫金山一佳县褶皱群、柳林东西向断裂背斜带、石楼一 大宁南北向褶皱带及关王庙北东向褶皱带。在晋西挠褶带北部主要为短轴背斜，中部柳 林一吴堡一带为宽缓区域性背斜，而南部则以近南北向的紧闭背斜为主。 9 山东科技大学硕士学位论文 离石断裂带特征 3 离石断裂带特征 3 1 遥感解译 卫星遥感影像直观、综合、宏观的特点，在反映地质构造，特别是线性形迹与环性 形迹的分析上，提供了大量新的地质信息。计算机图像处理技术的应用，使这些地质形 迹得以突出增强。它客观形象地反映了区域构造特征与差异，为分析地质构造开拓了一 个崭新的技术途径。 本研究区所使用l a n d s a t 拍摄的e t m + 影像5 景1 2 6 3 2 、1 2 6 3 3 、1 2 6 3 4 、1 2 6 3 5 、 1 2 63 6 ，由美国g l c f ( t h eg l o b a ll a n dc o v e rf a c i l i t y , ) 提供，采用图像处理软件e i v v l 4 0 。 3 1 1 图像处理 地质构造行迹主要表现为线性和环形的特征。它们在遥感图像卜多以特定的色调、 形态、图形结构、水系展布、地貌组合等线性、环形影像特征得以显示。与其它地物遥 感影像特征分析一样，在进行地质构造的解译和分析之前也必须对遥感图像做针对性的 处理，以便于高质量影像的获取和相关信息的提取。在遥感影像上提取地质构造形迹信 息的主要方法有：( 1 ) 光谱信息增强，( 2 ) 空间变换，( 3 ) 影像纹理分析。在实际应用中， 主要依据遥感影像的地质一地貌一景观背景，选择有效的处理方法和数学模型，针对区 域构造线性体影像要素的基本特征进行信息提取，从不同侧面突出不同等级、不同层次、 不同形态构造线性体的空问分布信息。由于五景影像的数据量大。所以是在对每景图像 进行处理解译后，再基于坐标( 坐标系采用了w g s 8 4 ，投影为n u t m 4 8 ) 进行镶嵌，便于 对整个研究区进行宏观的地质构造形迹的分析解译。 3 1 2 构造信息的提取与懈译 3 1 2 1 线性构造解译 线性构造是指在各种遥感影像上，被认为是与地质作用有关的直线、弧线、折线状 的线性( 状) 影像特征。强调的是其成因与地质作用有关。而不是专指构造。但遥感图 像中解译出的线性影像多数是构造要素的反映，并主要与断裂构造( 包括节理、断层、断 1 0 山东科技大学硕士学位论文离石断裂带特征 层带) 有关，其优势方位反映了区域构造基本轮廓，而其方位偏差则反映了局部构造异常， 规模较大且延续性强的线性影像异常是深层构造在地表的直接表现。因此，通过对线性 影像的统计分析，有助于分析研究各类构造的成生和空间展布规律。 线性构造( 断裂、大型裂隙带) 的解译标志：水系和分水岭的线性组合；角状水系 的发育带；倒钩状水系：直角水系和不同汇水域的水系线性排布；直线状水系； 汇流点的线性排布：“对向”水系( 倒钩的变异) ；囊状河谷是多组构造的交汇区： 分水岭错断，水系源头的交错现象：泉水出露点、地下潜水溢出带、冲洪积扇顶点、 等呈线状展布。它们不仅反映了线性构造的存在，同时反映了局部地块的升降。 3 1 2 2 环形构造解译 环形构造是指反映地质内容的在遥感影像上呈圆形、椭圆形或不规则封闭曲线等形 状的影像。环状构造主要有以下几类：与构造成因有关的环状构造，如短轴褶皱、叠 加褶皱形成的穹隆和构造盆地等；隆起和拗陷盆地；旋扭构造形成的弧形、涡轮形、环 形组合的断裂；各种构造岩块或地块；盐丘底辟构造、古潜山、隐伏礁体。与岩浆活 动有关的环形构造，如火山机构环状构造火山礁、火口湖、破火山口等；隐爆角砾岩筒 造成的环状构造：岩株、岩枝等中小型岩浆岩体、岩浆杂岩体及变质岩区或古老侵入体 等。热液蚀变、烃类扩散、热辐射等成因造成的环状构造。地学成因未能确定的环 状构造。陨石撞击成因的环形构造。 环状构造解译的标志色调标志；地貌标志，圆形隆起或环状山脊，或隆起、或 洼陷相间呈环状分布；水系标志：环状水系、放射状水系或向心状水系等。 3 1 3 构造解译信息与现有地质资料相结合成圈 本次解译主要采用目视解译的方法。在目视解译的过程中，主要参考了山西省地矿 局：一五地质队和陕西省地矿局第八地质队煤成气课题组1 9 8 5 年的卫片解译及增强处 理说明书及其相关图件、鄂尔多斯盆地剩余重力异常图、鄂尔多斯翁地总磁场( at a ) 图、 鄂尔多斯盆地布格重力异常图( 图3 1 ) 、鄂尔多斯地区航空磁力异常平面图( 图3 2 ) 等图件。对一些地段把s r t m 影像与彩色合成影像叠加产生三维立体图( 见图版5 、6 、7 ) ， 有利于进行解译。在解译完成后，又对部分构造进行了野外验证，其具体结果见图3 3 。 山束科技大学硕上学位论文离石断裂带特征 3 2 离石断裂带特征 离石断裂带分布在黄河以东、吕梁山以西，东经ll l o1 57 附近，地面出露比较明显 的部分，北起山西省兴县交楼申，南经黑茶l l j ，l 晦县汉高山、峪口，继而自离石马头山 经金罗，中阳县宋家沟，隰县紫荆山，五鹿山，蒲县黑龙关，直至临汾峪里，绵延逾2 7 0 公里，宽2 0 0 2 0 0 0 米。以东为巍峨挺拔的吕梁山，以西为梁峁重叠、沟壑纵横的黄土 高原。该断裂带在离石马头山以北由四条n n e 向雁行排列的断裂组成，断层面向西倾、 倾角6 0 0 8 0 0 ；离石以南由数条近平行的南北向断裂组成，主要向东倾，倾角5 0 0 8 5 o ，断裂带附近多为陡倾甚至直立的三叠系，宽达数百至上千米，亦是断裂带的组成部分。 断裂带北段( 兴县交楼申一离石) ，东有太古界超基性岩呈串珠状展布，离石以西断裂带 西侧有燕山期金伯利岩出露，紫金山燕山期碱性岩浆活动亦与离石断裂活动有关。 离石以南与其北段特征迎然不同，卷入地层以古生界一三叠系为主，未见有岩浆活 动：断裂带内部挤压一剪切变形比北段强烈得多，一般是由数条平行的强烈挤压一剪切 断层及其间的构造岩块组成，西侧多为地层直立带，东侧多为牵引褶皱或挠曲带。 3 2 1 离石断裂带展布特征 3 2 1 1 分区依据 造成构造分区性的主要原因是横向构造( 带) 的存在，这种分区性表现为各区在断层 走向、构造特征、沉积响应、地表地貌及其在各类地球物理勘探资料和遥感图像上所显 示的差异。 ( 1 ) 断层走向差异 断层方向是判定构造差异性的一重要参数，不同期次构造运动首先表现为构造线具 有一定的方向性，断层走向的差异可以很好的反映构造特征及应力展布方位，不同主体 方位断层在空问上的相接，说明其间具有一定的构造使其方向发生转化、过渡或应力场 方向变化。 ( 2 ) 构造特征不同 它是判定构造分区性存在的最直接、最明显的依据，也是最能综合的反映各区构造 差别存在的重要因素，构造运动的差异无疑例外的表现在构造线方向、构造样式、构造 要素特征及其组合的不同之中。 1 2 些查型垫查兰堡主兰堡堡苎 查至堑型堂堑笙 ( 3 ) 重、磁曲线及遥感图像上所表现的差别 重力资料可以反映大的基底断裂带或盆地和造山带的展布方向，深浅部高密度体的 形态和展布范围及位置。磁力资料能反映地下或地表大的磁性体的展布方向和分布范围， 以及古老的磁性基底的分布情况和地下岩浆岩体的侵入范围、深度和形态。这两者都能 反映出区域基底的形态和展布以及大的地块与盆地的相互关系。它们在判定构造带分区 性上具有重要意义，可以区分出不同级别的分区作用。遥感图片最能反映较近代的构造 运动在地表的影响，通过对地表【l 脉、盆地、水系分布的大区域观察，可以分析新构造 运动对古地貌的继承和改造情况。是作为划分构造区段的较直接的依据。 ( 4 ) 沉积响应有别 沉积岩层是构造作用的最直接的表现，构造运动的巨大变化必然反映在沉积厚度、 沉积相、岩性、沉积构造、沉积序列及各种沉积矿产的分布等方面的差异，故可以运用 它们来分辨不同区块间构造上的变化。 ( 5 ) 地貌差别 现代地貌的差异也是构造运动分异性造成的，地貌、地理环境的变化除了体现新构 造运动活动之外，还说明了对前期构造运动的继承和改造作用。 构造特征及其展布是确定盆地构造属性的重要依据。故为了分析鄂尔多斯盆地西缘 的构造属性及其特征，必须对盆地内构造特征进行深入解剖，同时，应重视不同地区之 间构造特征的联系和差异性。 3 2 1 2 离石断裂带的展布分区 本论文综合遥感解译图和重力、磁力异常图，按照断层走向、构造特征、沉积响应、 地表地貌认为离石断裂可以分为5 段。 ( 1 ) 偏关一兴县交楼申挠褶带段 总体由s n 向的挠褶带和背斜组成，在偏关以东表现为向西挠褶的大型挠曲；在保德 社梁一桥头一扒楼沟一线之东，出露一系列轴向彼此平行的褶皱；在兴县贺家圪塔一带， 为束弧顶朝西的弧形褶皱。本段发育的南北向线性褶皱带取代了断裂构造，说明断裂 在本地段可能隐伏于盖层之下。 ( 2 ) 交楼申一峪口雁行排列断裂段 北起兴县交楼申，南至方山县峪口，表现为一系列n n e 右行雁行排列的逆冲断层， 同时伴随有规模较小的平移断层。展布宽度达1 5 公里以上，延伸8 5 公里左右，断裂走 向与地层走向近于平行，主要断裂有四条，由北而南依次为：交楼申一阳坡逆断层、园 13 些查型垫查兰堡主堂堡兰兰 曼至堑型堂堑笙 子坪逆断层、刘家村一汉高山逆断层、峪口西逆断层( 见图版2 ) ，走向均在1 0 。2 5 。之间，断面西倾，倾角6 0 。8 0 。在奥家滩一东会一带的界河口群及吕梁山北端、 芦芽山西坡的吕梁山群中，可见一系列雁行排列的褶皱。 ( 3 ) 马头山一中阳追踪断裂段 北起离石马头山以东，经枣林、金罗，南至中阳，延伸4 0 公里以上，北半段走向 n n w 转n n e ，在离石以西，被n e 向右行上白霜断层切断，断裂陡倾，近于9 0 。，总体略 向西倾，断裂带宽度十米至几十米。中部因受上自霜近东西向断层切割影响，断面略向 东倾。断面具有强烈挤压特征，发育糜棱岩化带和构造透镜体，两侧发育拖曳褶皱和直 立岩层带。大中嘴枣林断层西盘太古界至古生界逆冲到东盘石炭二叠系之上；中阳一 朱家店断层主要发育在上、中二叠统之间，西盘卷入的地层有奥陶系和石炭系。 ( 4 ) 中阳一黑龙关断裂带 展布在中阳以南至黑龙关之间，走向近南北，延伸达1 2 0 公里，断裂带大部被第四 系覆盖，仅在一些沟谷中零星可见其踪迹，断面东倾，倾角在4 5 。7 0 。之间，两侧地 层产状多直立，甚至倒转，具逆冲断层特征。断层东盘元占界地层逆冲在西盘奥陶系之 上，地层产状多直立至倒转，影响范围可达2 公里，断裂带内伴生构造发育。在五鹿山 一黑龙关之间，断层总体走向s n ，北部略偏n n w ，延伸达3 5 公里，整个断裂带由4 6 条密集逆冲断裂组成，断层挤压破碎带在1 0 0 3 0 0 米之问，影响范围达1 2 公里，断 面陡倾，在北段略向东倾，南段略向西倾。断裂带中构造角砾岩、劈理带及糜棱岩化带 发育，内部发育次级断面，两侧发育牵引构造。 ( 5 ) 黑龙关以南挤压破碎断裂段 分布在黑龙关至临汾峪里，总体呈n n w 向，由相距仅2 0 0 3 0 0 米的向两侧倾斜的两 条平行正断层组成。其间的奥陶系、石炭系与两旁的二叠系，构成地垒。断裂在l 临汾峪 里插入临汾新生代断陷盆地之中，也可看到其踪迹。 3 2 2 离石断裂带地层特征 离石断裂带中地层条带状分布十分明显，所以各时代的地层在大多地区都有分布。 各地层之间的可比性也比较强。具体情况如表3 1 。 太古界地层包括界河口群和吕梁山群。界河口群主要为一套巨厚的混合岩化作用较 强烈的混合片麻岩，混合岩及中深变质的矽线石片麻岩、片岩类，并夹较多的变粒岩、 1 4 些查型垫查兰堡圭兰垡丝兰 塞至堑型堕量笙 斜长角闪岩、浅粒岩等，偶见大理岩和少量石英岩薄层。吕梁山群是一套变质酸性基 性火山岩为主的地层，其中部夹有泥质为主的变质的沉积岩层，顶部为巨厚的变质的钙 镁碳酸盐岩层。 元古界地层包括岚河群、野鸡山群和黑茶山群，它的沉积时代大致在1 7 1 5 亿年， 即下元古界。岚河群为一套沉积变质地层，主要是石英岩、变质砾岩夹千枚岩和自云大 理岩。野鸡山群的岩性组成为变质的砂质和含碳酸钙质的泥、砂质岩层夹一套变质基性 火山岩层。黑茶山群主要为长石石英岩和变质砾岩。震旦系主要为套以石英岩状为主 的滨海相碎屑岩沉积，分布范围不大主要分布在五寨和离石等地。 下古生界除寒武系中统徐庄组下部为碎屑岩外，主要组成岩层为石灰岩、白云岩、 泥灰岩和钙质泥岩( 见图版3 ) 。寒武系只发育中统及上统，缺失下统，局部地区缺失中 统徐庄组。其下与前寒武成角度不整合接触；其，上与奥陶系连续沉积。主要为碎屑岩、 石灰岩和白云岩组成。奥陶系只发育下统和中统，缺失上统，主要由泥灰岩、石灰岩、 白云岩夹钙质页岩组成。奥陶系多出露在寒武纪的外侧，分布也大致和寒武纪地层相同， 与下伏地层呈整合接触。 上古生界为海陆交互相的含煤砂页岩和陆相的碎屑岩两部分组成。主要有砂岩、页 岩、泥岩和灰岩。石炭系地层是指奥陶系灰岩侵蚀面之上直至二叠系下统山西组底界的 一套海陆交互相地层。中统本溪组由铁铝岩、铝土岩、页岩、灰岩组成海陆交互相，与 下伏地层呈假整合接触。上统太原组由灰白、灰黑色砂岩、砂质页岩、2 4 层灰岩及煤 层组成的海陆交互相含煤建造，与下伏本溪组为连续沉积。二叠系主要为陆相沉积，划 分出上下两个统，下统主要是灰色、灰黄绿色的砂页岩，其下部含可采煤层；上统为杂 色和紫色的砂页岩夹泥岩( 见图版1 ) 。 中生界以陆相沉积的碎屑岩为主，央有沼泽相页岩、泥灰岩和煤层。三叠系以河流 相的黄绿色、灰绿色碎屑沉积为主，在红色地层中斜层理发育。地层中含有巨大的爬行 动物及中生代植物化石，反映了中生代以来气候转变为较湿润温和。本系可以划分为下 统刘家沟组、和尚沟组，中统二马营组、铜川组和上统延长组。侏罗系与下伏三叠系呈 整合接触，可分为下统延安群，中统直罗群、安定群，其上被新生界不整合所覆盖。 新生界分布面积广大，由老到新有上第三系上新统，第四系下中更新统、上更新统、 全新统。主要由黄土及红土组成，另外有少量冲积沙砾层及次生黄土等。 从断裂带和其东面平遥以及鄂尔多斯盆地内部地层的对比来看，晚元占代和寒武系 断裂带附近和盆地内部差异较大。相对于盆地内部来说，断裂带附近缺失长城系和蓟县 15 生查型垫查兰堡圭兰竺丝苎 曼至堑型堕矍笙 系沉积了震旦的汉高山组，寒武纪时直到徐庄组时才开始沉积，而盆地内部从馒头组就 有了沉积。相对于东面平遥地区来说，也出现类似情况，说明这段时问内断裂带有时活 动剧烈。从中奥陶系到上石炭系断裂带连同东西两缘都缺失了沉积，说明在此时期华北 地台整体抬升，而断裂活动不明显。到了燕山运动和喜山运动时期，断裂带和盆地内部 差异又十分明显。盆地内部沉积了延长、富县、延安、直罗、安定和清水营组而断裂带 缺失了上述地层。综上所述，离石断裂带的活动主要集中在晚元古代、寒武纪和中新生 代，而中生代正是鄂尔多斯盆地形成的时期，研究断裂带对中生代沉积的控制作用，对 研究离石断裂带活动特征和鄂尔多斯盆地多能源富集规律都有十分重要的意义。 表3 1 鄂尔多斯盆地及邻区地层对比图 t a b3 1 s t r a t i g r a p h i cc o r r e l a t i o nm a po f o r d o sb a s r aa n dt h en e i g h b o r h o o dr e g i o i l 地层 地层 分 区 构造年龄 单位 平遥幅盆地东缘 鄂尔多斯桌子山 运动 m a 系统