鄂尔多斯盆地

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盆地的地层发育特点与华北地台相一致,基底为太古宇和古元古界变质岩系,其沉积盖层各时代地层发育全、沉积类型多、旋回性明显,各地层间主要为整合接触和假整合接触。主要出露的地层由老至新有:太古宇和元古宇、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系及第三系和第四系(表1-8),盆地内分布赋存着极为丰富的煤炭资源(图1-15)。

表1-8 鄂尔多斯盆地煤系地层发育情况

(一)石炭系

石炭系出露在山西河东煤田、盆地西北部的桌子山—石嘴山一带、陕西省北部府谷、韩城—铜川一带的冲沟之中,向西被中—新生代地层覆盖;盆地南部主要分布在镇安、山阳、旬泪一带,其次是风县、西乡以南下高川地区。其分布面积广,含煤性好,是鄂尔多斯盆地主要含煤地层之一。按照分布位置,沉积特征,可分为华北及祁连两个地层沉积区。

图1-15 鄂尔多斯盆地煤炭资源分布图

下石炭统:早石炭世鄂尔多斯盆地与华北地台一致,仍为隆起,没有接受沉积。

中石炭统:中石炭世盆地北部府谷—韩城一线与华北地台一致,从晚奥陶世至中石炭世早期,一直遭受剥蚀(图1-16)。中石炭世晚期(维斯发期)接受了一套海陆交互相本溪组沉积。下部为灰杂色铝土质粘土岩及铁矿层,上部为灰白色砂岩、灰-灰黑色页岩夹煤线等组成。钻孔揭露表明向西可达到榆林-延安-洛河三眼桥一线,与奥陶系呈平行不整合接触,厚3~36 m。

图1-16 韩城—府谷太原组柱状剖面对比图

上石炭统,鄂尔多斯盆地晚石炭世的海侵范围比中石炭世有了扩大,分布广泛,发育一套海陆交互相含煤沉积建造,称之为太原组。在吴堡一带钻孔中所见地层层序齐全,具有代表性,下部以沼泽相沉积的黑色泥岩为主,夹浅灰色鲕状铝土岩、薄层灰岩、粉砂质泥岩等,底部有1~5 m的灰褐色石英砂岩(晋祠砂岩)与中石炭统本溪组分界,顶部有一可采煤层;中部从下煤层顶板开始至海相沉积结束为典型的海陆交互相沉积,其中以浅海相灰岩为主(包括厚层含燧石条带或燧石结核灰岩),浅灰至深灰色灰岩、硅质灰岩、生物碎屑灰岩和泥灰岩,夹黑色泥岩、炭质泥岩及薄煤层;上部以灰黑色泥岩为主,夹少量粉砂质泥岩,局部见薄层菱铁矿,总厚度77 m。府谷一带,下部为含铁石英砂岩、炭质泥岩、夹灰岩和煤层;中、上部为透镜状或厚层状石英粗砂岩和砂砾岩;顶部为泥岩、炭质页岩,夹灰岩和煤层,总厚96 m。渭北(韩城—铜川)一带,主要为石英砂岩、页岩、泥岩夹灰岩和煤层(图1-17),厚21~41 m。由吴堡向西、南、北三个方向灰岩层次减少,碎屑岩粒度变粗,与下伏本溪组为整合接触,南部由东向西地层厚度变薄或尖灭(图1-18),与奥陶系灰岩为超覆平行不整合接触,上被二叠系整合覆盖。

图1-17 彬县—韩城太原组柱状剖面对比图

(二)二叠系

鄂尔多斯盆地二叠系分布较广,发育较全,主要为陆相地层。按岩石组合、沉积特征、产出化石等可划分为华北和祁连两个地层区。

图1-18 鄂尔多斯盆地石炭—二叠系厚度等值线图

1.下二叠统

早二叠世盆地是在晚石炭世最后一次海侵结束后,该盆地开始了陆相沉积。下部为山西组,一般随太原组地层出露,是本区重要含煤地层之一。主要为砂岩、泥岩互层夹煤层、煤线及铁质结核。府谷、吴堡一线沉积厚度较大,67~42 m,洛河厚38 m,铜川厚32 m,永参一井厚8 m;上部为下石盒子组,与山西组的分布一致,为灰黄、灰绿色砂岩、砂质泥岩及泥岩,局部夹厚层中细粒砂岩;中、下部夹黑色泥岩,上部夹不稳定的紫杂色砂质泥岩或泥岩薄层,底部为浅灰色黄色中、粗粒砂岩,其中吴堡地区厚度95~111 m,府谷厚45 m,韩城厚49 m,洛河厚25 m,铜川厚24 m,永参一井厚22 m。

祁连地层区下二叠统山西组主要分布于贺兰山的呼鲁斯太、石炭井、石嘴山等地,岩性为灰黑色页岩、砂质页岩和灰白色砂岩互层,夹炭质页岩、煤层、耐火粘土,局部含菱铁矿结核,与上石炭统太原组连续沉积。大黄沟组,分布于武威-中宁小区的梁水园、油井山、线驮石、土坡一带,为河流-湖泊相碎屑岩建造,具火山碎屑沉积。岩性为杂色砂岩、长石石英砂岩、砾岩、砂砾岩、页岩,局部夹凝灰质砂岩、凝灰岩。可见厚47~333 m,与下伏山西组假整合接触。

2.上二叠统

晚二叠世沉积在鄂尔多斯盆地分布较为广泛。华北地层区下部为上石盒子组,范围较下石盒子组广,在麟游、歧山一带直接超覆在奥陶系之上。下为灰绿、黄绿色粉砂岩、粉砂质泥岩为主,夹灰褐色、黄绿色细-中粒砂岩,泥岩和粉砂岩常具紫斑-紫杂色;底部为灰白色厚层含砾中-粗粒砂岩,与下伏下石盒子组整合接触;上为黄绿色、暗紫色砂岩为主,夹砂质泥岩、粉砂岩和中粒砂岩,具紫斑,向上被紫红色代替,厚78~326 m;上部为石千峰组,在祁连区为窑沟群,分布与下统一致,属河流-湖泊相碎屑岩建造,局部具火山碎屑岩建造。岩性为杂色泥岩、砂质泥(页岩)、粉砂岩、细砂岩-粗砂岩,局部夹硅质灰岩、泥灰岩、菱铁矿结核、凝灰质砂岩等,厚46~990 m。

(三)三叠系

鄂尔多斯盆地三叠系分布相当广泛(图1-19),在陕西省北部广大地区,上、中、下三统俱全,上统顶部有河湖沼泽相含煤沉积,化石丰富,为我国北方陆相三叠系的标准分层地区。

1.下三叠统

陕西省北部华北地层区的下三叠统,可分为两个组。下部刘家沟组,以灰白色、灰紫色砂岩,棕红、灰紫色粉砂岩,棕红、紫红色砂质泥岩,灰紫色砂岩互层。在歧山、麟游一带本组底部有海相沉积,与下伏上二叠统石千峰组普遍呈整合接触,局部为平行不整合,厚160~470 m;上部为和尚沟组,以浅湖相的棕红、橘红、紫红色泥岩、砂质、泥岩为主,夹少量砂砾岩,厚65~159 m。

祁连区的中北部三叠系划分为下-中统西大沟群。分布于武威-中宁小区的红山地区,区内出露很少,为内陆湖泊-河流相沉积。岩性由灰白、灰绿、紫灰、暗紫、紫红色长石石英砂岩,砂砾岩夹细砂岩、粉砂岩、页岩及泥岩组成,厚445~1129 m,与下伏上二叠统窑沟群假整合接触。

2.中三叠统

华北地层区的中三叠统,分布在渭北及陕北的广大面积,称为“纸坊组”,下部为青、灰、黄绿、灰绿色砂岩、长石砂岩夹暗紫、紫红色粉砂泥岩及砾岩透镜体;上部为紫褐、紫红色粉砂质泥岩与淡红色长石砂岩互层;顶部在麟游—铜川一带(称“黑纸坊”)为灰、灰绿色砂岩与深灰色、暗绿色泥岩、砂质泥岩不等厚互层,夹泥灰岩、页岩、凝灰岩及煤线,厚347~1067 m,与下伏和尚沟组为平行不整合接触。

祁连区西大沟群主要分布于贺兰山小区的呼鲁斯太、石炭井、汝箕沟等地,属河湖相-河湖三角洲相沉积,岩性由杂色厚层中粗粒砂岩夹砂砾岩、细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩组成。该组厚300~1200 m,与下伏和尚沟组、刘家沟组或上二叠统假整合接触。

3.上三叠统

晚三叠世,是鄂尔多斯大型内陆盆的形成与沉积期,大约以北纬38°线为界,北粗南细,北薄南厚。岩性以砂岩、泥岩为主,夹油页岩和少量火山岩。自下而上可分为4个组:铜川组、胡家村组、永坪组和瓦窑堡组。

图1-19 鄂尔多斯盆地三叠系分布及厚度等值线图

(1)铜川组

在铜川地区出露较全。下部以灰绿、浅红色含沸石长石砂岩为主,夹暗紫色砂质泥岩、泥质砂岩及粉砂岩;上部可分两个旋回,下旋回为紫红色、灰绿色、砂质泥岩、泥岩,夹肉红色长石石英砂岩的互层,顶部有1~3 m灰黑色页岩、炭质页岩、油页岩夹肉红色翠绿色粘土流纹质凝灰岩(习称“李家畔页岩”),上旋回为浅红色、灰绿色块状中粒砂岩与灰绿色、黄绿色粉砂岩、砂质泥岩、黑色页岩互层,在延河以南顶部有30 m左右的油页岩、黑色页岩(习称“张家滩页岩”)。旋回下粗上细,与纸坊组为整合或平行不整合接触。全组厚99~580 m。

(2)胡家村组

系湖泊相砂泥质沉积,主要为块状中细粒砂岩,与泥岩互层,夹黑色页岩及煤线,南厚北薄,南粗北细,厚210~527 m,含石油和油页岩。

(3)永坪组

系河流、湖泊相沉积,岩性比较单一,变化不大,由中细粒块状砂岩,夹泥岩、粉砂泥岩组成,厚95~190 m。

(4)瓦窑堡组

为河流、湖泊沼泽相含煤沉积。该地层沉积之后,遭受剥蚀最甚者是渭北的铜川以西,其次是靖边、志丹以西及无定河以北的广大区域(图1-20),剥蚀程度不等,局部甚至全部剥蚀,其上被侏罗系平行不整合覆盖。

图1-20 鄂尔多斯盆地瓦窑堡组厚度等值线(m)图

在榆林、神木至府谷一带仅保留下部层位,为灰绿、黄绿、灰白色含砾砂岩和砂岩,与永坪组整合接触,厚144~186 m。清涧河、大理河地区发育比较齐全,沉积较厚,有工业煤层分布,由5个岩性段(5个岩性旋回)组成。各旋回下部为浅灰、灰白色细砂岩和粉砂岩,中部为黑灰、深灰、黄绿色粉砂泥岩、泥质粉砂岩夹砂岩,上部为黑色、灰黑色页岩、砂质页岩夹煤层或煤线。在顶部旋回的底部页岩中夹有油页岩,含鱼、双壳类化石,厚378 m,南部渭北一带,为淡黄、绿黄、灰黄色中厚层状泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩及淡黄色泥岩、粉砂质泥岩,夹灰黑色炭质页岩及煤线,厚56~412 m。

祁连地层区岩性、岩相比较稳定,富含动植物化石,可见厚40~220 m,甫营儿群分布与西大沟群相仿,主要出露于崛吴山北麓及油井山等地,属河流-湖沼相沉积,与下伏西大沟群连续沉积,局部超覆于下古生界之上。岩性以灰白、灰绿、灰黑间杂厚层粗砂岩、长石石英砂岩、细砂岩、粉砂岩为主,夹砂质页岩、炭质页岩、泥灰岩,局部夹煤线和菱铁矿结核。

(四)侏罗系

侏罗系是鄂尔多斯盆地最主要的含煤地层,分布比较广泛,在华北地层区为大型内陆盆地沉积,在祁连地层区属山间盆地沉积(图1-21)。

图1-21 鄂尔多斯盆地中下侏罗统厚度等值线图

1.下侏罗统

富县组:该组断续出露在府谷—富县间,在彬县—陇县一带的少数钻孔中即可见到。由紫红色泥岩夹砂岩及少量泥灰岩或钙质结核组成,向顶部逐渐变为灰绿色砂岩、页岩互层(称“细富县组”),厚72 m。

在延安南泥湾、金盆湾,下部为砂砾岩,上部为紫红色砂质泥岩(称“粗富县组”),厚75 m。向北在西杏子河厚19 m,大理河厚29 m,无定河一带夹薄煤层厚10 m,府谷厚142 m,向南在彬县、陇县一带钻孔中厚2~18 m。富县组沉积对下伏三叠系古地形起填平补齐作用。二者呈平行(或角度)不整合接触。

2.中侏罗统

在渭河以北鄂尔多斯盆地中分布广泛,自下而上称为延安组、直罗组和安定组。

(1)延安组

为主要含煤地层,除大理河以南、吴旗以东、葫芦河以北地区无煤沉积外,盆地北部、西部和南部均为含煤沉积,且愈往西、西北和北煤层层数增多、厚度增大。分布在葫芦河以北、大理河以南、延安西杏子河一带的内陆湖泊相沉积可划分成4个岩性旋回段。下部为灰黄、灰白色巨厚-块状中、粗粒含长石砂岩夹砾岩,向上变为深灰、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩、页岩夹灰白、灰色粉砂岩、细砂岩透镜体及少量炭质页岩。这两部分组成了一个完整沉积旋回,厚91 m;中、上部包括3个主要沉积旋回,各旋回的下部为黄绿色、黄白色、灰白色中-细粒长石砂岩,夹灰色、灰黑色粉砂泥岩、泥岩及页岩,上部为灰色、灰黑色页岩、炭质页岩、粉砂质泥岩,夹有煤线和菱铁矿及泥灰岩透镜体,厚176 m。大理河以北的无定河-窟野河流域,为河流、湖泊、河湖过渡的滨湖-三角洲及沼泽相沉积。岩性以灰黄色长石砂岩、深灰色泥岩、粉砂岩夹煤层组成。岩层中小韵律发育,岩相变化大,煤层层数多,厚度大,较稳定,大体可构成4个沉积旋回段,与延安地区相对应。下部第一旋回段中的砂岩,在富县组尚未填平补齐的侵蚀区或新的冲刷区,继续进行填平补齐,沉积厚度变化大,有分叉尖灭现象等。第二旋回以细碎屑岩为主,第三旋回段比较完整,第四旋回段承受了直罗组沉积前的冲刷,不少地段缺失上部细碎屑岩层。大理河厚度189 m,无定河厚度295 m,ZK102孔厚度260 m,窟野河厚度225 m。

(2)直罗组

主要分布于神木马七概沟、横山波罗堡、富县直罗镇、宜君焦坪一带,在陇县、千阳一带钻孔中也能见到。本组为一套半干旱气候条件下的河流相沉积,岩性较为单调,由黄绿色长石砂岩、粉砂岩,泥岩为主,组成2~3个沉积旋回。第一旋回下都为黄绿色块状中细砂岩。与下伏延安组呈冲刷接触。最上部旋回的泥质岩多变成炭红色或紫色,而尤以内蒙古哈拉什川和陕西葫芦河以南更为明显。该组厚度一般为82~209 m。

(3)安定组

该组主要分布于榆林、安塞王家窑、富县黑山寺一带,呈北北东—南南西带状出露,为一套干旱气候条件下形成的内陆湖泊河流相沉积。本组岩性在大理河以南可明显三分:下部主要是黑色页岩,灰黑色油页岩及少量的灰质混灰岩,白云质泥灰岩,粘土质白云岩等;中部为灰绿、暗桃红色页岩及灰绿色泥岩、钙质粉砂岩;上部为灰黄色泥灰岩与钙质页岩互层,与下伏直罗组为整合接触,与上覆白垩系志丹群洛河组砂岩为平行不整合接触。理河以北至神木县中鸡为紫红、暗紫色长石砂岩、砂质泥岩、粉砂岩,组成不等厚互层,局部夹有薄层泥灰岩,厚度58.13~159.73 m。

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