內蒙古中部主要斷裂對晚古生代地層分布的控制研究

姚 歡 （長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢430100中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北 任丘062552）孫朝輝，劉喜恒，朱 敏，余小林王 鑫，屈偉玉，李宏為 （ 中石油華北油田分公司地球物理勘探研究院，河北任丘 062552）

內蒙古中部地區位于華北板塊和西伯利亞板塊夾持的中亞造山帶東端，是經多期次構造作用形成的復合造山帶。中亞造山帶東端稱 “興蒙造山帶”，在中生代以前受古亞洲構造域影響，經歷了古亞洲洋的消減、2大陸板塊陸緣相向增生而最終拼貼的演化過程［1-2］。傳統的槽臺理論認為，內蒙古中部地區作為地槽褶皺系是較為活動的構造單元，巖漿活動強烈，區域變質明顯，構造變形復雜；晚古生代地層普遍遭受綠片巖相區域變質作用。然而，近年研究認為該區晚古生代地層僅處于晚期成巖和低級近變質階段，油氣資源潛力十分巨大［3-4］。文獻 ［5］通過對地層分布規律的研究，提出包括本區在內的東北及鄰區晚古生代為一巨大的穩定地塊 （佳-蒙地塊），該地塊以西拉木倫河斷裂為南緣邊界，賀根山斷裂做為板塊縫合線的觀點在地球物理資料方面得不到足夠的證據支撐。筆者也認為，本區晚古生代處于一個相對穩定的地塊上，故得以沉積和保存完整厚度較大的地層。

下面，筆者通過地球物理資料處理、解釋，分析內蒙古中部地區主要斷裂的構造特征，進而探討其對晚古生代地層的控制作用。

1 主要斷裂的地球物理特征

興蒙造山帶是華北板塊與西伯利亞板塊之間的古生代大洋關閉、微陸塊聚合、板塊增生拼合的產物。晚古生代的主要斷裂多沿板塊間的構造對接帶分布，且在板塊邊界趨近于平行邊界延伸［6］：如西拉木倫斷裂呈東西向展布，平行于華北板塊的北界；鄰近于西伯利亞板塊南側的賀根山-黑河斷裂則呈弧形彎曲狀，由近東西向轉為北東向延伸。從斷裂發育特點看，總體具有由南向北、由西向東逐漸變強、變新的活動趨勢。

1．1 重磁特征

重磁資料解釋是區域大地構造分區和斷裂識別的重要方法之一。在重力異常圖上，如斷距較大且斷裂帶與圍巖的密度差較大，則斷裂兩盤將顯示不同的接觸關系［7-8］；在磁力異常圖上，沿深大斷裂多發火山巖而呈現串珠狀異常。

內蒙古中部地區的區域布格重力場呈東北高西南低，差值大于50mGal，重力梯度為1mGal／20km。區域重力場揭示的深部線性異常反映本區發育2條大型重力異常帶，呈北東或近東西向展布。

磁異常帶主要呈東西、北東向展布。沿二連浩特-錫林浩特-索倫延伸的磁異常帶，異常值最大達700nT。該帶與賀根山斷裂的延伸基本一致；但在東段，磁異常帶缺乏清晰的連續顯示。沿白云鄂博-正藍旗-克什克騰旗發育的磁異常帶的最大異常值為650nT；該帶與重力深部線性異常帶揭示的西拉木倫斷裂符合 （見圖1）。

1．2 反射地震剖面特征

1）賀根山斷裂 賀根山斷裂位于內蒙古中部地區中北部，經蘇尼特左旗、賀根山、東烏珠穆沁旗延伸到大興安嶺附近，呈北東向，長度大于750km。在地震剖面上，該斷裂北傾，受后期改造而可能具有走滑分量［9］（見圖2 （a））。

沿斷裂出露大量的海西期、印支期花崗巖和超基性巖體及古陸核殘片［10-11］。其中，超基性巖體 （蛇綠巖套）在賀根山地區最為發育，同位素測年為346～380Ma。賀根山斷裂是沉積地層和生物種群劃分的重要界線，斷裂北側上古生界較全；南側則缺失泥盆系。

2）西拉木倫斷裂 西拉木倫斷裂位于內蒙古中部地區南部。西起達茂旗，向東經溫都爾廟沿西拉木倫河展布，延伸長度大于1100km，寬度大于10km，最寬達30～40km。在地震剖面上，沿斷裂兩盤發育褶皺和逆沖推覆構造，斷裂面南傾，在深部滑脫面歸并 （見圖2（b））。從殘留地層推測，斷裂南側為加里東褶皺帶，北側為晚海西褶皺帶。西拉木倫斷裂具有一定的負反轉性質，晚古生代至中生代為逆沖斷裂，新生代為張性。

圖1 內蒙古中部地區主要斷裂深部線性異常特征

圖2 內蒙古中部主要斷裂反射地震剖面特征

在地面上，蘇尼特右旗武藝臺、烏蘭敖包及圖林凱一帶斷續發育蛇綠巖套及藍閃石片巖帶［12］。在嘎少廟至溫都爾廟地區，磨擦鏡面、擦痕及膝折構造清晰，巖石普遍具柔皺片理化、碎裂巖化及糜棱巖化，具有韌性剪切帶特征。

2 晚古生代地層及其分布規律

內蒙古中部地區晚古生代發育泥盆系、石炭-二疊系。本次研究拼接處理、解釋6條貫穿全區的地震剖面，其中走向剖面4條，傾向剖面2條。結合區調資料和野外露頭調查，分析賀根山斷裂、西拉木倫斷裂活動對同期地層厚度與分布的控制作用。

2．1 晚古生代地層解釋

1）泥盆系 大致以賀根山斷裂為界，北側的東烏珠穆沁旗一帶泥盆系發育齊全，出露良好，化石豐富。巖性以陸源碎屑巖為主，局部夾灰巖層；在賀根山一帶發育火山熔巖。斷裂南側的泥盆系分布零星，僅見下泥盆統淺海相碎屑巖夾灰巖和上泥盆統 （下石炭統）色日巴彥敖包組淺海、濱海相碎屑巖夾火山碎屑巖露頭。

2）石炭-二疊系 在露頭、鉆井地層劃分約束下，從傾向剖面上，晚古生代地層厚度自南向北逐漸增加。以賀根山斷裂為界，南側缺乏泥盆系沉積，但石炭-二疊系沉積較為穩定。在后期整體抬升剝蝕過程中，一些凸起部位的石炭-二疊系剝蝕殆盡，出露元古宇。剖面西段的扎格斯臺、額爾登蘇木、都日木地區的晚古生代地層剝蝕嚴重。由于該段地表多被沙漠覆蓋，缺乏露頭資料；而且該區鉆井均未揭示晚古生代地層，因此針對西部同期地層的分布多為推測，埋深在0～3500m之間。

通過走向地震剖面解釋、追蹤發現，剖面西段 （大廟-都日木段）的石炭-二疊系受基底構造活動影響，發育海陸交互相沉積地層。中生代，基底抬升，石炭-二疊系出露剝蝕；其中二疊系僅在局部地區殘存。在剖面南側的二疊系露頭長約200km，推測該段以南的覆蓋區可能有大面積的二疊系存在。剖面東段 （布朗沙爾-迪彥廟段）吉爾嘎朗圖及其以東地區廣泛發育泥盆系、石炭-二疊系。從地層厚度趨勢上，晚古生代地層從包爾果吉向東逐漸增厚，推測埋深約在0～6000m。

2．2 晚古生代地層分布規律

1）早石炭世 推測內蒙古中部地區大部處于剝蝕狀態。色日巴彥敖包組的分布西起蘇尼特右旗賽林烏勒，東至蘇尼特左旗阿拉塔特；在阿巴嘎旗溝呼都格、四子王旗包爾好來地區零星分布。西部碎屑巖夾層較多；在烏蘭呼都格，巖性由下而上由凝灰巖向角礫凝灰巖變化，并夾長石砂巖和礫巖；至阿拉塔特，巖性變為以玄武巖和安山質晶屑凝灰巖為主 （見圖3（a））。

2）晚石炭世 賀根山斷裂以南以海相本巴圖組碎屑巖和阿木山組碳酸鹽巖為主，部分地區發育火山碎屑巖，并逐漸過渡為砂泥巖。該期地層總體表現為由東向西由海相逐漸過渡為海陸交互相、地層厚度逐漸變厚的特點。北部地區缺乏地層沉積，推測可能為古陸；晚石炭世表現為南海北陸的沉積特征（見圖3（b））。其中本巴圖組主要出露在阿魯科爾沁旗、西烏珠穆沁旗、蘇尼特左旗、蘇尼特右旗、四子王旗、達爾罕茂明安聯合旗和烏拉特中旗；阿木山組出露在阿魯科爾沁旗南部、西烏珠穆沁旗南部。賀根山斷裂以北的寶力高廟組為陸相火山巖及碎屑巖沉積，下伏安格爾音烏拉組。

3）二疊紀 二疊系發育大石寨組、哲斯組、林西組［13-14］。①大石寨組分布較廣，但巖性變化大，泛指內蒙古中東部位于哲斯組和壽山溝組之間的基性、中基性及酸性熔巖和碳酸鹽巖組合，局部夾正常碎屑巖沉積。早二疊世，南部地區主要為海相地層，火山巖十分發育；北部地區主要為陸相火山巖的寶力高廟組。大石寨組火山巖可以分為2個火山巖帶，南帶為島弧拉斑系列；北帶為鈣堿性系列，其成分極性顯示形成于活動大陸邊緣弧環境。其中的玄武巖具有島弧型微量元素地球化學特征，可能形成于板塊俯沖的構造背景。中二疊世，內蒙古中部地區為海相及海陸交互相的沉積環境，發育海相碳酸鹽巖及碎屑巖，缺乏火山巖，海相化石豐富，說明沉積環境較穩定 （見圖3（c））。②哲斯組是我國北方典型的二疊紀海相地層。晚二疊世主要為陸相，局部地區為海陸交互相。全區缺乏碳酸鹽巖沉積，火山活動少。③林西組為一套海陸交互相細碎屑巖沉積，主要分布在克什克騰旗、林西、索倫等地。林西組與下伏地層不整合接觸，與上覆中生代地層接觸不明。

內蒙古中部地區晚古生代地層分區反映至少經歷2個成盆構造演化旋回：一是泥盆紀華北板塊與西伯利亞板塊的南北拉伸-擠壓-拉伸旋回，內蒙古中部地區受賀根山斷裂的影響，形成傾向北西的北低南高的古地理面貌。賀根山斷裂以北地區沉降，發育泥盆紀的巨厚海相沉積，而以南地區抬升剝蝕，缺失泥盆系 （見圖3（d））。二是石炭-二疊紀板塊的擠壓-拉伸-擠壓旋回，內蒙古中部地區再次經歷抬升-沉降-抬升過程。早石炭世繼承晚泥盆世的抬升態勢，基本處于剝蝕狀態 （見圖3（a））；晚石炭世，賀根山斷裂閉合 （賀根山蛇綠巖測年295Ma），內蒙古中部地區整體沉降 （見圖3（b））。二疊紀，形成傾斜南東的北高南低古地理形態。大致以賀根山一線為界，南部地區接受一套穩定的濱淺海-半深海沉積；北部地區則為一套海陸交互相或陸相沉積 （見圖3（c））。

圖3 內蒙古中部晚古生代構造古地理略圖

3 結 論

（1）地球物理與區域地質調查表明，內蒙古中部地區發育賀根山斷裂、西拉木倫斷裂等2條重要的區域性斷裂。斷裂走向為東西向或北東東至北東向，延伸長度達600～1200km；發育規模大，活動時間長。沿賀根山斷裂出露大量的海西期、印支期花崗巖和超基性巖體、古陸核殘片，具有縫合線特征；在地震剖面上，斷裂北傾，且受后期改造而可能具有走滑性質。西拉木倫斷裂同樣具有縫合線性質；但在地震剖面上表現為逆沖推覆構造。推測該斷裂晚古生代-中生代為逆沖斷裂；新生代為張性斷裂，因此具有負反轉特征。

（2）內蒙古中部地區晚古生代地層普遍分布。受后期改造影響，西部剝蝕嚴重；東部殘留厚度較大。泥盆系主要分布在賀根山斷裂以北地區，南部大多缺失；石炭-二疊系全區廣泛，東部和北部厚度大，其他地區殘留，且殘留厚度差異較大。

（3）內蒙古中部主要斷裂對晚古生代地層具有重要的控制作用。其中賀根山斷裂控制泥盆系和石炭系分布；西拉木倫斷裂控制石炭-二疊系分布。從地震剖面解釋看，石炭-二疊系殘留受2個因素影響，其一在現今的凸起區基本剝蝕殆盡，而主要殘留在凹陷區；其二在具有反轉性質的控凹邊界斷裂處剝蝕殆盡，主要殘留在凹陷中部或斜坡區。

致謝：對華北油田公司趙賢正教授、金鳳鳴教授，國土資源部油氣資源戰略研究中心喬德武教授、任收麥研究員，長江大學易遠元教授，中國石油大學楊明慧教授等在研究中的大力指導與幫助表示衷心感謝！

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